浅析大跨度超宽连续钢箱梁断面线形控制

浅析大跨度超宽连续钢箱梁断面线形控制

郝洪峰

中国电建市政建设集团有限公司， 山东 德州 253000

摘要：大跨度超宽连续钢箱工程中根据设计结构及制作运输条件，主桥箱梁通常划分为多个梁段在工厂内加工完成后再运输至现场安装。由于桥梁自重及运行车辆影响，设计要求制作、安装过程需考虑纵向和横向预拱度，加之现场自然条件等影响因素，为安装过程线型控制提出更高要求。本文通过对晋中市综合通道潇河大桥安装过程影响线形的各类因素进行分析验证，找到其关键因素，并通过相应措施的调整，提高箱梁安装线形精度，保证潇河桥总体工程质量。

关键词：钢箱梁；线形控制；关键因素；精度

1 引言

本文依托晋中综合通道潇河钢桥工程进行研究，潇河钢桥工程为晋中市综合通道工程中跨潇河部分，钢桥梁段370米，分6跨，钢桥平面线性为直线，钢桥纵断面为不规则拱形，桥梁纵向北侧坡度为0.934%，南侧坡度为0.98%，中间为半径8000m圆弧分别与南北坡度线相切成形，横向坡度为2%。根据设计结构及制作运输条件，主桥段箱梁分400节、横梁91节、拱肋13节，本工程桥梁断面线形的复杂性、重要性，桥梁线形控制质量如何，关系到桥梁的使用寿命与安全，保证大跨度、超宽、超高潇河桥箱梁安装线型是该项目质量控制的关键。为此开展大跨度超宽连续钢箱梁断面线形控制研究，解决潇河钢桥断面线性点合格率偏低问题，提高潇河钢桥的安装质量。

2 问题分析

对已安装完成左幅L、M节段，复测时发现大部分安装定位点的断面线性数值已超出规范要求，JTG/T3650-2020桥梁施工规范要求【1】，安装断面线性控制在±10mm范围内。合格点的比例仅为78%，合格率低。通过进一步对左幅L、M段共88个控制点偏差值数据进行分析，不合格数据中超下限点数比例占84%，说明主要问题在于下偏差的控制。

3 线形影响因素分析

通过对线形控制所涉及的各个环节进行梳理，查找可能导致问题的原因。通过现场调查、查询等方式首先排除测量人员、仪器、控制网及理论计算错误等方面的影响，观察到温度变化、支撑体系、焊接等因素对桥梁线形影响规律。

（1）温度影响

温度对于桥梁高程的影响属于周期性的，主要体现在风嘴位置，中午温度较高时同一点的高程较早晨温度较低时会降低，第二天早晨测量时又恢复至同一高度，随温度往复变化，这一变化为10mm左右（温差10度左右）；

温度对于桥梁轴线的影响是周期性的，横梁连接前测量位置为左、右幅靠横梁节段，影响基本在5mm左右 ，变化方向符合热胀冷缩的变化规律，这一影响在横梁将左右幅连接后不存在。

温度对于桥梁里程方向的影响属于周期性的，通过观测60m跨和90m跨变化，早晨气温较低时，60米跨实测跨距为60米，90米跨实测跨距为89.98米；在温度升高且有阳光时60米跨增长15mm，90米跨增长20mm，无阳光时60米跨增长7mm，90米跨增长10mm（温差10度左右）。

（2）支撑体系影响

根据部分梁段控制点观测数据得出结论，支撑体系对于高程的影响属于不可逆的，而且是负向影响。大部分当天安装完成后节段，第二天测量时部分节段会下降5mm左右，且风嘴处节段下降值为10mm左右。

（3）基础沉降的影响

通过M节段各个立柱沉降观测分析，立柱在箱梁安装的3～8天内沉降达最大，第8～18天内稳定，累计沉降量为3～6mm。

（4）焊接因素影响

通过对右幅M节段相同温度测得的焊接前和焊接后的高程数据进行分析，焊接对于3至8号节段梁均在2mm内，但对于风嘴处的1、2号节段梁高程超过2mm，对控制点高程负偏差超限影响较大。

通过上述几个原因的分析，虽然温度变化对钢梁的线形存在影响，但影响属于周期性可逆变化，但支撑体系、基础沉降、焊接等因素对于钢梁线形的影响均为负影响，且不可逆，需要针对其影响制定相应措施进行控制。

4 控制措施

4.1 拟定措施

对于支撑体系和基础沉降的影响，采用预压的方式先使基础完成初期沉降，消除支架的非弹性变形，掌握弹性变形影响规律，减少安装过程中对于高程的影响。需要利于现有钢梁或配重块进行预压，此法有一定效果。但增加了预压工作量，产生了额外的费用。还需要一定时间实现，鉴于目前紧张的工期，配重块预制无法实施。钢梁的出厂进度与现场安装进度几乎同步，同样没有钢梁来作预压。

对于焊接因素的影响，通过优化改变顶底板的焊接先后顺序，减小焊接变形对高程的影响。现有焊接工艺是焊接完成舱内的立缝后，再进行底板对接缝焊接，最后再进行顶板焊接。改变顶底板的焊接顺序后，焊接完成立缝后先进行顶板对接缝的焊接再进行底板对接缝的焊接。因舱内的立缝焊接完成，对于改变顶底板的焊接顺序，是否有效把握不大。且先进行底板缝的焊接后，不利于舱内排烟，对焊工作业不利。

考虑上述三种因素对于桥梁纵断面线形影响均为负方向的影响，同时通过前期数据采集掌握其影响程度范围。是否可以采用在安装时预留此变化量，预留量能够抵消所发生的变化量。根据前期收集数据分析，每种因素可考虑增加5mm预留量。由于考虑桥梁偏差控制为正，更利于桥梁质量，要求控制精度为0～﹢5mm。综上措施，对1、2节段钢梁（风嘴）安装时偏差控制在﹢15～﹢20mm范围；对于3～8节段钢梁安装时偏差控制在﹢10～﹢15mm范围。

4.2 措施应用

首先先设立试验段，验证措施有效性。根据现场钢梁供货情况，选却右幅J、K段为试验段，按照制定的措施对钢梁的安装进行控制，验证措施效果。经过对完成后J、K段的共44点的测量，高程点全部在规范要求范围内，合格率达到100%，证明措施有效。

通过对后续梁段安装过程高程进行跟踪调查，平均合格率达到97%，桥梁的线形得到有效的控制。

5 结束语

本文通过在对潇河钢桥结构形式、现场施工条件、施工资源充分分析的基础上，通过实际过程的监测与试验，掌握了温度变化、支撑体系、基础沉降及焊接对于桥梁线形影响的规律，找到影响钢桥线性的真正原因，并找到对策措施予以解决，使得钢桥整体线性质量变为可控，保证成桥后线性质量满足规范及设计要求，避免返工，保证了工程的施工进度。本文所掌握的规律及措施，可为其他形式钢结构工程提供参考。桥梁线形作为桥梁控制的关键因素，是保证桥梁将来运行安全的首要条件，潇河钢桥作为晋中市综合通道工程的主要节点工程，其顺利完工为实现晋中市综合通道顺利通车，大大缓解晋中市目前交通压力，助推经济发展。

参考文献：

[1]中交一公局集团有限公司.《公路桥涵施工技术规范》JTG/T 3650-2020 [S].人民交通出版社，2020.7