混凝土梁式桥立面线形的修正方法.pdf

7 O 桥梁建设 2 0 1 0 年第 5期 文章编 号 ： 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 0 7 0 一O 4 混凝土梁式桥立面线形的修正方法 傅战工 ， 梅 大鹏 ( 中铁 大桥 勘测设 计 院有 限公 司 ， 湖 北 武汉 4 3 0 0 5 6 ) 摘 要：由于计算参数 、 计算理论、 计算模型、 计算方法与实际条件的差别及施工误差等原 因， 混 凝土 梁式桥施 工 完成后 ， 实 际的桥 面线形与设 计 目标 不一致 ， 需通 过适 当调整 调平层 或铺装层 厚 度修 正 目标线 形 ， 保证 立 面线形 匀顺 。匀顺 的 立面线 形为在设 计 的凸 曲线范 围 内没有 凹 曲线 ， 反 之 亦然 。修 正方 法是测 量 多个 离散 点的 高程 ， 2个端 点的铺 装厚度 按 与接 线设 计 高程 一致计 算 ， 其余 点的初始高程先按最小铺装层厚度计算 ， 然后用逐点判别凹凸性来调整 目标高程， 再根据 目标高程 计算铺装层厚度 ， 从而使全桥线形凹凸性一致 ， 调整后的调平层和铺装层厚度在合理范围内。调平 层 和铺装 层施 工 宜按 厚度控 制 ， 避 免铺装施 工过 程 中高程 变化 对测 量的 影响 。 关键 词 ：混凝 土桥 ； 立 面线形 ； 修 正 ； 桥 梁施 工 中图分类 号 ：U4 4 8 2 1 文献标 志码 ： A M o d i f i c a t i o n M e t h o d f o r Ve r t i c a l Ge o me t r i c S ha p e o f Co nc r e t e Be a m Br i d g e De c k FU Zh a n g o n g，M EI Da pe n g ( Ch i n a Ra i l wa y Ma j o r Br i d g e Re c o n n a i s s a n c e De s i g n I n s t i t u t e C o ，Lt d ，Wu h a n 4 3 0 0 5 6，Ch i n a ) Abs t r a c t ：Owi n g t o t he d i f f e r e nc e s be t we e n t he c a l c u l a t i o n pa r a m e t e r s ，t h e o r y，mo d e l s a nd me t ho ds a nd t he a c t u a l c on d i t i ons a nd a l s o o wi n g t o t he c o ns t r uc t i o n e r r o r s ，t he a c t ua l v e r t i c a l g e o me t r i c s h a pe o f c on c r e t e be a m b r i dg e de c k ma y n ot a g r e e wi t h t ha t o f t he d e s i g n t a r g e t a f t e r t h e br i d ge i s c o ns t r u c t e dTo e ns u r e t he s m o o t hn e s s o f t he v e r t i c a l g e o me t r i c s h a pe o f t h e de c k， t h e t a r g e t g e o me t r i c s h a p e n e e d s t o b e mo d i f i e d b y a p p r o p r i a t e l y a d j u s t i n g t h e l e v e l i n g l a y e r o r d e c k s ur f a c i ng t hi c kn e s s The s moo t h ne s s o f t he v e r t i c a l g e o me t r i c s ha p e m e a ns t ha t wi t h i n t he r a n ge o f t he d e s i gn e d c on ve x c ur v e，t h e r e s ho ul d b e no c on c a ve c u r v e a n d v i c e v i s a To be s p e c i f i c 。t h e mod i f i c a t i o n me t ho d i s u s e d t o me a s ur e t he e l e va t i o n of a numbe r o f d i s c r e t i o n p o i nt s The d e c k s ur f a c i ng t hi c kn e s s a t t he t wo e nd p o i nt s i s c a l c u l a t e d a c c o r di ng t o t he a g r e e me n t o f t he t hi c kn e s s wi t h t he de s i gn e d e l e v a t i on o f r o u t e a l i gn me nt The i n i t i a l e l e v a t i o n o f t he r e s t o f t he po i n t s i s f i r s t l y c a l c ul a t e d a c c o r d i ng t o t h e mi n i m u m de c k s u r f a c i ng t h i c k ne s s ，t he t a r g e t e l e v a t i o n i s a d j u s t e d b y i d e n t i f y i n g t h e c o n v e x a n d c o n c a v e p o i n t b y p o i n t ， t h e d e c k s u r f a c i n g t h i c k n e s s i s t h e n c a l c u l a t e d a c c o r d i n g t o t h e t a r g e t e l e v a t i o n a n d c o n s e q u e n t l y t h e c o n v e x a n d c o n c a v e o f t h e wh o l e b r i d g e a r e k e p t a g r e e a b l e a n d t h e a d j u s t e d l e v e l i n g l a y e r o r d e c k s u r f a c i n g t h i c kn e s s i s k e p t wi t hi n t h e r a t i on a l r a n g e The c o ns t r uc t i o n of t he l e ve l i ng l a y e r or d e c k s u r f a c i n g t h i c k ne s s s h o u l d b e p r e f e r a b l y c a r r i e d o u t a c c o r d i n g t o t h e t h i c k n e s s c o n t r o l a n d t h e i n f l u e n c e o f v a r i a t i o n of e l e v a t i on i n t he c ons t r u c t i o n pr o c e s s on t he me a s ur e m e nt s h o ul d b e a v oi de d Ke y wo r ds ：c o nc r e t e b r i d ge；v e r t i c a l g e o m e t r i c s ha p e；mod i f i c a t i o n；br i d g e c o ns t r u c t i on 收稿 日期：2 0 1 0 -0 6 2 3 作者简介：傅战I( 1 9 7 4 -) ， 男 ， 高级工程师， 1 9 9 6年毕业于西南交通大学桥梁工程专业 ， 工学学d ： ( b r d i f z g 1 6 3 c o rn) a 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 混凝土梁式桥立面线形 的修正方法 傅战工 ， 梅大鹏 7 1 1 前言 混 凝 土梁 式桥 是 目前最 常 见 的桥 式之 一 ， 由 于 混凝土材料本身的特性 ， 桥面高程控制难度较大， 特 别是大跨 度 和采用 悬 臂 浇筑 施 工 法 的桥 梁 ， 实 际桥 面线形往往会与设计值产生一定的偏差。如果仍按 设 计线形 铺装 ， 当桥 面偏 高时 ， 铺 装 厚度 可能成 为负 数， 即需要凿掉部分主梁； 当有较大范围偏低时 ， 就 会 使铺装 厚度 过大 从 而难 以保 证 铺 装质 量 ， 同 时使 铺装荷 载增加 较 大 ， 影 响结 构 安 全 。 因此 当桥 梁 实 际状态 与理想状 态 相 比偏 差 过 大 时 ， 需要 对 结 构 的 实际 状态 进 行必 要 修 正口 ， 即对 线 形 目标 进 行适 当 的修正 ， 以保证 线形 匀顺 和结构安 全 。 2 产生 桥面线 形误 差的原 因 ( 1 )理论计算参数与结构实 际值之间的差异。 设计 参数 取值有 误 差 ， 如 材料 容重 、 弹性 模 量 、 施 工 临时荷 载 等采用 的设计 值 与实 际值 相 比会 有 差 异 。 ( 2 )计算模型简化与计算方法的误差 。目前混 凝 土梁式桥 计算 分 析一 般 采 用线 性 有 限 元 法 ， 这种 方法 的计算 结果 与实 际值不 会完全 一致 。 ( 3 )计 算 理 论 的 局 限性 。 目前 混 凝 土收 缩 、 徐 变 的计 算公 式均是 建立 在试 验资料 基础 上的 经验公 式口 ， 因此， 计算值与实际值必然会有一定 的误差 ， 而且跨度越大 、 工期越 长， 误差就越大； 基础沉 降量 计算公式也 是经验公 式， 对 桥 面高程精 度有 一定 影 响 。 ( 4 )施工 误差 。混凝 土梁 截 面尺 寸误 差 直接 影 响节段重 量 ， 而 且 由于 两 侧悬 臂 不 平衡 还会 造 成梁 段在竖直面内的转动 ， 悬臂越长 ， 对桥面高程的影响 越大 ； 立模 高程 计算要考 虑立 模时 的温度 、 挂 篮支架 压缩 量 、 预拱 度及 施工 临时荷 载等 经常 变化 的因素 ， 立模 高程 的精 度控 制难 度较 大 。 3立 面线形 的修正 方法 3 1 立 面线形 类 型 立 面线 形应 保 证 匀顺 ， 简单 线形 一 般 采用 圆曲 线 ， 在难以采用简单线形的条件下需采用高阶曲线 或多 段简单 曲线 组成 的复合 曲线 。 由于设计 曲线为圆曲线 ， 因此用简单的圆曲线 拟合 是较为 常用 的方法 ， 通过 确定 圆心位 置 和半 径 ， 可以求出圆曲线的解析方程 ， 计算设计高程较为方 便。在桥面所有点 的高程误差较为均匀的条件下 ， 实际桥面线形与圆曲线较为接近 ， 可 以采用这种方 法 。但实测资料表明， 施工后实际线形 与设计线形 的差值基本没有规律， 确定 拟合 圆曲线 的圆心和半 径 困难 较大 。实 际 应用 时 多 采 用试 算 法 或 画 图法 ， 当桥面高程误差在横断面上不相同时 ， 横 向各断面 一 般难 以采用相同圆曲线拟合 ， 采用试算法或画图 法 要兼 顾横 向误差 和竖 向误 差 ， 设 计较 为 困难 。 由圆 曲线 的性 质 可 知 3点 确 定 1 条 圆 曲线 ， 即 1 条 圆曲线只能有 3个点可以指定调整位置， 其余 点的调整量由修正 目标 曲线和实测值 的差值求 出， 在 桥梁跨 度较 大 、 桥 面线 形 与圆 曲线相差 较大 时 ， 需 针 对多 个点分 别修 正 ， 此 时 用 圆曲线 就 无 法 满 足设 计要 求 ， 目标立 面线 形应 采用 高阶 曲线或 复合 曲线 。 3 2目标线形修正计算方法 用解析法求高阶曲线或复合曲线方程是最常规 的方法 ， 但是需要求解的参数太多 ， 求解难度较大。 在实际施工中， 测量 和控制桥面高程是采用一定间 距的离散点作为控制点 ， 即使采用解析曲线方程 ， 拟 合后 仍然是 计算 出离 散 的各点数 据 。所 以根据测 量 各点的数据， 直接推算 出各点合理的调整量， 避开复 杂的参数求解， 计算简单 ， 合理可行。 主梁 施 工完 成 后 应对 桥 面纵 、 横 向划 分成 适 当 大小 的 网格 ， 网格 交点 为控 制点 ， 划分 网格 时确定 控 制点 的里程 X， 然后 测 出控制 点 高程 ( 注 意所 有 点 的高程 应在桥 面无 荷 载 、 同温 度 条 件 下测 量 ) ， 得 到 桥面控制点的初始参数 。横 向位置相同的点逐一连 接 构成 纵 向控 制线 ， 里程 相 同 的点逐 一 连 接 构成 横 向控制 线 ， 见 图 1 。 里程 增大方 向 粱端 图 1网 格 划 分 示 意 为安全 起见 ， 不宜 凿除 梁体结 构 ， 并 保持 桥面铺 装层( 含调平层) 的最小厚度 t 。先将 P 。 P - 的高程测量值 。 加上最小铺装厚度 t i ， 得出桥面 的初 始起 算高 程 ， 端 部 的起 算 高程 应 取 其 相邻 梁 段 端部铺装后的实测高程以保证顺接 。 先取其 中 1条纵 向控制线( 以第 1 条为例) 进行 修正 ， 测点 数 为 ， z ， 左 侧 梁端 点为 P 右 侧梁 端点 为 P 。将 匀顺 的立 面线 形定 义为 在设 计 的 凸 曲线 ( 含 相邻 的直线 段 ) 范 围内没有 凹 曲线 ， 反 之亦 然 。 设 竖 曲线方程 为 z 一， ( z ) ， 凸 ( 凹) 曲线 的 定 义 为： 若连接曲线 ：厂 ( z) 上任意 2点 A、 B的弦 A B 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 2 桥梁建设 2 0 1 0年第 5 期 、 恒在曲线段AB的下侧( 或上侧) ， 则 z 一-厂 ( ) 为凸曲 线( 或凹曲线) 。 以凸曲线为例 ， 任意一点 P j 与相邻 的 P 。 卜 P l ( j + 1 ) ( 图 2 ) 的高程和里程应满足： 1 J ( 1一t ) g l ( j _ 1 ) + 1 ( l ( 1 ) t= ( xl jXl ( j 一 1 ) ) ( z 1 ( 升1 ) 一 z 1 ( j - 1 ) ) 式 中， z为控制点的里程 ； z为控制点的高程。 图 2曲线 z =，( ) 示 意 从 P z 开始用式( 1 ) 进行判别 ， 如不满足则调整 P 。 的高程 ， 令 一 ( 1 一 ) +t z 。 。 ( 调 整 z 。 。 是提 高 高程， 因此铺装厚度不会小于 t ra in ) ； 如果满足则不做 调整。注意在修改 P ， 高程后， P l ( J 点的就不能满 足式 ( 1 ) ， 因此 要重新 判别 P I 点 ， 依 此类 推 ， 直到 前 一点 不用再 调整 时 ， 重新 从该 点继续 向后判别 ， 然 后按此原则继续调整 P 。 P c I 各点， 这样完成 了 1条纵 向线的线形修正， 采用相同方法进行其余纵 向线形的修正 。纵向控制线修正流程见图 3 。 图 3纵 向控 制 线 修 正 流 程 相对纵 向线形而言 ， 横坡控制较为容易， 误差一 般 较小 。如果 因特殊 原 因导致 横 向误 差较 大 时 ， 对 各条横向控制线 的高程按满足排水坡度方 向的要求 进行再修正， 然后再对纵向控制线重新修正， 反复修 正到横向和纵向控制线均满足要求为止 。修正完成 后 还应 检算铺装 层 平 均厚 度 ， 如 果 与设 计 值 相差 较 多时， 应根 据调整后 的铺装 层厚度 重新检算 结构 内力 。 同理可得出凹曲线修正的方法 ， 注意调整高程 时应选择使铺装层厚度增加 的方式 ， 否则不能满足 最小铺 装 层 厚度 要 求 。如 果 一 段 主 梁 上 既 有 凸 曲 线 ， 又有 凹曲线 ， 则 可将 2种 曲线 分段 修正 。 按上述方法求出的调整后高程仍不是最终的桥 面高程 ， 因为在 调整 目标 高程 时 所用 的测 量数 据是 没有二期恒载时的主梁高程， 还需通过结构分析软 件计算出二期恒载( Y i 面铺装层厚度应根据调整后 的厚度计算) 产生的挠度， 用调整高程减去对应点的 挠 度才是 成桥状 态下 的 目标 高程 。 理 论 上 应 当 对成 桥 时 的桥 面 线 形 进 行再 次 修 正 ， 一般情况下 ， 由于二期恒载较轻 、 全桥匀布， 挠度 曲线匀顺 ， 而且 曲率半 径一般 远大 于竖 曲线 半径 ， 基 本 不会对 线形 的凸 凹性 产 生影 响 ， 所 以一 般 可 以省 略 叠加挠 度 。 以某座已建成的桥梁为例， 该桥设计线形、 施工 实测桥面线形、 按圆曲线修正线形、 逐点修正线形的 相 互关 系见 图 4 ( 除设 计线 形 外 ， 其 余均 未计 算 二期 恒载产生的挠度 ； 逐点修正线形各控制点之 间用直 线连接示意， 实际铺装时是圆滑过渡的， 不会形成折 角) ， 由图 4可看出， 逐点修正线形与按圆曲线修正 线形相比， 铺装层工程量减少 了很多， 不仅降低了造 价 ， 而且恒载 自重与原设计相差不大 ， 保证了结构安 全 度 。 实测 线 形 圆曲 图 4工 程 实 例 线 形 比较 3 3 铺 装层施 工 修正计算 目标线形后按铺装层厚度的计算结果 进行铺装层施工。修正计算一般不计二期恒载的挠 度影 响 ， 得 出调整后 的 目标 高程 并 不是 真 正 的成 桥 高程 ， 因此不能直接用调整后高程作为控制条件。 即使修正计算考虑 了二期恒载产生的挠度影响 ， 但 施工过程中挠度是随着铺装 的进度而变化的， 高程 还会 因温度 、 施工 临 时荷 载等 条件 的变化而变 化 ， 因 此 ， 在施工时不宜采用高程控制。 目标高程与测量的桥面高程的差值即为各控制 点的铺装层厚度 ， 以铺装层厚度作为控制条件， 不受 铺装层施工进度和温度等其他因素影响， 施工较为 简 单 。 铺装前在各控制点按修正计算得 出的各点铺装 层厚度设置标记 ， 施工时按各点标记控制铺装层厚 度嘲， 控制点之间按规范要求控制表面平整度。铺 装一般分层进行 ， 面层厚度全桥一致( 主要通过调平 层 或底层 厚度 调整 ) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 混凝土梁式 桥立 面线形的修正方法 傅战工 ， 梅大鹏 7 3 4立 面线形 的控 制 ( 1 )设 计 时提前 考虑可 能 的调 整量 。在 设计 阶 段根 据桥式 和施工 方 案 估 计 可能 出现 的施 工 误 差 ， 如果误 差可 能较 大时 宜 加铺 调 平 层 ， 必 要 时在 结 构 计算中考虑一定富余量的铺装层荷载 ， 以便于将来 可能 的调整 。 ( 2 )精 心 测 量 ， 实 时 监 控 。应 当 及 时测 量 监 控 所需的相关数据， 同时记录温度 、 临时荷载等测量条 件， 在监控计算中根据测量数据对计算参数实时调 整， 尽量减小理论值与实际值的误差 。 ( 3 )施 工时应 严格 按施 工规 范 的要求 控 制测 量 和安装 精度 ， 避免 出现质 量事故 。 ( 4 )施工过程中发现施工误差时 ， 如果简单按 线 性插值 在几 个节 段 后恢 复原 设 计 值 ， 主梁 可 能 会 形成明显的局部隆起或凹陷， 应按整体线形匀顺的 要求进行线形修正计算 ， 确定后续所有节段 的立模 高程 调整 值 。 5结 语 混凝土梁式桥在施工完成后 ， 实际桥面线形会 与设计 目标 线形 出 现偏 差 ， 因此 需 要 根据 实 际 桥 面 线形来修正立面线形 目标值 ， 使最终的立 面线形匀 顺 。本 文介 绍 的计 算 方 法 ， 可 使 实 际铺 装 层 平 均 厚 度与设计厚度相差较小 ， 且不凿除主体结构混凝土。 该 方法 已在 多座混 凝 土连 续 梁桥 上应 用 ， 并 取 得 了 良好 的效果 ， 可 以为 混 凝 土梁 式 桥 铺 装层 施 工 提 供 借 鉴 。 参 考 文 献 ： 1 秦顺 全桥梁施工状态控 制无应 力状态法 理论与 实践 M 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 7 2 范立础预应力混凝土连续梁桥 M 北京 ： 人民交通 出版 社 ， 1 9 9 8 3 张栋 ， 涂长卫 ， 向贵洪预应力钢筋砼 简支 T梁桥 面 标 高的控制方法 J 湖南 交通 科技 ， 2 0 0 3 ， 2 9( 3 ) ： 8 5 86 ( Z H ANG D o n g， TU Ch a n g we i ，XI ANG Gu i h o n g Co nt r ol M e t ho d f or De c k El e v a t i on o f Pr e s t r e s s e d Co n c r e t e S i mp l e - S u p p o r t e d T - B e a m B r i d g e J Hu n a n Co mmu n i c a t i o n S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ，2 0 0 3 ，2 9 ( 3 ) ： 8 5 8 6 i n Ch i n e s e ) ， ， ， ， ， ， l ， ， ， ， I ， ， ， ， l ， ， ， ， l ， l I l ， ， I ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， I ， ， ， ， I ， ( 上接 第 4 9页) 型沉 井一般 自重 较重 ， 在设 计 中必 须考 虑 沉 降 对上 部结 构本身 的影 响 ， 泰州 长 江 公路 大桥 沉 井 沉 降理 论计算值为 2 5 c m， 实际承台顶标高预留沉井沉降 量为 5 c m。 4 4 2 沉井稳 定性 计算 沉井稳定性计算包括抗滑验算 和抗倾覆验算， 鉴 于泰州 长江公 路大 桥 中塔 沉井 基础 本身平 面结 构 尺 寸很大 ， 只要 上部 结构偏 载不 特别严 重 ， 抗 滑 和抗 倾 覆性能 均能 满足规 范要求 。 5结语 泰州长 江公路 大桥 中塔 浮运沉 井这 种 巨型沉井 基础 的设计 与施 工在 国 内外 桥梁 建 设 中十分 少 见 。 目前 ， 该 沉井 施工 已经 顺 利完 成 ， 证 明其 计算 思 路 、 结构形 式 、 施 工方 法是 可行 的 。可 以预见 ， 随着工 程 应 用 范围 的不断 扩 大 ， 深水 沉 井 的设计 和施 工 技术 必将得 到更 为迅速 的发 展 。 参 考 文 献 ： 1 J T G D 6 3 2 0 0 7 ， 公路桥涵地基与基础设计规范I s 2 叶建 良泰州 长江大 桥 中塔 钢沉 井的浮 运、 定位与 着 床 J 公路 ， 2 0 0 8 ， ( 1 2 ) ： 9 9 1 0 4 ( YE J i a n - l i a n g Fl o a t i n g， P o s i t i o n i n g a n d Ri v e r b e d La n d i n g o f S t e e l C a i s s o n f o r I n t e r me d i a t e To we r o f T a i z h o u C h a n g j i a n g R i v e r B r i d g e J Hi g h w a y ， 2 0 0 8 ， ( 1 2 ) ：9 9 1 0 4 i n Ch i n e s e ) 3 周 申一 ， 张立 荣 ， 杨 仁杰沉井沉 箱施工技 术 M 北 京 ： 人 民交 通 出版 社 ， 2 0 0 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m