短线匹配法节段梁双向测量监控预制施工工法

短线匹配法节段梁双向测量监控预制施工工法中交一公局第二工程有限公司李响胡风明兰胜强胡古月王一霏1.前言乐清湾1号桥合同段全长4305m，起讫桩号K228+265～K232+570。其中K228+265～K232+265为乐清湾1号桥，由东侧非通航孔+通航孔+西侧非通航孔组成，上部结构为预应力混凝土预制拼装连续箱梁，标准联长5跨一联。K228+265～K230+965为东侧非通航孔，桥跨布置为9×（5×60）=2700m，共9联；K231+435～K232+265为西侧非通航孔，桥跨布置为2×（5×60）+（3×60+47）=827m，共3联；K230+965～K231+435为通航孔，桥跨布置为85+2×150+85，共一联。图1-1箱梁横断面图图1-2连续梁60m边跨的节段划分示意图图1-3连续梁60m中跨的节段划分示意图非通航孔箱梁采用等高度单箱单室斜腹板断面形式，上下行分幅布置，全桥共计2524榀。节段梁全部采用工厂集中预制，运至现场拼装，采用T构对称悬拼。节段拼装桥梁施工是将梁体划分为节段，在工厂或工场预制后进行组拼，并施加预应力使之成为整体结构物的一种桥梁施工方法。这种施工方法在技术上较为合理，产品质量可控，可实现大跨度桥梁工厂化预制。预制节段梁的浇筑方法主要有短线法及长线法两种。长线法需要整孔的节段梁同时浇筑，需要的空间比较大。而短线法利用已经浇筑好的节段梁作为相邻准备浇筑梁段的匹配模板，大大减少预制场的空间要求。短线匹配法节段预制拼装桥梁技术具备预制用地少、施工速度快、控制精度高等特点,实现工厂化作业后,成型模具和生产设备可重复使用,耗材少,节约资源和费用,而预制节段在工厂内生产,可减少外界环境影响,提高了混凝土质量,增加桥梁结构使用寿命。同时,预制构件现场装配可避免或减轻施工对周边环境的影响,有利于环境保护和节约资源,经济、社会效益显著。乐清湾1号桥上部构造设计采用节段预制桥梁、海上拼装施工，共计2524榀节段梁，在预制施工时根据设计、施工和工期要求采用短线法施工。短线法箱梁节段预制是桥梁建设的新技术，它是通过已浇梁段来控制待浇梁段，通过调节匹配梁水平偏转及高差来控制待浇段结构尺寸，从而达到控制全桥线型精确的目的。为确保工程施工质量，确保本工程预制箱梁施工顺利完成和控制精度，在本项目工程中，每一个测量环节都要通过业主、监理、顾问等严格把关。前期通过多次现场测量和理论数据分析、对比，最终根据本工程实际情况确定使用“六点法”主控，“四点间距”尺量复核，运用双控进行节段梁预制测量和监控，并改进了常用“六点法”，克服了传统节段梁预制测量与监控的不足，在匹配功效、预制精度和监控效果等方面取得了较大的成效，在此施工过程中取得了一定经验并形成此工法。2.工法特点2-1短线匹配法节段梁预制，具备节能、环保、高效、耐久特点，可真正实现工程设计标准化、梁段预制工厂化、现场施工装配化。2.2将桥梁空间线形转化为地面控制，测量控制简易、准确，节段梁预制精度好。2.3明确了测量监控系统精度等级，增加了节段梁成品验收标准项：控制点坐标偏差、高程偏差。2.4创新“四点尺量法”，用以对传统“六点全站仪法”的复核，通过“双向”监控，减少了人为等因素对测量误差的累积，根本上保证了测量精度的有效控制，从而实现节段梁线型的精确预控。2.5明确了配套测量系统的相关测量构件、测量放样精度控制要求、匹配工艺中对模板调整的精度控制要求。2.6综合短线法预制梁段的施工特点，结合梁段情况，对梁段实现批量工厂化预制，产品质量可靠，工效高。预制后可获得足够的养生时间和材龄，在拼装完成后混凝土的收缩徐变小，对测量数据影响小。2.7通过对测量、数据分析、匹配等各个环节的精雕细琢，最大程度上减小了数据误差对线型控制的影响，并建立起整个新型测量监控系统，大大提高了成品节段梁的预制精度，根本上保证了桥梁线型。3.适用范围施工工期紧、梁段数量多、精度要求高，有纵向和横向曲线、弯桥上行车道有超高过渡段、大规模连续梁、连续刚构等类型桥梁节段梁预制施工。4.工艺原理4.1短线匹配法节段梁预制原理根据箱梁的结构型式及成桥的线形特点，在预制厂设置多个专用短线法预制台座，各台座同时作业，所有梁段都在预制台座上进行浇筑，浇筑时，待浇梁段一端设固定端模，另一端则为已浇好的前一梁段端面（除每个“T”的第一块梁段外，该梁段一端为固定端模，另一端为移动端模），以形成匹配接缝来确保相邻块体拼接精度，当后一梁段浇筑完成并初步养生、拆模后，前一节段即运走存放，而把新浇梁段转移到其位置上作为匹配梁段，循环预制完成各跨箱梁节段。4.2六点法节段预制线形控制原理一般情况下,梁体的设计线形(即梁体的实际空间位置)为整体坐标系,而在节段预制时,匹配节段的方位是相对于待浇节段的相对坐标，属于待浇节段的局部坐标系。为了得到匹配节段的正确相对位置,需将匹配节段上两个中线标和四个水准钉的自身局部坐标转换成待浇节段的局部坐标。匹配节段位置的确定其实就是从一个局部坐标系到另一个局部坐标系的坐标转换过程,这就是短线法节段预制线形控制的原理。4.2-1六点法坐标系统的建立短线匹配法预制的主要作用就是通过控制各预制节段匹配的空间位置，从而达到节段拼装后梁体的线型满足设计线型的要求。为此需建立两个参考数据系统作为预制单元定位的运算：1、总体参考系统总体参考系统把整个桥梁的外形变化确定，每一段桥跨内每一节段缝都有确定的三维坐标数据，称之为桥梁总体坐标系统。2、预制单元参考系统预制单元参考系统描述每一节段从“浇筑节段”到“匹配节段”的三维数据变化，称之为预制局部坐标系统，是以固定端模上部的中心为坐标原点的参考系统（图4.2-1-1）。图4.2-1-1预制单元参考系统4.2.2控制点的布置及节段线形的确定在每个节段的前、后两端分别设置3个线形测试点，即每个测试断面应设置路中线及左右3个测点。形成3条控制线，即连接位于节段顶面中心线上BH、FH的线确定节段平面线形，称为水平控制线。连接位于腹板顶部BL、FL和BR、FR的两条线确定节段立面线形和接缝横坡，称为高程控制线。详见图4.2.2-1所示。高程控制线水平控制线水平控制预埋件高程控制预埋件浇筑段匹配段固定水准点测量塔目标塔BRFRFHBHFLBLXYZO固定端模图4.2.2-1预制阶段控制点及控制线的布设4.2.3节段预制误差修正方法梁段预制过程中产生的误差可以分为两种：梁长误差和偏角误差。(1)梁长误差。梁段在预制过程中，由于多种因素影响，会使梁段的实际轴线长度与理论轴线长度不一致。(2)角度误差。梁段实际浇筑后匹配梁段的位置发生改变，造成了现浇梁段与匹配梁段之间的夹角发生改变，导致了角度误差的产生。在预制过程中平面、立面都会产生角度误差。模拟一条通过节点1、2、……{，和k的三次样条曲线，并且保证其在边界节点上保持和理论控制线相同的切线斜率。用这样的样条曲线替代直接纠正法后，修正夹角β1改善成为β1′。待浇筑节段修正的理论控制线经过若干个节段后再次与原理论控制线重合。详见图4.2.3-1所示。图4.2.3-1三次样条曲线拟合法示意4.3短线预制“四点间距”控制原理图4.3-1短线预制“四点间距”控制系统平面示意图1至4号点为现浇梁段终凝前布置的定位点，5至8号点为匹配段在其现浇阶段布置的定位点。其中定位点1、2用螺栓固定在端模上，定位点3、4分别用螺栓与匹配段上的定位点相接。由架设在稳定平台上的精密水准仪测得1至8号点的高程（其中固定端模中点作为高程水准点）；由钢卷尺测得1至8号点的两两间距（钢卷尺的测量值需进行温度改正，垂曲改正，尺长改正）。通过间距计算得出1至8号点的平面相对位置关系，并计算L12的中点O1，L34的中点O2。由测得的坐标，分别构成：1、4所在的左侧高程控制线；2、3所在的右侧高程控制线；O1、O2所在的中轴偏位控制线，以3条控制线的空间位置确定桥梁的线形与姿态。5.施工工艺流程及操作要点5.1短线匹配法节段梁预制5.1.1短线匹配法节段预制流程图见图5.1.1-1：图5.1.1-1短线匹配法节段梁预制流程图5.1.2模板加工及安装整个钢模板系统委托专业厂家制造。模板系统包括底模、侧模、固定端模和内模。模板的安装顺序为：底模安装、侧模安装、（吊入钢筋骨架）、内模安装。模板系统详见图5.1.2-1，图5.1.2-2：内模端模支架端模底模台车外侧模匹配梁段外侧模支架内模支架图台车及模板系统加工底模、外侧模系统就位钢筋骨架吊装内模就位端头固定模板就位混凝土浇筑、养护拆除模板匹配梁段转运存放新浇梁段移至匹配梁位置测量控制钢筋绑扎、波纹管及预埋件混凝土配合比设计匹配梁段定位5.1.2-1台座模板构造图图5.1.2-2台座模板现场照片1、端模（1）固定端模固定端模由δ10mm钢板做面板，加劲后与固定在地面的支撑锚固支架连接，安装时，端模与内模、底模及侧模通过螺栓联成一体。见图5.1.2-3，图5.1.2-4。图5.1.2-3安装固定端模测量定位图5.1.2-4浇筑前固定端模测量调整（2）匹配梁段的定位:现场施工技术人员根据测量人员提供的数据，对匹配梁段实行初步定位。底模台车纵向长距离移动通过5t卷扬机牵引，细步移动则通过10t手拉葫芦进行移动。横向则通过底模台车上的横向千斤顶进行调整。测量人员观测匹配梁段，指挥人员对操作底模台车上的油压千斤顶和及挂设的10t手拉葫芦进行纵、横向及水平标高精确定位。定位后旋下底模上的四个螺旋撑脚，并使其受力，卸落底模台车千斤顶，完成受力支点的转换。测量对匹配梁段再次测量，并输入数据至监控程序，精度达到要求并通过误差校核则合拢侧模，如达不到要求，则顶升千斤顶重新定位。见图5.1.2-5，图5.1.2-6。图5.1.2-5匹配段放样图5.1.2-6调整匹配段2、底模底模面板采用δ10mm厚钢板，纵横向设加劲肋，面板下面为底模支撑平台。见图5.1.2-7，图5.1.2-8。图5.1.2-7安装底模测量图5.1.2-8安装好后的底模3、侧模侧模采用8mm厚的优质钢板，配纵、横向肋，通过钢结构支架进行支撑，桁架上设螺旋调节系统，可进行水平和竖向调整。见图5.1.2-9。4、内模（1）内模由δ6mm钢板制成，设加劲肋。见图5.1.2-10。图5.1.2-10打磨上油后的内模图5.1.2-11钢管顶撑图5.1.2-12安装收口网图5.1.2-13安装横隔梁预埋钢筋（2）收口网模板：A类梁段预制使用收口网模板。收口网模板在钢筋骨架绑扎过程中就安装于钢筋骨架内（因腹板挖空，故收口网模板安装平面位于腹板二层钢筋骨架之间），在钢筋骨架吊放入模后，以两图5.1.2-9侧模构造图端的钢内模为依托，用型钢对收口网模板进行加固。收口网模板竖向钢管支架背肋钢管按30cm间距设置，水平钢管背肋按60cm间距设置。见图5.1.2-12，图5.1.2-13。5、脱模剂选择液压油作为箱梁预制脱模剂。涂刷时，现在模板表面涂刷一层液压油，再将表面多余的液压油用新土工布擦拭均匀，要求模板清洁干净且涂刷均匀。对安装好钢筋的模板，要经常性进行清洁，确保模板表面干净、无垃圾。见图5.1.2-14，图5.1.2-15。图5.1.2-14涂刷液压油图5.1.2-15吸尘器吸焊渣、铁屑6、隔离剂选择的是双飞粉＋洗洁精＋水作为匹配面隔离剂。配合比均为：双飞粉：洗洁精：水＝1：0.55：0.16。涂刷时要求均匀涂刷两遍，并在钢筋骨架入模前完成并检查，对涂刷不均匀处或较薄处及时进行补刷。在梁段脱开后，及时用钢丝刷和清水清理干净。见图5.1.2-16。图5.1.2-16隔离剂涂刷7、模板安装验收模板进场需进行验收。在节段梁开始生产后，模板要进行质检验收，验收合格后，方可进行下道工序施工。5.1.3钢筋下料、钢筋骨架绑扎、预应力管道加工及安装本工序的主要工作内容有：钢筋骨架绑扎、预应力管道的安装及定位、预埋件的安装及定位、混凝土垫块的布置、钢筋骨架吊点的设置。1、钢筋半成品下料钢筋统一在钢筋加工厂制作成半成品，编号分类堆存。所有钢筋均采用数控弯曲机弯制，拉钩筋采用数控弯箍机弯制，为了加强半成品质