大跨度連續(xù)梁施工和線型控制技術(shù)

姜 偉

(中鐵大橋局集團(tuán)有限公司武廣客運(yùn)專線項目經(jīng)理部,武漢 430050)

1 工程概況

衡陽湘江特大橋?yàn)槲鋸V客運(yùn)專線的重點(diǎn)工程。主橋?yàn)?64+4×116+64)m六跨一聯(lián)的變高度預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁,位于縱坡 +2.00‰的直線上,起迄里程為D K 1712+327.5～D K 1712+921.30,全長 593.8 m。連續(xù)梁橫截面為單箱單室直腹板箱梁,梁體采用 C 60耐久混凝土,采用三向預(yù)應(yīng)力體系。全橋共分為 163個梁段,0號節(jié)段 5個,合龍段 6個。一般梁段編號為1#～15#,采用掛籃懸臂對稱澆筑施工;邊跨直線段編號為 16#段,采用落地支架法施工;合龍段分為次邊跨、邊跨、中跨,采用簡易吊架施工。

衡陽湘江特大橋的(64+4×116+64)m連續(xù)梁在整個武廣線,包括在全國鐵路橋梁史上,其大跨度的偶數(shù)跨連續(xù)梁屈指可數(shù)。本文將闡述掛籃懸臂澆筑施工、合龍段施工和線型控制的關(guān)鍵工藝和控制方法。

2 連續(xù)梁施工

2.1 0#段、邊跨直線段、一般節(jié)段施工

0#段采用墩旁托架法施工。臨時墩及支架結(jié)構(gòu)的組成包括臨時墩鋼管混凝土立柱與墩旁托架、分配梁、底模排架等,其中臨時墩采用 4根 Φ1.1 m鋼管柱,柱內(nèi)用 C 50混凝土填實(shí)。底部與承臺頂部預(yù)埋件焊接,上部與托架焊接。鋼管柱頂部混凝土內(nèi)設(shè)置錨固鋼筋伸入 0號塊底板。臨時墩及支架結(jié)構(gòu)均為剛性結(jié)構(gòu)。鋼管柱兼作連續(xù)梁施工臨時墩,按連續(xù)梁施工時最不利荷載進(jìn)行設(shè)計,需待連續(xù)梁合龍后體系轉(zhuǎn)換時方可拆除。邊跨直線段采用落地支架法一次立模整體澆筑的施工方案,采用設(shè)置臨時墩,以貝雷架拼裝施工平臺的方式進(jìn)行施工。一般節(jié)段采用掛籃懸臂施工,其工藝成熟,不再贅述。

2.2 合龍段施工

本橋設(shè)計方案為:先合龍次邊跨,再合龍邊跨,最后合龍主跨。施工合龍段時,為盡量減少不平衡彎矩,將合龍段掛籃進(jìn)行改制,形成兩端簡支吊架,并拆除掛籃位于頂板上的構(gòu)件。

2.2.1 臨時鎖定

合龍段臨時鎖定是合龍段施工時尤為關(guān)鍵的過程。為約束兩懸臂段的水平向伸長、縮短和上、下翹曲,抵消施工過程中溫度降低時梁體縮短產(chǎn)生的拉應(yīng)力,防止出現(xiàn)梁體裂縫,設(shè)計采用先施工體外勁性支撐,再對懸臂段、合龍段進(jìn)行預(yù)壓。勁性支撐位置在頂板、底板各有兩處,通過焊接錨固在合龍段相鄰兩端塊段上。

2.2.2 取消合龍配重

根據(jù)設(shè)計要求,合龍時需在最大懸臂端安放合龍段的配重(合龍段混凝土重量一半)。施工時,計算該工況配重對最大懸臂端撓度的影響,以此確定是否必須進(jìn)行配重。計算模型中對合龍段勁性骨架鎖定模擬為:①只傳遞軸力、剪力,不傳遞彎矩的鉸接結(jié)構(gòu);②傳遞軸力、剪力,彎矩的固結(jié)結(jié)構(gòu)。

計算結(jié)果表明,按全固結(jié)計算各懸臂端位移量 ＜10 mm,按鉸接模式計算各懸臂端位移量 ＜16 mm,變形量很小。實(shí)際合龍時,取消合龍配重。測量混凝土澆筑前后懸臂端的位移量與按固結(jié)模式計算結(jié)果基本吻合。

2.2.3 合龍段 C 60耐久混凝土澆筑

為盡量減小由于梁體混凝土降溫收縮引起的拉力,合龍段澆筑選擇在溫差較小的陰雨天間隙進(jìn)行最為理想。但由于合龍段施工時,幾乎處于夏天,選擇在一天溫度最低時進(jìn)行。

為避免出現(xiàn)混凝土不均勻升溫,澆筑時間不能過長,控制在 4 h以內(nèi)完成。

澆筑前一天在全梁表面、箱內(nèi)灑水保濕進(jìn)行降溫。兩端的混凝土連接表面要充分鑿毛,露出致密骨料,沖水洗凈保持濕潤狀態(tài)。

2.2.4 縱向預(yù)應(yīng)力筋張拉

合龍段混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計規(guī)定值后,按次邊跨→邊跨→中跨→次邊跨(第二批);先長束→后短束;先頂板→后底板→再腹板;同一斷面,先邊束→后中束,左右對稱張拉。但不是先把頂板束張拉完成之后,再張拉完底板,最后完成腹板束的張拉。

3 連續(xù)梁線型控制

3.1 控制思路

施工控制應(yīng)當(dāng)采取理論計算預(yù)測→按預(yù)測進(jìn)行階段施工作業(yè)→階段施工作業(yè)完成后實(shí)測反饋→根據(jù)實(shí)測反饋進(jìn)行參數(shù)分析、評估及優(yōu)化→進(jìn)行下一施工階段理論計算預(yù)測的循環(huán)次序進(jìn)行。因此其主要工作內(nèi)容包括階段施工前的預(yù)測計算、階段施工過程中的控制測量、實(shí)測結(jié)果與計算預(yù)測結(jié)果的偏差分析及優(yōu)化分析三個方面的內(nèi)容。

3.2 控制原則

線型調(diào)整的基本原則:①小于施工控制誤差范圍±15 mm誤差不作調(diào)整。②大于施工控制誤差 ±15 mm的誤差,在后續(xù)節(jié)段調(diào)整一半。

立模高程的控制應(yīng)以追求橋面線型的平順為目標(biāo),不片面追求個別節(jié)點(diǎn)的理論高程。當(dāng)施工中某工序或梁段澆筑后高程值與理論值發(fā)生偏差后,不必在下一個梁段中立即調(diào)整。應(yīng)根據(jù)偏差發(fā)生的特點(diǎn)找出原因,在后期懸臂澆筑梁段撓度計算時進(jìn)行修正,在以后的幾個梁段甚至后期懸臂澆筑的所有梁段中將高程偏差糾正過來。

3.3 監(jiān)控計算

監(jiān)控的計算主要在應(yīng)力和線型兩個方面,在建模之前,必須把握設(shè)計的合龍方案和施工時的具體情況方可進(jìn)行。本橋監(jiān)控計算采用 Midas Civil進(jìn)行計算分析,并用橋梁博士 3.0進(jìn)行復(fù)核。

1)計算模型及假定

采用空間桿系單元建立結(jié)構(gòu)縱向計算模型,計算采用以下假定:①主梁為全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件,不考慮普通鋼筋參與結(jié)構(gòu)受力;②懸臂施工階段墩頂按固結(jié)考慮。

全橋共 204個單元,205個節(jié)點(diǎn)。模型的邊界條件按設(shè)計圖說明模擬,五個 T構(gòu)同時對稱懸臂施工。

2)計算結(jié)果及分析

根據(jù)計算模型、材料參數(shù)、活載參數(shù),結(jié)合施工中每節(jié)段澆筑、養(yǎng)護(hù)、預(yù)應(yīng)力張拉、掛籃前移等施工工況及各塊段施工周期(計算收縮、徐變的直接參數(shù),故應(yīng)考慮)進(jìn)行正裝計算,得到各工況下的位移和內(nèi)力。

主梁正截面最大壓應(yīng)力為 15.16 MPa(中跨合龍后,153#墩頂附近),最大拉應(yīng)力為 0.42 MPa(邊跨壓重后,次邊跨跨中)。故在施工階段的受力滿足規(guī)范要求。

施工預(yù)拱度的計算準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到線型控制的好壞。不計掛籃變形(掛籃變形以施工單位掛籃試驗(yàn)為準(zhǔn)),主梁預(yù)拱曲線計算見圖1。

3.4 線型監(jiān)測

圖1 施工預(yù)拱度

1)主梁立模高程與截面尺寸的放樣監(jiān)測

在施工掛籃移動到位,固定底模后,用極坐標(biāo)法測出每節(jié)段的橋軸線及底板兩邊控制點(diǎn)。因箱梁采用變截面形式,所以底板上每點(diǎn)的里程不同高程也不同。根據(jù)設(shè)計及施工監(jiān)控計算所提供的資料,在立模前計算出待澆節(jié)段前端的底板和頂板主要控制點(diǎn),即圖2中 a,b,c,d,e,f,g,h,i各點(diǎn)的坐標(biāo)。利用全站儀直接控制各主要點(diǎn)的平面位置,再根據(jù)水準(zhǔn)控制點(diǎn)用水準(zhǔn)儀來控制各主要點(diǎn)的高程?？刂坪酶髦饕c(diǎn)后用鋼尺來控制細(xì)部尺寸,在保證每塊箱梁的平面和高程的基礎(chǔ)上還要保證局部尺寸和位置。

以上是箱梁立模時的模板控制,它是現(xiàn)澆懸臂箱梁控制的一個部分。其控制關(guān)鍵在于通過掛籃試驗(yàn)數(shù)據(jù),準(zhǔn)確預(yù)測澆筑過程中的彈性和非彈性變形。在放樣過程中對這些變形給予適當(dāng)?shù)目紤],保證箱梁截面在澆筑成形后最優(yōu)化,減小截面特性施工誤差。此項工作在每一節(jié)段立模前均需進(jìn)行。

2)中線偏差及主梁高程監(jiān)測

每節(jié)段施工完成后,測量該節(jié)段的高程及相鄰 3個節(jié)段的高程變化,測點(diǎn)布置見圖3(當(dāng)前節(jié)段施工測量 N 1-1、N 1-2、N 1-3、N 1-4、N 1-5五點(diǎn),后續(xù)節(jié)段施工只測 N 1-1、N 1-2、N 1-3三點(diǎn))。主梁高程測量按混凝土澆筑前、混凝土澆筑后、張拉預(yù)應(yīng)力后三個工況進(jìn)行。

圖2 箱梁截面立?？刂泣c(diǎn)

3)主墩沉降監(jiān)測

在 151#～155#墩墩頂截面各設(shè)置 2個沉降觀測點(diǎn),測試工作在每完成 5～7個節(jié)段后進(jìn)行一次。截止2008年 8月,全橋合龍完成,橋面鋪裝施工前,各墩未見明顯沉降。

4)合龍前后線型 24 h聯(lián)測

中邊跨合龍前后各進(jìn)行一次 24 h聯(lián)測,觀測主梁線型隨溫度變化情況。施工過程中,視監(jiān)控計算與監(jiān)測結(jié)果的對比需要,進(jìn)行溫度對線型的影響觀測。

5)成橋線型測量

二期恒載鋪裝前測量全橋線型,每節(jié)段布置 3個測點(diǎn)。鋪裝前線型測量結(jié)果,成橋主梁高程實(shí)測值與計算值基本吻合,差值控制在 3 cm以內(nèi),主梁整體線型變化平順。

4 結(jié)語

本橋合龍方案為先合龍次邊跨,再合龍邊跨,最后合龍主跨,將經(jīng)過 5次的結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換才形成連續(xù)梁結(jié)構(gòu),應(yīng)力和線型控制尤為重要。

本橋施工時,嚴(yán)格控制現(xiàn)場施工,懸臂澆筑節(jié)段的高程與計算要求的高程基本吻合。合龍口最大誤差為14.6 mm,滿足規(guī)范小于合龍段長的 1/100(20 mm),且不大于 15 mm的要求。這都是在沒有配重和另行壓重處理的情況下取得的,表明本橋的線型控制和施工控制極為成功。也表明了在連續(xù)梁合龍段施工時,只要做好線型和施工的控制,另行壓重和配重是可以取消的,并且極大地節(jié)省了連續(xù)梁的施工時間和工序。

圖3 主梁標(biāo)高測點(diǎn)布置(單位:m)

本橋的勁性支撐為體外臨時鎖定,相對體內(nèi)和體內(nèi)外結(jié)合的勁性支撐,施工更為方便,更為省時。只要保證勁性支撐的剛度,選擇好固結(jié)和拆除的時機(jī),保證合龍段混凝土澆筑質(zhì)量,合龍段的施工質(zhì)量及連續(xù)梁的線型控制是有保障的。

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