滿堂支架現(xiàn)澆混凝土連續(xù)箱梁橋面平整度控制

張孟春

(中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司，陜西西安 710032)

隨著交通事業(yè)的快速發(fā)展，高等級公路越來越多，人們對行車舒適性等方面的要求也逐步提高。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，路面的線形指標(biāo)基本能滿足相應(yīng)等級公路的技術(shù)要求，而橋面的線形普遍較差，影響行車安全與舒適。國內(nèi)有關(guān)混凝土現(xiàn)澆連續(xù)梁施工高程控制研究成果較多，也出版了許多學(xué)術(shù)專著，但主要研究集中在懸臂施工中的各種橋梁受力體系中。然而國內(nèi)缺少對支架現(xiàn)澆混凝土連續(xù)梁線形的理論分析，以及缺少影響連續(xù)梁線形的各個因素的控制和方法等系統(tǒng)性研究。本文主要針對支架現(xiàn)澆混凝土連續(xù)梁的箱梁平整度控制進(jìn)行研究。

1 影響現(xiàn)澆箱梁橋面平整度的因素［1，2］

1.1 地基的影響

地基的類型包括特殊土地基、均勻土地基、非均勻土地基、山區(qū)地基、可液化地基、大面積人工填土地基等。支架現(xiàn)澆混凝土連續(xù)箱梁的施工中遇到較多的是特殊土地基的問題。

地基變形直接影響到滿堂支架施工現(xiàn)澆箱梁橋面平整度以及施工的合理性、難易性及經(jīng)濟(jì)性。如果地基未充分處理，使混凝土澆筑過程中地基沉陷，支架變形、下沉，從而模板變形、下?lián)?，造成梁底變形、下?lián)?，線形不順直，影響現(xiàn)澆箱梁頂面平整度。

1.2 支架的影響

現(xiàn)澆梁支架按構(gòu)造可分為支柱式、梁式和梁柱式;按材料可分為木支架、鋼支架、鋼木混合支架和萬能桿件拼裝的支架等。

在現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的施工過程中，由于支架支撐著模板以及現(xiàn)澆的混凝土，未預(yù)壓的支架在荷載的作用下會產(chǎn)生不均勻沉降。同時，支架強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性不足，輕則由于不均勻沉降影響現(xiàn)澆箱梁頂面的平整度，甚至梁體開裂，重則引起整個支架的垮塌，給施工造成重大財(cái)產(chǎn)損失和人身安全。

1.3 施工工藝的影響

1)地基處理:先將原地表的雜草、雜物清除后翻松50 cm進(jìn)行地基處理。在處理時，分兩層摻8%石灰后進(jìn)行拌和并用推土機(jī)平整碾壓。2)澆筑支架基礎(chǔ):下鋪5 cm的石屑，然后用低標(biāo)號混凝土進(jìn)行澆筑找平，作為支架基礎(chǔ)。3)支架搭設(shè):支架可采用重型門式支架或碗扣式支架，選擇高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)材料，科學(xué)合理設(shè)計(jì)支架形式，并驗(yàn)算支架結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定可靠。4)預(yù)壓:預(yù)壓方案采用支架上預(yù)壓，沿縱向特征點(diǎn)設(shè)置觀測點(diǎn)，在橫向特征點(diǎn)處布設(shè)5點(diǎn)。按要求進(jìn)行觀測，沉降量小于穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)后卸載。5)鋼筋制作綁扎、預(yù)應(yīng)力管道安裝:鋼筋加工制作綁扎嚴(yán)格按規(guī)范要求進(jìn)行，其形狀尺寸嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙執(zhí)行。鋼筋綁扎成形后，放出管道中心位置，綁扎波紋管定位鋼筋。6)澆筑混凝土:混凝土澆筑分豎向二次澆筑，先澆筑底板及腹板，然后澆筑翼板及頂板。7)施加預(yù)應(yīng)力:張拉采取張拉力和伸長值雙控，以伸長值校核。理論伸長值與實(shí)際伸長值之差控制在6%以內(nèi)。張拉工藝流程為:0→初應(yīng)力(15%fk)→30%fk→103%fk(持荷2 min錨固)。8)壓漿:預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束后，應(yīng)在24 h內(nèi)壓漿，水泥漿應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比、稠度、泌水率。

2 現(xiàn)澆箱梁的數(shù)值分析

本文選取某工程一座跨徑為4×28 m的滿堂支架現(xiàn)澆連續(xù)箱梁為對象進(jìn)行數(shù)值模擬。采用Ansys大型有限元分析軟件對其進(jìn)行模擬，混凝土采用Solid95實(shí)體單元模擬，預(yù)應(yīng)力鋼束采用Link8桿單元模擬，采用分離式模型，即分別建立實(shí)體單元和桿單元，最后采用節(jié)點(diǎn)耦合的方法使其位移協(xié)調(diào)一致。全橋模型共56743個單元，146782個節(jié)點(diǎn)，其中混凝土實(shí)體單元52584個，Link8桿單元4159個，見圖1，圖2。預(yù)應(yīng)力效應(yīng)采用降溫法來模擬，使用實(shí)體單元的方法來模擬不同施工階段結(jié)構(gòu)參與的情況，這里我們分為以下兩個施工階段:第一施工階段:搭設(shè)第一、二跨及懸臂端(5.4 m)模板，澆筑混凝土、張拉預(yù)應(yīng)力;第二施工階段:搭設(shè)第三跨剩余部分和第四跨模板，澆筑混凝土、張拉預(yù)應(yīng)力。

圖1 全橋模型

圖2 局部圖

各個施工階段結(jié)構(gòu)的位移和應(yīng)力如圖3～圖6所示。

圖3 第一施工階段箱梁位移云圖

圖4 第一施工階段箱梁縱橋向應(yīng)力云圖

圖5 第二施工階段箱梁位移云圖

圖6 第二施工階段箱梁縱橋向應(yīng)力云圖

由圖3可以看出，在第一個施工階段完成后，第一跨跨中豎向位移最大，而且由于箱梁較寬，所以豎向位移最大發(fā)生在跨中兩邊懸挑翼緣，最大撓度為6.7 mm，豎向位移最大區(qū)域呈現(xiàn)三角形狀，之后豎向位移隨著橋梁橫向向內(nèi)和縱向向外逐漸減小，到兩端支座豎向位移為零。由圖4可以看出，頂面的縱向應(yīng)力為壓應(yīng)力，應(yīng)力分布以橢圓狀向外擴(kuò)散并逐漸減小，底面為拉應(yīng)力，第一跨跨中豎向應(yīng)力大于第二跨跨中豎向應(yīng)力。結(jié)構(gòu)大部分區(qū)域應(yīng)力在允許范圍內(nèi)，部分區(qū)域如錨固段應(yīng)力大于混凝土允許拉應(yīng)力，呈現(xiàn)名義應(yīng)力狀態(tài)。由圖5可以看出，在第二個施工階段完成后，第一、四跨跨中的豎向位移較大，其中第四跨的豎向位移最大。由于箱梁較寬，豎向位移最大發(fā)生在跨中兩邊懸挑翼緣，最大撓度為6.8 mm，豎向位移最大區(qū)域呈現(xiàn)三角形狀，之后豎向位移隨著橋梁橫向向內(nèi)和縱向向支座兩端逐漸減小，到兩端支座豎向位移為零。根據(jù)結(jié)構(gòu)的豎向位移我們可以計(jì)算預(yù)拱度，從而控制成橋后橋面的平整度。由圖6可以看出，在第二個施工階段完成后，頂面的縱向應(yīng)力為壓應(yīng)力，應(yīng)力分布以橢圓狀向外擴(kuò)散逐漸減小，底面為拉應(yīng)力，其中第一、四跨的跨中縱向應(yīng)力大于第二、三跨的跨中縱向應(yīng)力。結(jié)構(gòu)大部分區(qū)域應(yīng)力在允許范圍內(nèi)，部分區(qū)域如錨固段應(yīng)力大于混凝土允許拉應(yīng)力，呈現(xiàn)名義應(yīng)力狀態(tài)。

3 影響現(xiàn)澆箱梁頂面平整度對策研究［3，4］

3.1 地基影響的對策研究

地基中處理難度比較大的為軟弱土層。軟土地基的設(shè)計(jì)之前必須認(rèn)真進(jìn)行工程地質(zhì)勘察和土工試驗(yàn)。只有查清土層和土質(zhì)的情況，才能正確地進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。軟土地基處理的方法有:換土墊層法、振密、擠密法、排水固結(jié)法、堆載預(yù)壓法、砂井法、真空預(yù)壓法、真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法、降低地下水位法、電滲排水法等。在實(shí)際工程中往往采用以上多種方法組合進(jìn)行地基處理。

3.2 支架影響的對策研究

為消除支架變形對現(xiàn)澆箱梁頂面平整度的影響，先要進(jìn)行支架的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性檢驗(yàn)。然后通過支架預(yù)壓來消除支架變形，可以減少或者消除支架變形對現(xiàn)澆箱梁頂面平整度的影響。

3.3 施工工藝影響的對策研究

在整個施工工藝中，預(yù)應(yīng)力張拉對現(xiàn)澆橋面平整度有很大的影響，需對預(yù)應(yīng)力張拉前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作進(jìn)行檢驗(yàn)，并對預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量進(jìn)行控制。預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束后，應(yīng)在24 h內(nèi)壓漿，水泥漿應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比、稠度、泌水率，在水泥漿中摻入一定膨脹劑。為了驗(yàn)證箱梁壓漿是否密實(shí)、孔道是否飽滿，需對混凝土試件進(jìn)行試驗(yàn)，使其滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

本文從影響滿堂支架現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁頂面平整度因素方面進(jìn)行研究，通過對地基、支架、箱梁的施工工藝等因素的理論分析，并通過計(jì)算軟件Ansys對箱梁施工工藝進(jìn)行數(shù)值分析，得出豎向位移及其變化規(guī)律，為計(jì)算預(yù)拱度提供依據(jù)，以保證箱梁平整度。針對上述討論的影響橋面線形的各個因素，分別提出研究對策，以改善和提高箱梁頂面線形。

通過上述的理論分析、數(shù)值分析以及工程實(shí)例討論，系統(tǒng)的研究了現(xiàn)澆混凝土連續(xù)梁橋面線形，為以后的工程實(shí)踐提供理論性依據(jù)和參考。

［1］吳波明.現(xiàn)澆箱梁頂面平整度因素識別及對策［J］.黑龍江交通科技，2010(10)：27-29.

［2］姜 爽.現(xiàn)澆箱型橋梁施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制［J］.黑龍江科技信息，2007(10)：36-37.

［3］吳波明.混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁頂面平整度控制研究［J］.浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009(4)：84-85.

［4］吳遠(yuǎn)康.對現(xiàn)澆梁模板與支架的技術(shù)及施工質(zhì)量控制［J］.科學(xué)之友(B 版)，2007(8)：18-21.