連續(xù)梁橋懸臂施工過(guò)程中的線形控制

張禹筍

(浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)站有限公司,浙江 杭州 310012)

1 工程概況

橫山大橋總長(zhǎng)為478.66 m,主橋布跨為50 m+80 m+80 m+50 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。橋梁總寬32 m,分雙幅,單幅橋面橫向布置為2.5 m人行道+4.5 m非機(jī)動(dòng)車道+7 m機(jī)動(dòng)車道+0.5 m護(hù)欄+1.5 m分隔帶。橋面鋪裝采用100 mm瀝青混凝土。橋梁設(shè)計(jì)荷載：公路-I級(jí),人群荷載3.0 kPa。主橋立面簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 主橋立面簡(jiǎn)圖

主橋起點(diǎn)樁號(hào)為K0+448.5。單幅箱梁為單箱單室截面,頂寬15.25 m,底寬8 m,兩側(cè)翼緣寬3.625 m。梁高2.3(跨中)～4.7 m(中支點(diǎn)),底板下緣曲線為1.8次拋物線,底板厚度由支點(diǎn)厚700 mm向跨中厚300 mm漸變,頂板厚300 mm,腹板厚中支點(diǎn)為800 mm,跨中500 mm,邊支點(diǎn)800 mm。主橋采用三向預(yù)應(yīng)力體系。

主橋上部結(jié)構(gòu)施工分為支架現(xiàn)澆和掛籃懸臂澆筑兩個(gè)部分。其中,邊跨部分及三個(gè)中墩支點(diǎn)0#節(jié)段采用支架現(xiàn)澆,其余部位為掛籃懸臂澆筑,即1～9#節(jié)段待0#塊與墩身臨時(shí)固結(jié)后,采用掛籃懸臂對(duì)稱施工,最后進(jìn)行先邊跨合龍,后中跨合龍。

2 線形控制的目的和意義

隨著預(yù)應(yīng)力混凝土工藝的不斷完善,采用掛籃懸臂澆筑梁節(jié)段混凝土來(lái)建造大跨度混凝土梁橋,實(shí)現(xiàn)無(wú)支架而靠自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工的先進(jìn)方法,使得預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁、連續(xù)剛構(gòu)橋和混凝土斜拉橋得到較大發(fā)展[1-3]。

分段懸臂澆筑法是目前國(guó)內(nèi)外大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的主要施工方法[4]。懸臂澆筑施工過(guò)程中不僅要經(jīng)歷澆筑梁段的過(guò)程,還要經(jīng)歷邊、中跨合龍以及解除臨時(shí)約束等體系轉(zhuǎn)換的過(guò)程,因此,在整個(gè)施工過(guò)程中主梁標(biāo)高都是不斷變化的。通過(guò)正逆迭代計(jì)算分析,可以得到各施工階段的理想標(biāo)高,但由于設(shè)計(jì)計(jì)算是建立在一系列理想化假定的基礎(chǔ)上的,而實(shí)際上自開(kāi)工到竣工整個(gè)為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)而必須經(jīng)歷的過(guò)程中,將受到許許多多確定和不確定因素(誤差)的影響。所以,在施工過(guò)程中對(duì)橋梁進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果對(duì)施工過(guò)程中的控制參數(shù)不斷進(jìn)行調(diào)整是十分必要的[5]。

3 線形控制的計(jì)算分析

3.1 主橋結(jié)構(gòu)分析

主橋采用橋梁博士進(jìn)行有限元分析。根據(jù)主橋結(jié)構(gòu)和施工實(shí)際需要,主橋縱向劃分為81個(gè)節(jié)點(diǎn),80個(gè)單元。結(jié)構(gòu)計(jì)算模型見(jiàn)圖2。

圖2 橋梁博士計(jì)算模型

依據(jù)施工的具體過(guò)程,橋梁博士模型的分析過(guò)程共劃分為懸臂施工階段、合龍成橋階段及使用階段?？偣矂澐譃?8個(gè)施工階段。其中：

1) 懸臂施工階段共劃分為30個(gè)階段(0～9#節(jié)段每個(gè)節(jié)段分為3個(gè)階段：梁段澆筑,預(yù)應(yīng)力張拉,掛籃移動(dòng)。其中30#施工階段包含邊跨現(xiàn)澆段的澆筑),每個(gè)施工節(jié)段按9 d考慮。

2)合龍成橋階段共劃分為16個(gè)階段：先邊跨合龍段澆筑,預(yù)應(yīng)力張拉,拆除5#墩7#墩臨時(shí)固結(jié)、限位,再進(jìn)行次中跨、中跨合龍段澆筑,預(yù)應(yīng)力張拉,拆除6#墩臨時(shí)固結(jié)以及施工二期恒載。

3)使用階段劃分為2個(gè)階段：運(yùn)營(yíng)期1/2活載，3 650 d收縮徐變。

3.2 材料特性

在計(jì)算時(shí)采用的主要材料參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 材料參數(shù)表

3.3 計(jì)算參數(shù)選取

1)結(jié)構(gòu)自重：主梁箱梁自重由程序自行計(jì)算；二期恒載(二期恒載主要考慮了100 mm厚的瀝青混凝土、兩側(cè)護(hù)欄)按均布荷載計(jì)算。

2)預(yù)應(yīng)力效應(yīng)：假定混凝土養(yǎng)護(hù)10 d,達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后開(kāi)始張拉預(yù)應(yīng)力筋,錨下控制張拉應(yīng)力為σcon=0.75fpk=1 395 MPa?？紤]階段分批張拉預(yù)應(yīng)力損失,及其他相關(guān)預(yù)應(yīng)力損失,鋼束錨固時(shí)彈性回縮變形單端按6 mm計(jì)。

3)溫度影響：箱梁的溫度場(chǎng)在整個(gè)施工過(guò)程中是動(dòng)態(tài)變化的,目前的計(jì)算模型中不考慮其升、降溫度的影響,建模時(shí)統(tǒng)一按平均溫度20 ℃考慮。在施工過(guò)程跟蹤計(jì)算中將根據(jù)實(shí)測(cè)溫度值對(duì)模型溫度取值作相應(yīng)調(diào)整。濕度按80%考慮。

4)收縮徐變影響：混凝土的收縮徐變計(jì)算統(tǒng)一按照初應(yīng)變理論采用增量方法進(jìn)行計(jì)算, 徐變系數(shù)采用交通部《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D62—2004)》附錄F提供的計(jì)算公式和圖表[6]。計(jì)算中分別考慮了施工過(guò)程和運(yùn)營(yíng)期收縮徐變3 650 d對(duì)位移的影響。

5)掛籃重量：初步計(jì)算空掛籃重量取55 t,前支點(diǎn)力為75 t,后支點(diǎn)力為-20 t。進(jìn)一步計(jì)算中將根據(jù)施工單位實(shí)際所用掛籃重量及模板重量進(jìn)行調(diào)整。

6)后期荷載：后期荷載考慮了3 650 d收縮徐變、運(yùn)營(yíng)期1/2活載以及預(yù)應(yīng)力二次力的影響。

3.4 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)過(guò)分析計(jì)算,得到各節(jié)點(diǎn)的理論計(jì)算預(yù)拱度(理論計(jì)算預(yù)拱度=施工期預(yù)拱度+成橋預(yù)拱度)曲線，見(jiàn)圖3。施工期預(yù)拱度=節(jié)段懸澆時(shí)濕重產(chǎn)生的撓度+該節(jié)段生成后到成橋各施工階段豎向位移變化累計(jì)值。成橋預(yù)拱度包含成橋后3 650 d的收縮徐變及1/2活載的累計(jì)撓度。

圖3 梁段理論計(jì)算預(yù)拱度曲線

4 線形控制方法

4.1 施工過(guò)程中立模標(biāo)高的確定

眾所周知,立模標(biāo)高并不等于設(shè)計(jì)中橋梁建成后的標(biāo)高,總要設(shè)一定的預(yù)拱度,以抵消施工中產(chǎn)生的各種變形(撓度)。其計(jì)算公式如下：

立模標(biāo)高=設(shè)計(jì)標(biāo)高+理論計(jì)算預(yù)拱度+掛籃變形量+調(diào)整值。

其中：掛籃變形量根據(jù)掛籃靜載試驗(yàn)值確定；調(diào)整值則是根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果給出的修正值。考慮到連續(xù)梁橋適當(dāng)上拱的線形更為美觀,且運(yùn)營(yíng)期橋梁下?lián)陷^為普遍,調(diào)整值中將包含額外的預(yù)留量。

4.2 施工過(guò)程中變形監(jiān)測(cè)

梁段控制點(diǎn)標(biāo)高、基礎(chǔ)沉降采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量。為消除日照溫差引起的梁體的不規(guī)則變化,線形測(cè)量選擇在溫度變化小、氣候穩(wěn)定的時(shí)間段進(jìn)行,并盡可能縮短測(cè)量工作持續(xù)的時(shí)間。

撓度測(cè)點(diǎn)縱向布置為距現(xiàn)澆段前端100 mm,橫向布置為兩側(cè)向箱中間3.5 m及箱梁中心。測(cè)點(diǎn)采用φ20鋼筋制作,同時(shí)露出混凝土面,高度控制在20 mm左右,頂端打磨?；A(chǔ)沉降測(cè)點(diǎn)布置在0#塊上,定期進(jìn)行觀測(cè)。

5 線形控制成果

5.1 施工階段累計(jì)撓度

施工階段累計(jì)撓度為各塊段澆注完畢后至中跨合龍張拉完成產(chǎn)生的撓度,直接反映了線形變化情況。本工程通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)左幅7#墩、右幅5#墩邊跨側(cè)1～2#塊的累計(jì)位移偏大,6～8#塊累計(jì)撓度大于理論值。這是由于掛籃施工中部分掛籃預(yù)壓不到位以及懸臂施工過(guò)程中長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力束的應(yīng)力損失較大導(dǎo)致。在施工控制中,根據(jù)階段撓度及梁段累計(jì)撓度,對(duì)各梁段立模標(biāo)高已作調(diào)整,使之保證成橋后線形平順。以右幅5#墩懸臂梁段累計(jì)撓度圖為例體現(xiàn)懸臂施工過(guò)程中線形變化,見(jiàn)圖4。

圖4 右幅5#墩懸臂梁段累計(jì)撓度圖

5.2 橋梁最終成橋線形

實(shí)測(cè)橋梁未鋪裝階段線形實(shí)際值與理論值最大偏差為30 mm(左幅7#墩邊跨側(cè)合龍段)、37 mm(右幅7#墩中跨側(cè)7#塊)。鋪裝后線形實(shí)際值與理論值最大偏差為25 mm(左幅7#墩邊跨側(cè)3#塊)、29 mm(右幅7墩中跨側(cè)4#塊)。通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算分析數(shù)據(jù)的比較,可以看出本橋線形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析方法正確,信息反饋及時(shí)。施工過(guò)程中提供了準(zhǔn)確的梁段立模標(biāo)高。各項(xiàng)技術(shù)、質(zhì)量指標(biāo)均得到了有效的控制。

6 結(jié) 語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的施工工藝復(fù)雜,施工過(guò)程中許多難以預(yù)料和估計(jì)的因素可能導(dǎo)致橋梁線形控制不合理,導(dǎo)致橋梁難以合龍以及成橋線形的美觀,本文的橋梁施工過(guò)程中的線形控制,可作為同類的橋梁施工之參考。