長白鐵路橋梁轉(zhuǎn)體施工監(jiān)測技術(shù)

鄭義

摘 要：本文根據(jù)長白鐵路跨既有線鐵路橋梁懸灌法施工橋梁，實現(xiàn)轉(zhuǎn)體的實踐，詳細描述鐵路橋梁轉(zhuǎn)體施工中有關(guān)監(jiān)測技術(shù)，為同類鐵路橋梁轉(zhuǎn)體施工、懸灌法澆筑橋梁監(jiān)測提供監(jiān)測方法，為類似轉(zhuǎn)體橋梁的設(shè)計、施工提升水平做出貢獻。

關(guān)鍵詞：懸灌施工；平轉(zhuǎn)法；球鉸體系；稱重試驗；監(jiān)控量測

1 前言

懸臂現(xiàn)澆法施工轉(zhuǎn)體橋，從橋梁在施工中受力過程看，要經(jīng)歷變長度懸臂梁，結(jié)構(gòu)體系經(jīng)歷多次轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)體橋梁施工的基本原理就是通過承臺中的球鉸進行轉(zhuǎn)動，使上球鉸克服滑到之間的摩擦力矩，利用上轉(zhuǎn)盤的牽引鎖，實現(xiàn)梁體轉(zhuǎn)動。橋梁的轉(zhuǎn)體過程中，球鉸受力、梁體轉(zhuǎn)動控制比較復(fù)雜，橋梁施工監(jiān)控是對各個部位在施工中各個體系的受力、變形及穩(wěn)定進行量測，使橋梁結(jié)構(gòu)處于最優(yōu)狀態(tài)，保證成橋符合設(shè)計、規(guī)范要求。橋梁平轉(zhuǎn)法施工的轉(zhuǎn)動體系主要有以下部分組成：轉(zhuǎn)動支承系統(tǒng)、牽引動力系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動平衡系統(tǒng)。難點在于該梁轉(zhuǎn)體如何準(zhǔn)確就位，且合攏后又能保證其梁體線形。所以要在施工過程中加強監(jiān)控量測及模型分析，確保橋梁轉(zhuǎn)體施工的順利實施。

2 工程概況

跨琿烏高速公路特大橋位于吉林白城與大安之間，起訖樁號里程為DK208+162.320～DK214+562，中心里程為DK211+362.71，特大橋全長6399.68m。

全橋孔跨樣式：（14-24m）雙線預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁+（162-32m）雙線預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁+3聯(lián)（32+48+32m）雙線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁+1聯(lián)（48+80+48m）雙線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁+1聯(lián)（60+100+60m）雙線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。

其中48+80+48m連續(xù)梁位于大安北站內(nèi)，跨既有長白線里程為K213+250，梁部施工里程范圍K213+100～K213+400，跨越鐵路線8條，其中含教育練兵線一條（拆除），迂回線一條（臨時拆除），駝峰線一條（降峰改造）。中跨合龍段在長白鐵路線上方，邊跨合龍段在鐵路護欄外。81#、82#墩T構(gòu)轉(zhuǎn)體角度60.54度，均為順時針方向。

3 監(jiān)測內(nèi)容

轉(zhuǎn)盤內(nèi)力監(jiān)測、墩身應(yīng)力監(jiān)測、箱梁內(nèi)力監(jiān)測、梁面高程、T構(gòu)稱重監(jiān)測、橋梁線形監(jiān)測。

4 監(jiān)測實施

4.1 線形監(jiān)測

線性監(jiān)測主要內(nèi)容有：懸灌梁主梁高程、跨長、臨時結(jié)構(gòu)變形及位移和主梁軸線偏位等內(nèi)容。每階段高程控制包括一工況掛籃模板定位標(biāo)高；二工況混凝土澆注后標(biāo)高；三工況預(yù)應(yīng)力張拉后標(biāo)高。在施工過程中的監(jiān)控量測需要給出掛籃模板的定位高程，在掛籃模板底板模上選擇控制點；另外要給出掛籃模板加載后的高程，即混凝土澆筑后的狀態(tài)高程，用于結(jié)構(gòu)狀態(tài)的校核，預(yù)測預(yù)測待澆節(jié)段的計算參數(shù)、調(diào)整與優(yōu)化成橋線形，得到待澆節(jié)段的施工標(biāo)高。其次是給出預(yù)應(yīng)力張拉后的高程，反饋計算值是否合理。

4.1.1 儀器選擇

監(jiān)測儀器軸線和里程用全站儀進行量測，高程選用自動安平水準(zhǔn)儀進行量測。

4.1.2 控制點布設(shè)

水準(zhǔn)控制點和測點，如0號塊測點位置下圖。

4.1.3 截面測點布置

截面測點布置如圖2，梁頂?shù)脑O(shè)計標(biāo)高由頂板測點可以控制，梁底標(biāo)高由底板測點可控制。

圖2 界面測量點布置

4.1.4 測量時間

測量時間在早7：00左右和下午5：00以后進行。要對溫度變化引起的撓度影響進行量測，找出規(guī)律，

4.1.5 實測項目

調(diào)整模板標(biāo)高時測量；綁扎鋼筋后復(fù)測；混凝土澆筑完后測量；預(yù)應(yīng)力張拉前測量；預(yù)應(yīng)力張拉后測量。

4.2 應(yīng)變監(jiān)測

選用埋入式鋼弦應(yīng)變傳感器和鋼弦頻率接收儀作為應(yīng)力觀測儀器。當(dāng)混凝土發(fā)生應(yīng)變時，埋在混凝土內(nèi)的應(yīng)變計同時發(fā)生變化，它根據(jù)應(yīng)變的大小而輸出不同的頻率。根據(jù)它的輸出頻率，用以下公式計算混凝土發(fā)生的應(yīng)變。

壓：x=（f0×（f0-f）×（f-A））×k

拉：x=（f0×（f0-f）×（f-A））×k

式中：

x——微應(yīng)變（με）；

f0——初始頻率（即0點）；

f——輸出頻率；

A——截距；

k——系數(shù)。

4.2.1 下轉(zhuǎn)盤應(yīng)變監(jiān)測

在轉(zhuǎn)體過程中，測量下轉(zhuǎn)盤混凝土應(yīng)變的變化推算出混凝土的應(yīng)力，進而可以推斷轉(zhuǎn)體體系的重心位置的變化狀況，從而控制轉(zhuǎn)體姿態(tài)。橋墩澆筑前后、主梁混凝土澆筑后、主梁預(yù)應(yīng)力筋張拉后、主梁脫架前后、轉(zhuǎn)體前后，合攏段施工前后，下轉(zhuǎn)盤混凝土應(yīng)力共監(jiān)測10次。應(yīng)變測點布置見圖3。

圖4為下轉(zhuǎn)盤實測應(yīng)力變化曲線圖，結(jié)果可以看到拆除臨時支撐前下球餃下面的混凝土受力不大，拆除臨時支撐后，受力傳遞分配到下球餃下面的混凝土上。下球餃下面的混凝土受力相對較均勻，且都在安全范圍內(nèi)。

4.2.2 主梁應(yīng)變監(jiān)測

埋入式鋼弦應(yīng)變傳感器按預(yù)定的測試方向固定在主筋上，測試導(dǎo)線引至混凝土表面。每個T構(gòu)布置6個斷面，分別為主梁的根部、跨和合龍段截面。

每個斷面布置8個測點，測點方向均為順橋向布置；共計64個埋入式鋼弦應(yīng)變傳感器。需要預(yù)埋傳感器的截面如圖5所示，每個截面?zhèn)鞲衅黝A(yù)埋位置見圖6。

圖7為箱梁混凝土應(yīng)力測試值對照圖，顯示應(yīng)力均小于混凝土的應(yīng)力容許值，結(jié)構(gòu)安全。

4.3 溫度監(jiān)測

4.3.1 轉(zhuǎn)盤溫度監(jiān)測

本工程中轉(zhuǎn)盤尺寸大，屬于大體積混凝土，為了保證結(jié)構(gòu)在混凝土水化過程中產(chǎn)生的熱量不引起混凝土開裂，采取了在混凝土結(jié)構(gòu)中埋設(shè)一定數(shù)量的冷卻水管冷卻的方式使混凝土結(jié)構(gòu)降溫，為了監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度在下轉(zhuǎn)盤的靠近模板位置、靠近冷卻水管的位置和遠離冷卻水管的位置布置溫度傳感器。在下轉(zhuǎn)盤混凝土澆筑后三天內(nèi)進行連續(xù)觀測。

4.3.2 箱梁溫度監(jiān)測

在懸灌梁施工中要對箱梁整體溫度進行量測，分析箱梁整體溫度分布狀態(tài)，有效較少和克服溫度變化對施工結(jié)構(gòu)工況的影響。在側(cè)梁上設(shè)觀測截面，把測溫原件直接埋入混凝土內(nèi)，測試導(dǎo)線引到混凝土表面。箱梁溫度測點分布見圖8。

圖8 溫度測點布置示意圖

4.4 稱重試驗

長白鐵路稱重試驗測試采用球鉸轉(zhuǎn)動法測試不平衡彎矩，這種測試方法的原理是：測試剛體位移突變的方法進行測試，受力明確，而且只考慮剛體作用，而不涉及撓度等影響因素較多的參數(shù)，結(jié)果比較準(zhǔn)確。

球鉸轉(zhuǎn)動法測試不平衡彎矩測試方法：假設(shè)梁體可以繞球鉸發(fā)生剛體轉(zhuǎn)動。當(dāng)脫架完成后，整個梁體的平衡表現(xiàn)為兩種形式之一（見圖9和圖10）：

（1）轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩（MZ）大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩（MG）。此時，梁體不發(fā)生繞球鉸的剛體轉(zhuǎn)動，體系的平衡由球鉸摩阻力矩和轉(zhuǎn)動體不平衡力矩所保持；

（2）轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩（MZ）小于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩MG）。此時，梁體發(fā)生繞球鉸的剛體轉(zhuǎn)動，直到撐腳參與工作，體系的平衡由球鉸摩阻力矩、轉(zhuǎn)動體不平衡力矩和撐腳對球心的力矩所保持。

4.4.1 琿烏高速公路特大橋轉(zhuǎn)體稱重

跨琿烏高速公路特大橋項目共有兩個轉(zhuǎn)體，稱重結(jié)果如下。

A.81#墩T構(gòu)稱重結(jié)果。撐腳固結(jié)解除后，對81#墩處的撐腳進行觀察，T構(gòu)未發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，由此可以判斷球鉸摩阻力矩大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩。

先在小里程側(cè)頂梁使梁體轉(zhuǎn)動，當(dāng)梁體位移發(fā)生突變時，支反力P1=1528 kN，再在大里程側(cè)頂梁使梁體轉(zhuǎn)動，當(dāng)梁體位移發(fā)生突變時，支反力P2=1191 kN。81#墩T構(gòu)稱重位移-支點反力圖如圖10、圖11所示。

B.82#墩T構(gòu)稱重結(jié)果。撐腳固結(jié)解除后，對82#墩處的撐腳進行觀察， T構(gòu)未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由此可以判斷球鉸摩阻力矩大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩。

先在小里程側(cè)頂梁使梁體轉(zhuǎn)動，當(dāng)梁體位移發(fā)生突變時，支反力P1=944 kN，再在大里程側(cè)頂梁使梁體轉(zhuǎn)動，當(dāng)梁體位移發(fā)生突變時，支反力P2=1117 kN。82#墩T構(gòu)稱重位移-支點反力圖如圖12、圖13所示。

C.稱重結(jié)論。由圖10可得：

不平衡力矩：

[MG=P2×L2-P1×L12]

摩阻力矩：

[MZ=P2×L2+P1×L12]

球鉸靜摩阻系數(shù)：

[μ=MZ0.98RN]

轉(zhuǎn)動體偏心距：

[e=MGN]

式中：

R——球鉸中心轉(zhuǎn)盤球面半徑（m）；

N——轉(zhuǎn)體重量（N）。

不平衡力矩測試結(jié)果見下表：

懸臂T構(gòu)不平衡力矩測試結(jié)果統(tǒng)計

由于82#墩T構(gòu)不平衡力矩較小，且邊跨較重，82#墩T構(gòu)可不做配重。

按照磨心支撐平衡轉(zhuǎn)體配重要求：

81#墩T構(gòu)需要配重=N×e/（懸臂長度-配重距梁端距離）

按力臂10m計算：81#墩T構(gòu)需要在大里程側(cè)配重約8.425t。

5 其他監(jiān)測內(nèi)容

為了保證轉(zhuǎn)體過程中橋梁結(jié)構(gòu)安全和確保既有線路的運營安全，必須隨時掌握轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)動過程中的主梁前端豎向位移、撐腳位移、轉(zhuǎn)動速度、主梁前端橫向加速度、主梁前端豎向振動和轉(zhuǎn)體前后控制斷面應(yīng)變的變化情況，需對各項主要控制參數(shù)進行隨時監(jiān)測，

6 結(jié)束語

由于橋梁設(shè)計理念的不斷創(chuàng)新，橋梁施工技術(shù)不斷進步，橋梁施工過程的合理性和安全性不確定因素越來越多，在施工階段，通過監(jiān)測手段，監(jiān)測橋梁的線性，橋梁墩柱等部位的內(nèi)力變化，反饋指導(dǎo)和修正在橋梁施工過程中的參數(shù)，保證橋梁建設(shè)過程中的安全，建成后的成橋自然美觀，需要不斷提高監(jiān)測技術(shù)。

參考文獻：

[1] 楊耀福.T型剛構(gòu)橋水平轉(zhuǎn)體技術(shù)研究.石家莊鐵道學(xué)院碩士論文，2007.

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[3] 中鐵建大橋工程局.京秦高速公路萬噸級轉(zhuǎn)體橋施工控制技術(shù)研究.