大跨連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制技術(shù)研究

劉 永 亮

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

1 概述

預(yù)應(yīng)力連續(xù)鋼構(gòu)橋形憑借跨越能力高、承載能力強(qiáng)、整體剛度高、施工便捷等諸多優(yōu)勢在省內(nèi)高等級公路施工中受到廣泛應(yīng)用。隨著連續(xù)剛構(gòu)橋單跨跨徑的不斷提升，為了保證剛構(gòu)橋線性、撓度、各控制截面應(yīng)力水平滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，必須做好施工控制工作。在省內(nèi)普遍使用的大跨徑連續(xù)剛構(gòu)體系中，常用的兩種為：主跨結(jié)構(gòu)形式為連續(xù)梁的多跨剛構(gòu)體系和多跨連續(xù)—?jiǎng)倶?gòu)體系兩種，成橋方式均為預(yù)應(yīng)力后張法，三跨及以上的連續(xù)剛構(gòu)橋，主跨部分上部結(jié)構(gòu)和墩臺(tái)為固結(jié)，最大程度保留了連續(xù)剛構(gòu)的受力特性，使得全橋受力形式更趨合理，這也是多跨連續(xù)剛構(gòu)橋體系的主要特點(diǎn)；另一種剛構(gòu)形式則借助鉸接方式將兩片多跨連續(xù)剛構(gòu)體系連接為一個(gè)整體，鉸接處于全橋跨中位置，鉸接兩側(cè)為對稱的連續(xù)剛構(gòu)體系，該體系的最大優(yōu)勢是可以借助邊跨連續(xù)梁自重使T形號剛構(gòu)設(shè)計(jì)為不等跨懸臂段，以提高主跨跨徑值。

2 連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制主要內(nèi)容

目前，高等級公路連續(xù)剛構(gòu)橋施工實(shí)踐中，為了不干擾既有線路的運(yùn)營，最常用的施工技術(shù)為懸臂澆筑法，從0號墩開始采用對稱或者非對稱方式進(jìn)行分段懸臂澆筑，最終將各節(jié)段與墩臺(tái)固結(jié)，形成連續(xù)剛構(gòu)體系。在懸臂澆筑階段，為了保證主梁線性、撓度及控制截面應(yīng)力水平滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，必須做好全橋的施工控制工作，尤其是截面應(yīng)力和線形兩方面，以保證連續(xù)剛構(gòu)橋的施工及運(yùn)營質(zhì)量。

2.1 連續(xù)剛構(gòu)橋線性控制

橋梁結(jié)構(gòu)在施工荷載及外部環(huán)境的耦合作用下，將出現(xiàn)不同程度的撓曲變形，導(dǎo)致橋梁線性偏離設(shè)計(jì)坐標(biāo)值，如果無法有效控制線性，將導(dǎo)致節(jié)段無法合龍，最終無法順利完工，造成無法彌補(bǔ)的損失。懸臂澆筑線形控制方式選用容許誤差法，其中，T形剛構(gòu)梁和普通連續(xù)梁的誤差容許值一致，懸臂合龍成橋誤差值應(yīng)介于-50 mm～+50 mm范圍內(nèi)，懸臂合龍后的相對高程設(shè)計(jì)值偏差應(yīng)控制在-20 mm～+20 mm之間。成橋線形控制應(yīng)貫穿于施工全過程，以便于及時(shí)校正由于施工荷載及其他外部因素引起的成橋線形誤差，保證懸臂合龍后的截面應(yīng)力、線形滿足設(shè)計(jì)文件要求。

2.2 連續(xù)剛構(gòu)橋控制截面應(yīng)力控制

除了做好成橋線形控制外，為了保證成橋后的結(jié)構(gòu)承載體系滿足設(shè)計(jì)要求，各控制截面的各應(yīng)力組合結(jié)果滿足設(shè)計(jì)值，防止出現(xiàn)截面應(yīng)力集中問題。主梁截面應(yīng)力控制一般選取跨中、支點(diǎn)及1/4跨位置作為應(yīng)力控制截面，在控制截面位置埋設(shè)應(yīng)變片以采集控制截面底板、斜腹板及翼緣板位置的實(shí)時(shí)應(yīng)變值，最終判斷全橋的荷載響應(yīng)情況。一旦發(fā)現(xiàn)任何一個(gè)控制截面的任何應(yīng)變采集點(diǎn)的應(yīng)變出現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)停止施工作業(yè)，徹查應(yīng)變突變的原因，并做好校正工作，保證各應(yīng)變監(jiān)測位置的應(yīng)變值始終處于合理范圍內(nèi)。相較于線形控制而言，截面應(yīng)力控制更加重要，且二者存在明顯的邏輯先后性，從本質(zhì)上分析，大部分線形失控的根本原因來自于截面應(yīng)力分布不均衡所致；此外，截面應(yīng)力控制失效將出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中問題，造成局部混凝土結(jié)構(gòu)壓潰，甚至直接影響全橋的承載能力。規(guī)范給定的應(yīng)力工況組合類型包括：結(jié)構(gòu)自重應(yīng)力、施工荷載作用下的應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力施加應(yīng)力、溫度應(yīng)力及基礎(chǔ)不均勻沉降引起的附加應(yīng)力。

3 某大跨連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制關(guān)鍵問題分析

文章選取省內(nèi)某高速公路大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋施工項(xiàng)目為研究案例，主跨跨徑組合形式為(60+100+135+135+100+60)，主跨體系為連續(xù)混凝土剛構(gòu)體系，截面形式為單箱單室箱型梁，主跨為變截面形式，截面高度和頂、底腹板厚度按照1.5次拋物線型設(shè)計(jì)，為了保證箱梁的豎向、橫向承載能力，在箱梁的縱向、橫向及豎向設(shè)置三個(gè)方向的正交預(yù)應(yīng)力。圖1為主跨1/2模型。

3.1 線形控制

在項(xiàng)目線形施工監(jiān)控過程中，主跨線形控制主要控制主跨高程，連續(xù)剛構(gòu)橋在懸臂澆筑過程中的標(biāo)高控制非常關(guān)鍵，是保證懸臂順利合龍的關(guān)鍵；此外，高程控制可以作為應(yīng)力控制的輔助判斷標(biāo)準(zhǔn)。高程控制主要反映在對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸參數(shù)偏差方面，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的施工尺寸和設(shè)計(jì)尺寸相吻合，盡可能降低單一構(gòu)件的尺寸誤差；此外，連續(xù)剛構(gòu)懸臂澆筑過程中的高程誤差容許值應(yīng)控制在JTG/T F50—2016公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范要求的誤差內(nèi)，連續(xù)剛構(gòu)懸臂澆筑梁的中軸線偏差值應(yīng)控制在-10 mm內(nèi)，豎向撓度值偏差值應(yīng)控制在-20 mm～+20 mm內(nèi)，主梁頂腹板寬度值誤差應(yīng)控制在-30 mm～+30 mm范圍內(nèi)，且對稱澆筑梁段二者之間的誤差值應(yīng)控制在20 mm以內(nèi)。表1給出了主跨對稱邊墩對應(yīng)梁段的預(yù)應(yīng)力張拉完成后高程監(jiān)控值和理論計(jì)算值對比結(jié)果。

表1 主跨對稱邊墩對應(yīng)梁段的預(yù)應(yīng)力張拉完成后高程監(jiān)控值和理論計(jì)算值對比結(jié)果

分析表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，基本全部的理論值均大于實(shí)際監(jiān)控值，根據(jù)JTG/T F50—2016公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范中關(guān)于主跨不同位置的高程容許誤差要求，二者偏差均位于容許誤差范圍內(nèi)，因此，施工監(jiān)控滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 應(yīng)力控制

在連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程中，必須保證主跨在施工階段及成橋運(yùn)行狀態(tài)下的截面應(yīng)力響應(yīng)情況均滿足設(shè)計(jì)要求，這也是決定橋梁結(jié)構(gòu)是否順利運(yùn)營的關(guān)鍵。截面應(yīng)力監(jiān)控的目的是保證主跨在任何工況下均可保證截面各位置應(yīng)力均處于規(guī)范要求范圍內(nèi)，防止出現(xiàn)應(yīng)力集中引起的局部混凝土壓潰，最終影響主梁截面的受力分布形式。在主梁截面位置布設(shè)應(yīng)變傳感器，實(shí)時(shí)采集荷載作用下的對應(yīng)位置的應(yīng)力—應(yīng)變響應(yīng)情況。實(shí)測應(yīng)力—應(yīng)變滿足胡克定律，具體如式(1)所示：

σ=E×ε

(1)

其中，E為截面彈性模量值；ε為傳感器采集到的應(yīng)變值；σ為對應(yīng)位置的應(yīng)力值。在計(jì)算過程中，鋼筋和混凝土相較而言，屬于勻質(zhì)材料，根據(jù)規(guī)范有，鋼筋彈性模量E=2.1×105MPa；混凝土為多相混合材料，其彈性模量隨著混凝土齡期不斷變化，在計(jì)算混凝土彈性模量時(shí)，必須考慮混凝土的徐變效應(yīng)影響。

在主跨的邊墩、跨中位置、1/4跨位置、支撐位置選取應(yīng)力監(jiān)控控制截面，在控制截面上的梁底、下腹板、頂腹板、翼緣根部、翼緣端部等位置布設(shè)應(yīng)變片，以實(shí)時(shí)采集對應(yīng)位置的應(yīng)變變化情況，經(jīng)應(yīng)力—應(yīng)變采集儀采集并統(tǒng)一輸出，工程技術(shù)人員通過分析對應(yīng)位置的應(yīng)力變化情況，判斷在施工荷載作用下的對應(yīng)截面位置的應(yīng)力變化是否滿足規(guī)范要求。本文選取1/4跨位置的截面頂腹板應(yīng)力變化情況為例進(jìn)行分析。具體如圖2所示。

分析圖2可知，在主跨施工階段，主跨的1/4控制截面的不同應(yīng)力采集點(diǎn)得到的應(yīng)力值均低于C50混凝土的抗拉壓應(yīng)力極限值，即fc=32.4 MPa,ft=1.83 MPa，因此，主跨施工過程中1/4跨位置的截面應(yīng)力分布情況滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋在省內(nèi)橋梁施工建設(shè)實(shí)踐中應(yīng)用非常普遍和廣泛；懸臂施工技術(shù)是使用最普遍的連續(xù)剛構(gòu)橋施工技術(shù)之一，在具體施工過程中，必須加強(qiáng)全橋在施工階段的線形和應(yīng)力監(jiān)控能力，保證主跨線形和各控制截面應(yīng)力均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，以保證全橋后續(xù)通常運(yùn)營的安全性和可靠性。