大跨度分段施工連續(xù)梁線形控制技術(shù)研究

徐為民

中鐵十局集團(tuán)有限公司 山東濟(jì)南 250101

連續(xù)梁橋其施工過程比較復(fù)雜，將經(jīng)歷0#-1#梁段施工、懸臂梁段的施工、邊跨現(xiàn)澆段的施工、中跨合龍等一系列施工過程。施工過程中將受到許許多多不確定因素的影響，包括設(shè)計計算、材料使用性能、施工荷載、大氣溫度、混凝土的收縮徐變等諸多方面在理論狀態(tài)與實際狀態(tài)的差異。所以對施工狀態(tài)進(jìn)行實時識別（調(diào)整）、調(diào)整（糾偏）、預(yù)測，使現(xiàn)場施工處于有效的控制中，對順利合攏是至關(guān)重要的。施工監(jiān)控的原則是線形監(jiān)控為主和應(yīng)力監(jiān)控為輔，以現(xiàn)場張拉前后的標(biāo)高比對為主要依據(jù)，在施工過程中采取如下的控制策略：以懸臂節(jié)段空間位置及主橋各關(guān)鍵部位的應(yīng)力狀態(tài)兩項指標(biāo)為控制標(biāo)準(zhǔn)。橋面鋪裝完成后，復(fù)測橋面標(biāo)高，與設(shè)計標(biāo)高進(jìn)行對比，繪制主橋標(biāo)高線形圖，實際標(biāo)高與設(shè)計標(biāo)高走勢趨向接近，將認(rèn)為該橋線形較好[1]。

1 工程概述

蓬萊路跨派河橋主橋設(shè)計采用（75+128+75）m三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，主橋下部結(jié)構(gòu)采用三柱式橋墩，鉆孔樁基礎(chǔ)。主墩單個墩身順橋向?qū)挾葹?m，橫橋向?qū)挾葹?．5m。承臺厚度3．8m，平面尺寸為 16．5m×10．8m，樁基為 11根Ф1．8m的鉆孔灌注樁，樁基按摩擦樁設(shè)計。過渡墩采用三柱上接蓋梁形式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墩柱為直徑2．2m圓形斷面。承臺厚度為3m，平面尺寸為14×6．25m?；A(chǔ)采用6根Ф1．5m的鉆孔灌注樁，樁基按摩擦樁設(shè)計。主橋上部結(jié)構(gòu)采用（75+128+75）m三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，箱梁為單箱雙室結(jié)構(gòu)，頂板寬22．5m，底板寬14．5m，箱梁高度按2次拋物線，從跨中處3．4m變化至距主墩中心2．0m處7．7m。主橋箱梁頂板厚度為0．28m，底板厚度按照2次拋物線，由跨中的0．3m變化至距0號塊中心線4m處的0．895m。箱梁腹板厚度1-8號梁端采用0．9m，9號梁段由0．9m直線漸變到0．7m，10-15號梁段采用0．7m，16號梁段由0．7m直線漸變到0．5m，17-19號梁段采用0．5m。全橋共計23個節(jié)段，0#、1#在墩頂處現(xiàn)澆，邊跨19#、20#、21#、22#塊為邊跨現(xiàn)澆段，中跨19#塊為合龍段。主梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系，縱向預(yù)應(yīng)力筋分別采用φs15．2-19、s15．2-15鋼絞線；頂板橫向預(yù)應(yīng)力筋采用φs15．2-2鋼絞線；豎向預(yù)應(yīng)力采用Φ32螺紋鋼筋。箱梁縱向懸澆分段長度為（7×3．0m+8×3．5m+2×4m），箱梁墩頂現(xiàn)澆塊件（即0、1號塊）總長12．0m，中跨合攏段長度為2．0m，邊跨現(xiàn)澆段長度為11．92m。連續(xù)梁施工工藝流程圖如圖1所示。

2 線形質(zhì)量控制

2.1 施工監(jiān)控主梁預(yù)拱度的計算

蓬萊路跨派河橋采用有限元軟件MidasCivil來建立有限元模型,全橋施工階段的預(yù)拱度按照施工過程的合計撓度（包括成橋十年收縮徐變+0．5倍活載撓度（考慮長期效應(yīng)的撓度增長系數(shù)）+掛籃彈性變形），取反號進(jìn)行拋高，即為預(yù)拱度[2]。十年徐變收縮、汽車活載變形由Midas軟件建模而得，掛籃彈性變形：掛籃在首次使用前需要進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓荷載不應(yīng)小于支架承受的混凝土結(jié)構(gòu)恒載與模板重量之和的1．1倍，以消除支架的非彈性變形并測量支架的彈性變形量，預(yù)壓采用混凝土塊逐級施加荷載，直到預(yù)壓的荷載達(dá)到要求后再逐級卸載。記錄相關(guān)原始數(shù)據(jù)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算出支架的非彈性變形和彈性變形，從而確定支架的預(yù)留沉落量，以此為依據(jù)對底模的標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，確保箱梁底標(biāo)高和線形符合設(shè)計要求。初步計算蓬萊路跨派河橋施工預(yù)拱度線形如下圖2所示。

圖1 連續(xù)梁施工工藝流程圖

圖2 左右幅（75+128+75）m連續(xù)梁橋施工預(yù)拱度圖（拋高線形）

2.2 主梁應(yīng)力監(jiān)測

（1）測點布置。主梁上應(yīng)力測點，選擇9個截面進(jìn)行應(yīng)力測點布置，具體位置見下圖3所示。

測點總體布置情況為每主梁根部左、右側(cè)有應(yīng)力測試斷面，如圖4所示。各主梁跨中及主梁的L/4處均布有應(yīng)力測試斷面，如圖5所示。實際測點布設(shè)根據(jù)施工監(jiān)控及施工情況確定。

圖3 應(yīng)力測點截面布置圖（單位：m）

圖4 主梁應(yīng)力測試斷面測點布置示意圖

圖5 主梁應(yīng)力測試斷面測點布置示意圖

（2）測試工況。測試工況主要分三種，對于每一個懸灌梁段要進(jìn)行兩種工況的應(yīng)力觀測，即：

①混凝土澆筑后；

②預(yù)應(yīng)力鋼束張拉完成后；

③在懸灌結(jié)束及中跨合攏后，復(fù)測全橋所有已預(yù)埋應(yīng)變計。每種工況應(yīng)力觀測結(jié)束后，計算相應(yīng)各點的應(yīng)力變化，與計算值進(jìn)行對比分析。

2.3 主梁線形測量

主梁線形測量包括施工過程中主梁底、頂面標(biāo)高測量和成橋線形測量兩部分內(nèi)容。由于本橋采用懸臂施工法，每施工節(jié)段的標(biāo)高即每個節(jié)點坐標(biāo)位置的變化與偏離都可能造成合攏困難，影響最終成橋線形。為保證橋梁線形符合設(shè)計要求，必須在主梁施工過程中進(jìn)行線形控制。線形測量的主要內(nèi)容有：

（1）主梁底板、頂板標(biāo)高測量。測點布置：每節(jié)段施工完成后，測量該節(jié)段的標(biāo)高及相鄰3個節(jié)段的標(biāo)高變化，頂板測點布置見圖6所示。測點采用Φ16的短鋼筋制作，鋼筋下口焊于底層鋼筋上，頂部磨圓露出端部堵頭板1cm，采用紅油漆標(biāo)記。底板測點在高、中、低腹板的端頭板處進(jìn)行測量。

主梁標(biāo)高測量按以下四個工況進(jìn)行：①混凝土澆筑前；②混凝土澆筑后；③預(yù)應(yīng)力鋼束張拉前；④預(yù)應(yīng)力鋼束張拉完成后。

四階段的觀測方法中階段①、②的測量數(shù)據(jù)之差反映箱梁節(jié)段混凝土重量產(chǎn)生的撓度效應(yīng)，階段②、③的測量數(shù)據(jù)之差反映箱梁在等強時間內(nèi)由收縮徐變產(chǎn)生和環(huán)境影響的撓度效應(yīng)，階段③、④的測量數(shù)據(jù)之差反映箱梁節(jié)段張拉預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的撓度效應(yīng)。

圖6 主梁撓度測點示意圖（單位：m）

（2）成橋線形測量。主橋中跨合攏后，在強度達(dá)到設(shè)計值后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，張拉完成后拆除掛籃，在瀝青鋪裝層施工完成后我們對主橋每一節(jié)塊的標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測，分別選取橋面兩個點：距高側(cè)翼緣0．5m處、距低側(cè)翼緣6．5m處，如圖7所示。

圖7 橋面標(biāo)高測點布置示意圖（單位：m）

3 觀測分析

3.1 應(yīng)力測試成果及數(shù)據(jù)分析

跨派河橋所選混凝土為C55，C55混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值為35．5MPa，軸心抗拉強度設(shè)計值為2．74MPa。從圖8得整個施工狀態(tài)受力處于安全可靠狀態(tài)，且實測應(yīng)力值與理論值變化趨勢一致，在可預(yù)計的范圍內(nèi)變化。

圖8 15號墩左幅1-1截面應(yīng)力圖

3.2 成橋線形標(biāo)高監(jiān)測成果分析

成橋理論線形綜合考慮了10年混凝土收縮徐變的影響以及活載作用等因素的影響，從實測數(shù)據(jù)來看，橋面線形與理論線形相比吻合較好，基本在正負(fù)3cm以內(nèi)，且平均差值為2．2cm,精度較高。圖9，圖10為橋面初次鋪裝低側(cè)翼緣和高側(cè)翼緣的標(biāo)高。圖11為成橋后實物圖，由實物圖可看出本橋線形控制及施工較為成功[3]。

圖9 左幅低側(cè)翼緣橋面初次鋪裝標(biāo)高

圖10 左幅高側(cè)翼緣橋面初次鋪裝標(biāo)高

圖11 成橋后現(xiàn)場實物圖

4 結(jié)語

在蓬萊路跨派河橋的施工過程中，線形控制分別從節(jié)塊施工過程中標(biāo)高測量比對、主梁應(yīng)力兩方面進(jìn)行展開，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)及對測量數(shù)據(jù)分析得到的結(jié)果，及時調(diào)整施工預(yù)拱度，保證了連續(xù)梁體系轉(zhuǎn)換的順利進(jìn)行及中跨合攏無差別的順利完成。主要結(jié)論如下：

（1）從主梁施工過程中豎向位移的測量結(jié)果來看，主梁的豎向位移略大于理論計算結(jié)果，但主梁的位移仍在監(jiān)控預(yù)測的范圍內(nèi)變化，處于受控狀態(tài)，滿足要求。

（2）從主梁的應(yīng)力計算和測量結(jié)果來看，施工過程中和成橋狀態(tài)的應(yīng)力水平很低，且實測結(jié)果與理論值在變化值上基本是接近的，說明主梁應(yīng)力變化安全可靠。

（3）在主梁的懸臂澆筑過程中，通過理論模型計算與現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合，并在施工過程中根據(jù)施工監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析，對每個施工階段進(jìn)行預(yù)測控制，即施工預(yù)拱度。合理地確定了每個施工過程中梁段立模標(biāo)高。最終確保了連續(xù)梁順利合龍，且合龍誤差小，成橋后線形平順、受力合理，達(dá)到預(yù)期控制目標(biāo)。