大懸臂蓋梁掛鎖法施工過程監(jiān)測及結(jié)構(gòu)安全性分析

王 兵

[上海城建市政工程（集團(tuán)）有限公司，上海市200333]

0 引 言

全預(yù)制拼裝橋梁可有效降低施工時對既有交通的影響，縮短工期，提高施工質(zhì)量、安全及社會經(jīng)濟(jì)效益。為解決大懸臂、大噸位蓋梁的運(yùn)輸、安裝等問題，分段預(yù)制、現(xiàn)場安裝則是目前城市預(yù)制橋梁施工中最為高效的手段，其中涉及的無支架空中臨時固結(jié)技術(shù)也是蓋梁拼裝技術(shù)發(fā)展的方向。

1 工程概況

S26 公路入城段，主線全長約7.08 km，采用預(yù)制拼裝的施工工藝，其中3# 墩蓋梁總長23.934 m，寬2.6 m，高3.5 m，總重量達(dá)370 t，見圖1，分為三個預(yù)制節(jié)段，中間節(jié)段重173 t，懸臂節(jié)段重98.5 t，截面為實心截面，接縫面上布置五排剪力鍵，預(yù)制蓋梁和立柱之間采用灌漿套筒連接。

圖1 蓋梁立面圖（單位：mm）

2 掛鎖法施工工藝

掛鎖法是通過掛鎖系統(tǒng)將懸臂節(jié)段和中間節(jié)段連接，形成了一個臨時的穩(wěn)固的施工平臺面，為后續(xù)蓋梁預(yù)應(yīng)力鋼筋穿束、張拉和灌漿工序提供了可行性。掛鎖系統(tǒng)由懸掛裝置和鎖定裝置組成，懸掛裝置承擔(dān)并傳遞懸臂節(jié)段的主要豎向力，設(shè)計為牛腿式鋼結(jié)構(gòu)掛架，通過銷棒、前支點和后支點和蓋梁節(jié)段連接并實現(xiàn)節(jié)段間的荷載傳遞。鎖定裝置平衡懸臂節(jié)段產(chǎn)生的彎矩荷載，并在懸臂節(jié)段和中間節(jié)段間施加一定的自平衡水平力，設(shè)計為蓋梁頂面和側(cè)面布置的臨時預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)，側(cè)面臨時預(yù)應(yīng)力鋼筋采用穿棒法錨固，頂面臨時預(yù)應(yīng)力鋼筋采用混凝土錨塊錨固，見圖2。

圖2 掛鎖法總體示意圖

基于掛鎖法的蓋梁節(jié)段拼裝施工，通過帶懸掛裝置的懸臂節(jié)段起吊初步就位后，采用臨時預(yù)應(yīng)力鋼筋逐步鎖定，同時履帶吊車逐步卸載，來實現(xiàn)蓋梁的快速懸臂拼裝施工。其主要施工工藝流程如下：

（1）中間節(jié)段現(xiàn)場吊裝，與立柱進(jìn)行套筒連接并灌漿養(yǎng)護(hù)；

（2）涂抹接縫面環(huán)氧樹脂；

（3）蓋梁懸臂段（一側(cè)）吊起，與蓋梁中段進(jìn)行空中對接；

（4）空中對接完畢，側(cè)面錨桿張拉錨固；

（5）吊機(jī)卸載與頂面錨桿張拉交錯進(jìn)行；

（6）頂面錨桿錨固，吊機(jī)完全卸載，單側(cè)節(jié)段鎖定完成；

（7）重復(fù)以上步驟，進(jìn)行另一側(cè)懸臂段拼裝施工；

（8）兩側(cè)懸臂節(jié)段鎖定完成，吊機(jī)離場。

3 施工階段監(jiān)測

3.1 監(jiān)測點布置

為準(zhǔn)確測定蓋梁在掛鎖法施工過程的各項參數(shù)，分別對蓋梁的水平傾角、接縫面應(yīng)力、錨桿拉力、懸掛裝置、豎向位移等進(jìn)行監(jiān)測，具體測點埋設(shè)位置及數(shù)量見表1。

表1 監(jiān)測點布置統(tǒng)計表

3.2 監(jiān)測流程和內(nèi)容

監(jiān)測測點埋設(shè)及數(shù)據(jù)采集分為預(yù)制場及施工現(xiàn)場兩個環(huán)節(jié)：

（1）預(yù)制場內(nèi)主要包括節(jié)段預(yù)制時應(yīng)變計和傾角儀的預(yù)埋及檢測、懸掛裝置和錨桿上的應(yīng)變片的安裝等。

（2）施工現(xiàn)場主要內(nèi)容包括：a.中間節(jié)段安裝完成后，利用吊機(jī)及懸掛裝置完成一段懸臂節(jié)段的初定位，該階段采集節(jié)段的傾角儀數(shù)據(jù)；b.初定位完成后，張拉兩側(cè)及頂面的預(yù)應(yīng)力錨桿，完成節(jié)段鎖定，該階段須采集傾角儀數(shù)據(jù)、混凝土應(yīng)力和錨桿應(yīng)力等數(shù)據(jù)；c.完成另一懸臂段的安裝及數(shù)據(jù)的采集；d.蓋梁預(yù)應(yīng)力張拉完成，該階段采集傾角儀數(shù)據(jù)、混凝土應(yīng)力和錨桿應(yīng)力等數(shù)據(jù)；e.預(yù)應(yīng)力管道灌漿，完成蓋梁節(jié)段的安裝。

4 施工階段監(jiān)測數(shù)據(jù)分析和評估

4.1 錨桿拉力評估

掛鎖法施工鎖定過程中錨桿拉力監(jiān)測時程曲線見圖3，錨桿力設(shè)計與實測值對比見表2。

圖3 鎖定過程中錨桿拉力時程曲線

表2 鎖定過程中錨桿力設(shè)計值與實測值對比表

（1）北側(cè)懸臂段鎖定結(jié)束后，錨桿拉力總設(shè)計值為3 316 kN，實測值2 994 kN，誤差為-10%；南側(cè)懸臂段鎖定結(jié)束后，錨桿拉力實測值3 552 kN，誤差為7%；南北兩側(cè)錨桿總拉力誤差較小，在設(shè)計控制誤差20%范圍之內(nèi)，滿足設(shè)計誤差要求。

（2）北側(cè)懸臂段鎖定過程中，對于分級張拉誤差，除側(cè)面錨桿張拉有-27%誤差，其他相對誤差控制在14%以內(nèi)，符合誤差控制要求。

（3）北側(cè)懸臂段側(cè)面錨桿拉力實測值與設(shè)計值誤差大，原因是預(yù)埋錨固件在混凝土澆筑過程中發(fā)生了一定偏位，所以側(cè)面錨桿張拉過程中考慮到張拉錨固安全性，在張拉未達(dá)到設(shè)計值時提前進(jìn)行了錨固。

（4）南側(cè)懸臂段鎖定過程中，對于分級張拉誤差，除頂面錨桿第一級張拉誤差為偏大外，其他相對誤差控制在12%以內(nèi)，在設(shè)計控制范圍之內(nèi)。

4.2 接縫面應(yīng)力（以北側(cè)接縫面為例）

針對鎖定過程接縫面應(yīng)力水平分析，選取中段近接縫截面和懸臂段近北接縫截面的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過對兩截面平均應(yīng)力水平來看接縫面應(yīng)力狀態(tài)，見圖4，應(yīng)力實測結(jié)果匯總見表3。實測數(shù)據(jù)表明，蓋梁北側(cè)接縫面全截面全過程受壓，表明鎖定過程有效。

圖4 接縫面上緣平均應(yīng)力時程曲線

表3 北側(cè)接縫面上緣平均應(yīng)力 單位：MP a

4.3 蓋梁拼裝精度和剛度分析（以北懸臂段為例）

評估主要參考《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50—2011）規(guī)程的預(yù)應(yīng)力混凝土梁節(jié)段懸臂拼裝施工質(zhì)量規(guī)定中表16.6.16 的要求進(jìn)行，以北懸臂段為例。

北懸臂節(jié)段傾角時程見圖5、圖6。北懸臂傾角實測值及位移推定值匯總見表4。

圖5 北懸臂蓋梁軸向傾角

圖6 北懸臂蓋梁橫向扭轉(zhuǎn)角

表4 北懸臂傾角實測值和位移推定值匯總

（1）懸臂節(jié)段在鎖定過程中軸向傾角在-0.003°～0.049°以內(nèi)波動，相應(yīng)的懸臂節(jié)段最外點的位移推定值變化范圍為-0.4～6.1 mm，變化幅度為6.5 mm。滿足規(guī)范頂面高程±20 mm 的要求，也說明鎖定過程中節(jié)段位移變化小，且變化穩(wěn)定。

（2）鎖定完成后，懸臂節(jié)段最外點的位移推定值為5.3 mm，表明節(jié)段鎖定后最大上撓了5.3 mm，滿足規(guī)范頂面高程±20 mm 的要求，說明臨時鎖定系統(tǒng)有效，拼裝精度高。

（3）臨時鎖定拆除后，懸臂最外點的位移推定值為5.1 mm，與臨時鎖定完成后的位移推定值5.3 mm非常接近，滿足頂面規(guī)范高程±20 mm 的要求，也表明施工過程中的體系轉(zhuǎn)換對位移影響小，拼接精度高。

（4）張拉完成后，有限元計算所得懸臂最外點的位移理論值為8.2 mm，懸臂最外點的位移推定值為5.1 mm，拼裝施工過程中位移理論值和實測值誤差僅為3.1 mm。

（5）主梁架設(shè)前后，懸臂最外點的位移推定值分別為5.1 mm 和0.7 mm，也就是說上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的蓋梁下?lián)现禐?.3 mm，與理論值4.0 mm 僅為0.3 mm，可以認(rèn)為預(yù)制拼裝的蓋梁北懸臂側(cè)實測剛度和計算剛度吻合程度非常高。

（6）蓋梁北懸臂節(jié)段橫向扭轉(zhuǎn)角幅值在±0.077°以內(nèi)，相應(yīng)的懸臂節(jié)段扭轉(zhuǎn)相對位移為±1.7 mm。架設(shè)完成后，蓋梁北懸臂節(jié)段扭轉(zhuǎn)相對位移為-0.5 mm，表明節(jié)段拼裝施工過程中，節(jié)段沒有因為不對稱施工發(fā)生過大的扭轉(zhuǎn)變形。滿足規(guī)范軸線偏位10 mm的要求，表明蓋梁軸線拼裝施工質(zhì)量良好。

4 結(jié) 語

掛鎖法工藝不僅適用于陸地上施工高度不太高，梁段一側(cè)只有一個懸臂節(jié)段的帶豎直分縫的蓋梁進(jìn)行節(jié)段拼裝施工，也適用于其他大懸臂實心截面預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的節(jié)段拼裝施工。本文以S26入城段大懸臂蓋梁掛鎖法施工為例，結(jié)合過程中對結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形等的測試，對掛鎖法施工過程錨桿拉力、接縫面應(yīng)力、拼裝精度和剛度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析和評估，可以看出，施工過程中的拼裝精度、應(yīng)力等均能滿足要求，拼裝質(zhì)量施工良好。其過程監(jiān)測及結(jié)構(gòu)安全性評估的方法，可為類似工程提供借鑒。