帕德瑪大橋節(jié)段箱梁預制架設與線形控制

董曉兵

(1.橋梁智能與綠色建造全國重點實驗室,湖北 武漢 430034;2.中鐵大橋科學研究院有限公司,湖北 武漢 430034)

1 工程概況

帕德瑪大橋鐵路連接線位于孟加拉國中西部,是孟加拉國東西部客貨運輸交流的又一個主通道,新建鐵路正線全長168.6 km。線路起于既有達卡站,經(jīng)馬瓦、通過在建的帕德瑪大橋、邦嘎至杰索爾。

帕德瑪大橋鐵路連接線節(jié)段梁分為V1,V2,V3高架橋,包含581孔38 m跨度簡支箱梁和28孔34 m跨度簡支箱梁。箱梁主體采用C50混凝土,38 m標準跨箱梁劃分為12個節(jié)段,除兩端墩頂節(jié)段中心長度為2.69 m外,其余節(jié)段中心長度為3.25 m。箱梁節(jié)段采用單箱單室截面,箱梁頂板寬8.45 m,底板寬4.8 m,梁高2.4 m,頂板厚22.5 cm,底板厚25 cm,腹板厚35 cm～55 cm。如圖1所示為箱梁標準節(jié)段橫斷面圖。

2 有限元模型

采用有限元分析軟件MIDAS Civil建立計算模型(見圖2),主梁采用梁單元模擬。恒載按設計取值,活載采用印度鐵路規(guī)定的25 t軸重荷載。

結構主要施工步驟為:1)節(jié)段梁預制完成后梁場內(nèi)存梁90 d,運至現(xiàn)場后架橋機進行逐段吊裝;2)節(jié)段梁懸掛拼裝調(diào)整線形,張拉體內(nèi)預應力;3)臨時支座轉(zhuǎn)為永久支座,架橋機過跨進行下一跨施工;4)收縮徐變6個月后施加二期恒載。

3 總體施工方案

3.1 節(jié)段梁預制施工技術[1]

3.1.1 節(jié)段梁預制施工順序

38 m標準主梁分為12個預制節(jié)段,在專用臺座中預制1號節(jié)段(墩頂節(jié)段),預制完成后采集其預埋的6個測點的相對坐標,將1號梁作為匹配梁進行2號節(jié)段的澆筑,2號梁混凝土完成澆筑后,采集匹配梁(1號梁)和新澆筑梁段(2號梁)的局部坐標,計算該預制過程中的匹配誤差,然后再將新澆筑梁段(2號梁)作為匹配梁,匹配梁的定位需考慮前一節(jié)段的匹配誤差,重復該步驟,完成一跨其余節(jié)段梁的預制匹配施工。

短線法節(jié)段預制匹配階段的施工控制的核心就是不斷識別線形誤差和調(diào)整誤差,以使得整體預制線形達到理論控制目標的過程。

3.1.2 匹配梁調(diào)整及定位

圖3為預制匹配時待澆梁與匹配梁位置關系圖,匹配梁段為待澆梁段相鄰的上一已澆筑節(jié)段。新澆梁段在達到一定的強度后,脫開內(nèi)模和側模,通過卷揚機、倒鏈牽引和底模臺車的頂升動作相互配合脫離固定端模,移至匹配位置進行定位。匹配梁定位采用底模臺車進行匹配梁三維精確定位,匹配梁匹配坐標需根據(jù)預制誤差進行計算。匹配梁位置調(diào)整好后將底模4個螺旋支腿旋下?lián)斡诘孛?同時測量匹配梁與固定端模間的距離,保證頂緊支腿過程中匹配梁位置不發(fā)生變化。再次測量匹配梁測釘坐標,測量誤差不超過3 mm后合龍側模,如達不到要求,則頂升千斤頂重新定位匹配梁。

考慮到混凝土澆筑過程匹配梁會因混凝土側壓力產(chǎn)生位移,匹配梁定位后,首先將匹配梁底模與待澆梁模之間用拉桿連接,再將匹配梁后端限位支架螺旋千斤頂與匹配梁段后部下端頂緊,防止匹配梁段在混凝土側壓力作用下縱向位移。

3.1.3 待澆梁混凝土澆筑

匹配梁就位、模板調(diào)整固定后,鋼筋骨架吊裝后澆筑混凝土。澆筑順序為:底板→腹板→頂板(含翼緣板)?；炷练謱訚仓穸炔怀^450 mm。底板澆筑時采取中央往兩側澆筑,在澆筑時預留約5 cm暫不澆滿,待腹板澆筑一定高度后,再進行補料澆筑。腹板澆筑時,適當降低混凝土坍落度1 cm～2 cm,以防止混凝土向底板上翻。底板與腹板倒角混凝土布料及振搗采取在內(nèi)模下方倒角處開設三個約15 cm×15 cm的方孔,通過該處觀察混凝土的布料情況并經(jīng)此處對混凝土振搗密實。

在頂板混凝土終凝前進行6個測量控制點埋設,在混凝土終凝后、梁段移動前采集測量點的相對坐標,作為下一梁段匹配的依據(jù)。

3.2 節(jié)段梁架設施工技術[2]

首先在拼裝墩位處安裝LG75型架橋機,按照節(jié)段梁懸掛順序依次吊裝(見圖4),調(diào)整節(jié)段位置和標高,接縫處滿涂環(huán)氧樹脂膠,保證膠體壓力不小于0.3 MPa至環(huán)氧樹脂膠固化,最后張拉預應力,支座灌漿后體系轉(zhuǎn)換完成,架橋機卸載前移過孔。

標準孔跨架設主要步驟如下:

1)將節(jié)段梁存放至墩位處采用三點支撐進行存放,支座、千斤頂擺放就位,利用架橋機進行節(jié)段吊掛。

2)逐塊吊掛節(jié)段梁并懸吊于架橋機主梁上,相鄰塊段上下交錯,最后吊裝B節(jié)段,懸吊于A,C節(jié)段下方。近端首節(jié)段墩頂D節(jié)段精確定位,并臨時鎖定;吊起C節(jié)段與D節(jié)段試拼裝后退開,匹配面雙側涂膠后拼裝對位,安裝節(jié)段梁精軋螺紋鋼以及千斤頂,張拉臨時預應力。按上述步驟逐塊調(diào)整其他節(jié)段、節(jié)段涂膠、張拉臨時預應力。

3)完成整孔箱梁節(jié)段膠拼后將墩頂千斤頂抄墊密實,穿體內(nèi)預應力束并按設計順序張拉預應力;千斤頂起頂支撐整孔箱梁,由中間向兩端拆除提梁吊掛扁擔吊桿,架橋機不再承受節(jié)段梁自重荷載。落梁于正式支座上至設計高程,支座底板灌漿完成一孔架設,架橋機走行過孔后進行預應力孔道壓漿。

4 施工計算分析

鑒于篇幅,以38 m標準跨P269-P271墩跨為例。

4.1 應力計算結果[3-4]

根據(jù)施工過程結構應力計算結果可知,箱梁頂板最大壓應力為6.84 MPa,箱梁底板最大壓應力為15.30 MPa,施工過程中未出現(xiàn)拉應力,結構處于安全狀態(tài),滿足規(guī)范要求。表1為主梁在關鍵施工過程中的箱梁頂、底板應力。

4.2 位移計算結果

根據(jù)計算結果可知,由于自重、預應力、混凝土收縮徐變對主梁結構變形會產(chǎn)生影響,主梁在二期恒載施工完成后跨中上拱17.7 mm,箱梁頂面總壓縮量為8.7 mm。圖5為主梁在制造階段的主梁制造拱度曲線,為確保在二恒施工后主梁頂面與設計線形相符,主梁預制施工不考慮運營階段預拱度,因此,主梁無應力制造線形為跨中拱度向下預設17.7 mm,單跨總梁長增加8.7 mm,以確保結構線形平順。

表1 主梁在關鍵施工過程中的箱梁頂、底板應力 MPa

5 線形控制結果

5.1 節(jié)段梁預制線形控制結果

5.1.1 節(jié)段梁預制長度控制[5-6]

節(jié)段梁架設施工中,伸縮縫太寬或過窄都對后續(xù)施工及線形控制造成影響,因此,控制單個梁段以及整跨總梁長至關重要,但由于模板剛度不足、匹配誤差等施工因素影響,單個梁段實際預制軸線長度與理論軸線長度不完全一致,如不及時調(diào)整累計誤差較大時就會對整跨總長度控制造成影響。因此,提出待澆梁段軸線理論控制長度按照已預制梁段累計長度進行負誤差動態(tài)控制,具體計算公式如下:

(1)

其中預制最后一榀梁段梁長修正值Δl還需考慮梁段架設時節(jié)段間膠拼厚度Δl1、已預制梁段累計實測長度與擬合計算累計長度的誤差Δl2、最后一榀梁脹模誤差Δl3,以P269-P270跨最后一榀梁1號梁為例:

Δl1取12個梁段的節(jié)段間膠拼總厚度,即Δl1=-11×0.001 m=-0.011 0 m。

Δl3根據(jù)經(jīng)驗取最后一榀梁脹模誤差,即Δl1=-0.002 0 m。

即最后一榀梁1號梁的梁長修正值Δl=Δl1+Δl2+Δl3=(-0.011 0+0.002 5-0.002 0)m= 0.010 5 m。

因此,1號梁修正后理論制造梁長為:l1=L1+Δl=(2.684 7-0.010 5)m=2.674 2 m。

由表2可知,1號梁在制造完成后擬合計算梁長為2.674 m,實測梁長2.673 m,與修正后理論制造梁長2.674 2 m偏差較小,驗證了該梁長計算方法的有效性。同時,在多跨節(jié)段梁完成架設后,跨間接縫寬度偏差較小,驗證了節(jié)段預制過程中單個梁段及單跨總梁長控制計算方法的有效性。

表2 P269-P270跨節(jié)段理論制造梁長、擬合計算梁長和實測梁長表

5.1.2 節(jié)段梁預制坐標誤差控制

以P269-P270跨為例,圖6為軸線和高程預制誤差統(tǒng)計柱狀圖,根據(jù)上述施工方法,預制梁軸線誤差范圍在-2.5 mm～2.1 mm內(nèi),±2 mm內(nèi)測點數(shù)占比97.0%;高程誤差范圍在-0.9 mm～3.3 mm,±2 mm內(nèi)測點數(shù)占比81.8%,節(jié)段預制精度總體較高,且在梁段預制施工中高程線形控制較軸線線形控制更為困難,在預制施工中需加以注意。

5.2 節(jié)段梁架設線形控制

根據(jù)實測結果,實際成橋線形總體與理論線形變化趨勢一致,但實際成橋線形總體略低于理論線形,最大偏差為-5.8 mm,位于跨中梁段位置。實際成橋線形總體略低于理論線形,主要是由于梁體混凝土彈性模量比計算值高,預應力張拉起拱量較理論計算值小,導致跨中高程低于理論值,因此在后續(xù)其他梁段預制需要根據(jù)實測結果進行反饋修正,適當減小跨中反拱值6 mm,確保架設線形與理論線形更加吻合。

6 結語

1)依托帕德瑪大橋鐵路連接線項目,介紹了38 m跨徑箱梁節(jié)段預制的施工順序、臺座安裝、匹配梁調(diào)整定位、待澆梁澆筑、梁段轉(zhuǎn)運與存放的預制施工技術,闡述了整孔逐段拼裝的總體流程和標準跨施工方法。

2)通過對預制和架設施工關鍵過程結構的應力和變形情況進行計算,表明結構應力在施工過程中處于安全可靠狀態(tài),同時以位移分析結果為依據(jù),計算了單跨節(jié)段梁反拱設置曲線和梁長增加量。

3)闡明了節(jié)段預制單個梁段及單跨總梁長控制計算方法,并提出待澆梁段長度負誤差動態(tài)控制法,節(jié)段梁預制誤差基本控制在±3 mm內(nèi),架設后線形誤差約為6 mm,施工控制精度較高,滿足相關要求。