大跨度連續梁施工和線型控制技術

姜 偉

(中鐵大橋局集團有限公司武廣客運專線項目經理部,武漢 430050)

1 工程概況

衡陽湘江特大橋為武廣客運專線的重點工程。主橋為(64+4×116+64)m六跨一聯的變高度預應力連續箱梁,位于縱坡 +2.00‰的直線上,起迄里程為D K 1712+327.5～D K 1712+921.30,全長 593.8 m。連續梁橫截面為單箱單室直腹板箱梁,梁體采用 C 60耐久混凝土,采用三向預應力體系。全橋共分為 163個梁段,0號節段 5個,合龍段 6個。一般梁段編號為1#～15#,采用掛籃懸臂對稱澆筑施工;邊跨直線段編號為 16#段,采用落地支架法施工;合龍段分為次邊跨、邊跨、中跨,采用簡易吊架施工。

衡陽湘江特大橋的(64+4×116+64)m連續梁在整個武廣線,包括在全國鐵路橋梁史上,其大跨度的偶數跨連續梁屈指可數。本文將闡述掛籃懸臂澆筑施工、合龍段施工和線型控制的關鍵工藝和控制方法。

2 連續梁施工

2.1 0#段、邊跨直線段、一般節段施工

0#段采用墩旁托架法施工。臨時墩及支架結構的組成包括臨時墩鋼管混凝土立柱與墩旁托架、分配梁、底模排架等,其中臨時墩采用 4根 Φ1.1 m鋼管柱,柱內用 C 50混凝土填實。底部與承臺頂部預埋件焊接,上部與托架焊接。鋼管柱頂部混凝土內設置錨固鋼筋伸入 0號塊底板。臨時墩及支架結構均為剛性結構。鋼管柱兼作連續梁施工臨時墩,按連續梁施工時最不利荷載進行設計,需待連續梁合龍后體系轉換時方可拆除。邊跨直線段采用落地支架法一次立模整體澆筑的施工方案,采用設置臨時墩,以貝雷架拼裝施工平臺的方式進行施工。一般節段采用掛籃懸臂施工,其工藝成熟,不再贅述。

2.2 合龍段施工

本橋設計方案為:先合龍次邊跨,再合龍邊跨,最后合龍主跨。施工合龍段時,為盡量減少不平衡彎矩,將合龍段掛籃進行改制,形成兩端簡支吊架,并拆除掛籃位于頂板上的構件。

2.2.1 臨時鎖定

合龍段臨時鎖定是合龍段施工時尤為關鍵的過程。為約束兩懸臂段的水平向伸長、縮短和上、下翹曲,抵消施工過程中溫度降低時梁體縮短產生的拉應力,防止出現梁體裂縫,設計采用先施工體外勁性支撐,再對懸臂段、合龍段進行預壓。勁性支撐位置在頂板、底板各有兩處,通過焊接錨固在合龍段相鄰兩端塊段上。

2.2.2 取消合龍配重

根據設計要求,合龍時需在最大懸臂端安放合龍段的配重(合龍段混凝土重量一半)。施工時,計算該工況配重對最大懸臂端撓度的影響,以此確定是否必須進行配重。計算模型中對合龍段勁性骨架鎖定模擬為:①只傳遞軸力、剪力,不傳遞彎矩的鉸接結構;②傳遞軸力、剪力,彎矩的固結結構。

計算結果表明,按全固結計算各懸臂端位移量 ＜10 mm,按鉸接模式計算各懸臂端位移量 ＜16 mm,變形量很小。實際合龍時,取消合龍配重。測量混凝土澆筑前后懸臂端的位移量與按固結模式計算結果基本吻合。

2.2.3 合龍段 C 60耐久混凝土澆筑

為盡量減小由于梁體混凝土降溫收縮引起的拉力,合龍段澆筑選擇在溫差較小的陰雨天間隙進行最為理想。但由于合龍段施工時,幾乎處于夏天,選擇在一天溫度最低時進行。

為避免出現混凝土不均勻升溫,澆筑時間不能過長,控制在 4 h以內完成。

澆筑前一天在全梁表面、箱內灑水保濕進行降溫。兩端的混凝土連接表面要充分鑿毛,露出致密骨料,沖水洗凈保持濕潤狀態。

2.2.4 縱向預應力筋張拉

合龍段混凝土強度達到設計規定值后,按次邊跨→邊跨→中跨→次邊跨(第二批);先長束→后短束;先頂板→后底板→再腹板;同一斷面,先邊束→后中束,左右對稱張拉。但不是先把頂板束張拉完成之后,再張拉完底板,最后完成腹板束的張拉。

3 連續梁線型控制

3.1 控制思路

施工控制應當采取理論計算預測→按預測進行階段施工作業→階段施工作業完成后實測反饋→根據實測反饋進行參數分析、評估及優化→進行下一施工階段理論計算預測的循環次序進行。因此其主要工作內容包括階段施工前的預測計算、階段施工過程中的控制測量、實測結果與計算預測結果的偏差分析及優化分析三個方面的內容。

3.2 控制原則

線型調整的基本原則:①小于施工控制誤差范圍±15 mm誤差不作調整。②大于施工控制誤差 ±15 mm的誤差,在后續節段調整一半。

立模高程的控制應以追求橋面線型的平順為目標,不片面追求個別節點的理論高程。當施工中某工序或梁段澆筑后高程值與理論值發生偏差后,不必在下一個梁段中立即調整。應根據偏差發生的特點找出原因,在后期懸臂澆筑梁段撓度計算時進行修正,在以后的幾個梁段甚至后期懸臂澆筑的所有梁段中將高程偏差糾正過來。

3.3 監控計算

監控的計算主要在應力和線型兩個方面,在建模之前,必須把握設計的合龍方案和施工時的具體情況方可進行。本橋監控計算采用 Midas Civil進行計算分析,并用橋梁博士 3.0進行復核。

1)計算模型及假定

采用空間桿系單元建立結構縱向計算模型,計算采用以下假定:①主梁為全預應力構件,不考慮普通鋼筋參與結構受力;②懸臂施工階段墩頂按固結考慮。

全橋共 204個單元,205個節點。模型的邊界條件按設計圖說明模擬,五個 T構同時對稱懸臂施工。

2)計算結果及分析

根據計算模型、材料參數、活載參數,結合施工中每節段澆筑、養護、預應力張拉、掛籃前移等施工工況及各塊段施工周期(計算收縮、徐變的直接參數,故應考慮)進行正裝計算,得到各工況下的位移和內力。

主梁正截面最大壓應力為 15.16 MPa(中跨合龍后,153#墩頂附近),最大拉應力為 0.42 MPa(邊跨壓重后,次邊跨跨中)。故在施工階段的受力滿足規范要求。

施工預拱度的計算準確與否直接關系到線型控制的好壞。不計掛籃變形(掛籃變形以施工單位掛籃試驗為準),主梁預拱曲線計算見圖1。

3.4 線型監測

圖1 施工預拱度

1)主梁立模高程與截面尺寸的放樣監測

在施工掛籃移動到位,固定底模后,用極坐標法測出每節段的橋軸線及底板兩邊控制點。因箱梁采用變截面形式,所以底板上每點的里程不同高程也不同。根據設計及施工監控計算所提供的資料,在立模前計算出待澆節段前端的底板和頂板主要控制點,即圖2中 a,b,c,d,e,f,g,h,i各點的坐標。利用全站儀直接控制各主要點的平面位置,再根據水準控制點用水準儀來控制各主要點的高程。控制好各主要點后用鋼尺來控制細部尺寸,在保證每塊箱梁的平面和高程的基礎上還要保證局部尺寸和位置。

以上是箱梁立模時的模板控制,它是現澆懸臂箱梁控制的一個部分。其控制關鍵在于通過掛籃試驗數據,準確預測澆筑過程中的彈性和非彈性變形。在放樣過程中對這些變形給予適當的考慮,保證箱梁截面在澆筑成形后最優化,減小截面特性施工誤差。此項工作在每一節段立模前均需進行。

2)中線偏差及主梁高程監測

每節段施工完成后,測量該節段的高程及相鄰 3個節段的高程變化,測點布置見圖3(當前節段施工測量 N 1-1、N 1-2、N 1-3、N 1-4、N 1-5五點,后續節段施工只測 N 1-1、N 1-2、N 1-3三點)。主梁高程測量按混凝土澆筑前、混凝土澆筑后、張拉預應力后三個工況進行。

圖2 箱梁截面立模控制點

3)主墩沉降監測

在 151#～155#墩墩頂截面各設置 2個沉降觀測點,測試工作在每完成 5～7個節段后進行一次。截止2008年 8月,全橋合龍完成,橋面鋪裝施工前,各墩未見明顯沉降。

4)合龍前后線型 24 h聯測

中邊跨合龍前后各進行一次 24 h聯測,觀測主梁線型隨溫度變化情況。施工過程中,視監控計算與監測結果的對比需要,進行溫度對線型的影響觀測。

5)成橋線型測量

二期恒載鋪裝前測量全橋線型,每節段布置 3個測點。鋪裝前線型測量結果,成橋主梁高程實測值與計算值基本吻合,差值控制在 3 cm以內,主梁整體線型變化平順。

4 結語

本橋合龍方案為先合龍次邊跨,再合龍邊跨,最后合龍主跨,將經過 5次的結構體系轉換才形成連續梁結構,應力和線型控制尤為重要。

本橋施工時,嚴格控制現場施工,懸臂澆筑節段的高程與計算要求的高程基本吻合。合龍口最大誤差為14.6 mm,滿足規范小于合龍段長的 1/100(20 mm),且不大于 15 mm的要求。這都是在沒有配重和另行壓重處理的情況下取得的,表明本橋的線型控制和施工控制極為成功。也表明了在連續梁合龍段施工時,只要做好線型和施工的控制,另行壓重和配重是可以取消的,并且極大地節省了連續梁的施工時間和工序。

圖3 主梁標高測點布置(單位:m)

本橋的勁性支撐為體外臨時鎖定,相對體內和體內外結合的勁性支撐,施工更為方便,更為省時。只要保證勁性支撐的剛度,選擇好固結和拆除的時機,保證合龍段混凝土澆筑質量,合龍段的施工質量及連續梁的線型控制是有保障的。

[1]王潔,彭申凱.預應力混凝土連續梁橋合龍段施工工藝的實施和研究[M].合肥:安徽建筑出版社,2007.

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[4]中鐵大橋局集團武漢橋梁科學研究院有限公司.衡陽湘江特大橋監控監測實施細則[R].武漢:中鐵大橋局,2007.