不對稱連續剛構橋的施工控制

(大連理工現代工程檢測有限公司，遼寧大連 116024)

1 項目概況

某不對稱剛構橋，橋梁全長281 m，為53+128+92預應力混凝土連續剛構橋，橋面凈寬9.5 m，其中0號臺為擴大基礎，重力式混凝土橋臺;1號墩為墻式基礎，實心雙矩形橋墩，墩高35 m;2號墩為鉆孔灌注樁基礎，異型橋墩，墩高86.5 m;3號墩為挖孔灌注樁基礎，混凝土輕型橋臺。1號墩“T”形上構箱體0號塊高6.2 m，有11對懸澆節段;2號墩“T”形上構箱體0號塊高9.5 m，有20對懸澆節段，合龍段梁高3.2 m，上構連續箱體為單箱室構造。全橋混凝土強度等級分配為樁基C30、墩身C40、連續箱體C50、橋面 C50。

本橋為典型的墩、梁不對稱剛構橋，其結構受力特性與施工方法具有一定的代表性。橋梁布置圖見圖1。

圖1 橋梁布置圖

2 施工控制的目標與內容

施工監控總的來說要實現兩個目標:1)要保證結構在施工過程中的安全;2)要實現設計文件所規定的成橋狀態。反映在實際施工控制中，通常分為線形控制與應力監測兩個方面。

對于不對稱連續剛構橋，施工控制以線形控制為主，確保合龍段兩側斷面高差滿足規范要求。

施工過程中，對各節段的施工進行動態控制，對某節段各工況下的實測數據進行分析處理，并通過計算模擬與預測本節段的變形結果進行分析比較，確定實際施工狀態與模擬計算之間的差別，分析對下一節段的影響。

通過分析數據，如果實測線形與目標線形不一致是由梁段的幾何尺寸與設計不一致引起的，則在理論計算中進行本節段模型幾何尺寸調整，分析調整對目標線形產生的影響，確定最終的調整方法;如果實測線形與目標線形不一致是由與時間有關的效應引起的，則調整相關計算參數，使計算模型適應目前的實測結果。調整參數后，需要進行重新計算，分析之前的目標線形對修改計算后的目標線形的影響，以便確定是否需要對線形進行再次優化，并在調整后的基礎上對后續階段的施工進行預測指導。

在線形控制的同時，需要對結構應力進行監測。通過在結構控制斷面預埋應力監測設備對結構施工過程中各控制工況進行應力數據采集。應力控制以滿足橋梁規范中規定施工階段應力限制為最基本控制條件，發現異常變化則停止施工，查找原因進行調整，確保結構在施工過程中的受力安全。

3 施工控制過程

3.1 施工控制理論計算

計算采用平面桿系有限元計算模型。混凝土收縮徐變與預應力損失等均按照JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范選取。施工工序、施工時間、各材料參數與荷載等均按照施工單位提供的資料進行正裝模擬計算。

根據以往經驗以及結構實際情況，采用如下假定:

1)本橋為全預應力構件，計算中未考慮普通鋼筋參與受力;2)墩身底部與承臺按固結約束考慮。全橋主梁與橋墩均采用梁單元模擬，邊界條件與施工過程一致，所有約束均為剛性約束。

3.2 結構預拱度的設置

3.2.1 預拱度的設置

結構的預拱度通常分為施工預拱度與成橋預拱度。結構某節點的施工預拱度=施工過程中的總變形量+成橋預拱度;結構某節點的成橋預拱度=成橋收縮徐變量+1/2活載頻遇值;成橋收縮徐變量為結構完成之日至設計設定的某個時間下為成橋狀態之間結構產生的收縮徐變。本橋按照結構完成8年后達到成橋狀態進行成橋收縮徐變計算。

3.2.2 施工過程梁段立模標高的確定

在懸臂澆筑過程中，梁段立模標高的確定關系到主梁線形是否平順、成橋標高是否符合設計要求，同時是施工控制的核心。所采取的公式為:

其中，Hlm為立模標高;Hsj為設計標高;fyg為施工預拱度;fgl為掛籃的變形;fwc為誤差調整值。

其中掛籃變形量根據掛籃靜載試驗結果得出;誤差調整值則通過分析上一節段的結構變形量與理論變形量之間的差別得到。

3.3 掛籃計算與靜載試驗

3.3.1 掛籃計算

施工控制需要對掛籃進行計算，主要計算內容有:各主要構件計算、掛籃行走與混凝土澆筑等工況下掛籃抗傾覆計算、掛籃結構整體計算及掛籃結構穩定性計算等。

3.3.2 掛籃靜載試驗

掛籃靜載試驗的目的:

1)消除掛籃的非彈性變形;2)檢驗掛籃承載能力;3)得到各種荷載等級下掛籃各部位的變形量。

掛籃靜載試驗加載重量通常為懸澆節段最大塊件重量的1.2倍。加載時0號塊兩側掛籃要同步對稱加載，避免對結構產生不對稱彎矩。

3.4 施工過程線形控制

對于橋梁施工測量，首先建立全橋坐標控制網，建立兩個以上不受施工影響的高程控制基準點，施工中在各0號塊和墩身、承臺等位置布置標高觀測基準點和沉降觀測點，定期進行校核。

在不對稱連續剛構橋施工過程中，線形控制的主要觀測內容有:

1)橋墩沉降、偏轉觀測;2)懸澆段端部撓度觀測;3)主梁軸線測量。

懸澆過程中，影響懸澆段端部撓度的因素有很多，包括掛籃本身彈性變形量、結構懸臂變形(撓度變形與轉角變形)、橋墩沉降變形、溫度變化對懸臂造成的變形以及由于不對稱荷載造成橋墩偏轉產生的懸臂端的撓度變形。

在施工控制中，通過對測量結果的分析處理得到各影響因素產生的變形量。

在懸澆梁段施工控制中，分別對各節段空模狀態、混凝土澆筑后、預應力束張拉后以及掛籃前移到位四個工況進行標高測量。標高測量分別觀測在梁頂底板位置預埋的觀測點的標高，得到各工況的撓度變化量。對于懸臂較大、梁剛度較小的階段，各懸臂節段在測量本節段斷面標高的同時，需要對前幾個節段的斷面標高觀測點進行相應工況測量，得到大懸臂狀態下變形較大位置的撓度變形情況。

3.5 施工過程應力監測

應力監測通常選擇在各控制截面位置預埋應力傳感設備，對各主要工況進行應力監測，得到實測應力值，通過與理論預測值進行對比，保證結構受力安全。本橋在各0號塊端部截面與橋墩控制斷面預埋了鋼弦式應力傳感器。

對各懸澆節段、體系轉換階段以及頂推等關鍵施工階段進行應力監測。例如，對梁段預應力束張拉前后進行應力數據采集，可以很大程度上避免應力結果受到混凝土收縮徐變與溫度變化的影響。

3.6 合龍段控制

3.6.1 對合龍段工序進行優化

根據現場實際情況以及工期的要求，對設計合龍工序進行了一定調整。對合龍段施工工序進行優化，首先保證結構安全，其次保證優化后能夠達到設計要求的成橋狀態。通過優化能夠節約施工成本，加快施工工期。

3.6.2 預防由于張拉預應力導致混凝土開裂的措施

近年來，連續剛構張拉底板預應力束時頻繁出現底板開裂現象。施工控制中，采取了多種方法防止裂縫出現:

1)施工中強調對預應力筋的定位要準確，防崩鋼筋與定位筋的數量與位置必須嚴格按照設計要求進行，尤其是對轉角較小的預應力筋要格外注意，保證防崩鋼筋卡在波紋管凹槽內，并保證錨固長度以抵抗外崩力;

2)分別在合龍段附近增加了4道橫隔板，以保證結構受力安全。橫隔板對整個結構的受力以及防止底板開裂具有十分重要的作用;

3)對合龍段預應力張拉順序進行優化。將整個張拉過程改為進行多批張拉，每批張拉后及時注漿，以增加截面有效面積，并避免連續張拉相近的預應力束。

3.6.3 頂推控制

連續剛構體系成橋之后，由于收縮徐變將導致結構下撓。邊跨的下撓度小于中跨，導致橋墩向中跨方向偏移。因此，對于收縮徐變導致結構撓度變形較大的剛構橋來說，頂推工作必不可少。墩高不對稱連續剛構，其矮墩受力更為顯著，頂推時以控制矮墩位移為主，保證矮墩在成橋后收縮徐變作用下受力合理，當中跨梁段完成混凝土收縮、徐變后，在橋址處氣溫達到設計平均氣溫時，使得剛構梁兩個主墩軸線達到處于鉛垂位置的理想狀態。

由于中跨合龍時，當地平均氣溫約為25℃，高于設計合龍溫度15℃。根據計算，溫度增加頂推力1000 kN，中跨合龍時合龍口施加頂推力合力大小為3500 kN。

本橋選用在合龍段兩側斷面預埋作用在截面上的頂推撐桿的方式。頂推采用在合龍段端部斷面預埋鋼板，焊接頂推桿，千斤頂位于兩頂推桿之間。頂推桿采用兩根12b槽鋼通過綴板連接，在保證其軸心受壓的情況下需要對其穩定性進行驗算。

整個頂推過程，采用分級頂推，通過在墩中心線梁頂處設置全站儀棱鏡觀測墩頂水平位移、測量千斤頂伸長量控制梁端位移以及控制頂推力三方面控制頂推過程，當任何一方面達到理論計算量則完成頂推。頂推力施加的同時需要對兩主墩墩頂位移及合龍口相對位移進行監測，采取頂推力與位移雙控，頂推力與位移值其中1項達到設計值后終止頂推作業，隨即鎖定合龍段。實際施工中施加頂推力達到3500 kN時，實測梁體位移值均未達到相應設計位移值。設計頂推力3500 kN時的梁體位移值見表1。頂推時間選擇在晚上，以便頂推完成后進行勁性骨架的安裝，監測實際頂推過程位移與頂推力情況。

表1 頂推位移量表 cm

產生頂推力達到計算值后，梁體位移未達到設計值的原因，最主要的是在計算模擬過程中，未考慮普通橋墩對整個結構剛度的影響。

3.6.4 其他注意事項

1)澆筑混凝土時間選擇在晚上溫度較低的時段，并加強養護;2)合龍段混凝土中適當添加膨脹劑，本橋選用HJUEA低堿膨脹劑，用量為水泥用量的4%，在施工中應增加混凝土的拌合時間，并延長養護時間;3)合龍段兩側斷面混凝土鑿毛要徹底，并且應在混凝土具有一定強度后再進行鑿毛，否則影響接頭質量;4)合龍前應對近幾日的天氣情況進行預報，避免在劇烈降溫天氣澆筑混凝土;5)在合龍前后應及時清除橋面荷載，尤其是不對稱荷載，減小由于橋墩偏轉對大懸臂結構產生的標高影響;6)頂推時，根據頂推力的大小，千斤頂噸位應在最大頂推力的1.2倍左右。

4 結語

1)對于不對稱連續剛構橋，各“T”懸澆節段撓度變形量不同，對施工控制工作提出了更高要求。模擬計算參數的選取需要在整個施工過程中進行不斷修正，以便對結構變形量進行準確預測，得到準確的預拱度，保證結構合龍兩側高差滿足規范要求。2)對施工過程中測量數據要進行分析處理，出現不一致情況需要進行分析調整，確保線形達到目標線形。3)在施工控制過程中，對預應力筋的定位以及張拉噸位要嚴格控制，并根據設計情況適當增加措施防止混凝土開裂。4)不對稱連續剛構橋各“T”之間由于成橋后收縮徐變產生的撓度變形不同，因此要準確控制頂推過程，包括頂推值選取、頂推過程中頂推力與結構位移控制。

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