多跨連續(xù)梁施工及監(jiān)控技術(shù)研究

田江云(中鐵二十二局集團(tuán)第二工程有限公司, 北京 100043)

多跨連續(xù)梁施工及監(jiān)控技術(shù)研究

田江云
(中鐵二十二局集團(tuán)第二工程有限公司, 北京 100043)

以哈牡鐵路客運(yùn)專線斗銀河特大橋一聯(lián)(40+3×60+40) m五跨連續(xù)梁的施工與監(jiān)控技術(shù)為例，對多跨連續(xù)梁橋施工技術(shù)進(jìn)行了關(guān)鍵點(diǎn)的闡述，同時在施工監(jiān)控中利用空間有限元軟件對多跨連續(xù)梁施工各工況的位移與應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬，并對該橋采用的施工監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行了介紹，通過該技術(shù)方案的實(shí)施，很好的完成了多跨連續(xù)梁的施工。

多跨連續(xù)梁；施工技術(shù)；數(shù)值模擬；施工監(jiān)控

1 工程概況

哈牡客運(yùn)專線斗銀河特大橋全長2 530 m。本橋于DK281+086.12處采用一聯(lián)(40+3×60+40) m連續(xù)梁跨越既有海林高速口匝道,DK281+034.85處斜交D匝道35°42′，DK281+086.12處斜交A匝道75°22′，DK281+156.76處斜交E匝道139°。該多跨連續(xù)梁處于直線段上，豎曲線以DK279+020為變坡點(diǎn)，DK279+020至DK280+700縱坡3.0‰，DK280+700至DK283+400縱坡16.87407‰，主橋(40+3×60+40) m的五跨連續(xù)梁，位于27#墩～33#墩之間，全長261.7 m。施工現(xiàn)場如圖1所示。

圖1 施工中的斗銀河特大橋(40+3×60+40) m連續(xù)梁

2 多跨連續(xù)梁施工技術(shù)

2.1 連續(xù)梁梁體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況

連續(xù)梁設(shè)計(jì)采用懸臂澆筑施工，計(jì)算跨度為(40+3×60+40) m，共設(shè)63個梁段。連續(xù)箱梁頂板厚度除兩端附近外均為40 cm,腹板厚48～64～80 cm，底板由跨中的40 cm按二次拋物線變化至根部的80 cm。邊支座中心線至兩端60 cm，全橋長261.7 m。中支點(diǎn)處箱梁中心梁高6.05 m，跨中箱梁中心梁高3.05 m，直線段長13.75 m,邊跨直線段長3.75 m。箱梁縱向分0#段、懸臂澆筑段、合龍段及邊跨現(xiàn)澆段，其中0#段9 m，懸臂最長為5.25 m，最短為3 m，合龍段2 m，邊跨現(xiàn)澆段為3.75 m。

2.2 連續(xù)梁施工總體方案

斗銀河特大橋(40+3×60+40) m連續(xù)梁0#段采用托架法施工，1#～6#、1＇#～6＇#懸臂段采用掛籃懸臂澆筑，合龍段利用掛籃現(xiàn)澆，邊跨平衡段采用支架現(xiàn)澆法，混凝土澆筑時各階段一次澆筑。箱梁為C50混凝土，由自建拌合站集中生產(chǎn)，混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸至施工點(diǎn)，然后用混凝土輸送泵泵送至工作面，混凝土澆筑采用分層法澆筑。

在主墩施工完成后，安裝主墩球形鋼支座，安裝托架，進(jìn)行托架預(yù)壓。預(yù)壓完后，綁扎底、腹板鋼筋，對相應(yīng)預(yù)應(yīng)力筋及管道進(jìn)行精確定位。澆筑0#段混凝土，梁體養(yǎng)護(hù)。進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉錨口損失試驗(yàn)及管道摩阻試驗(yàn)，確定各預(yù)應(yīng)力束實(shí)際張拉端張拉力及理論伸長值。梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的95 %、彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)值的100 %且混凝土齡期不小于5 d時，進(jìn)行0#段梁體縱、豎、橫三向預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行張拉、壓漿。

0#段施工完成后，進(jìn)行掛籃主桁架拼裝。0#段張拉、壓漿完成后，在已完成梁段進(jìn)行掛籃及模板組裝。掛籃安裝完成后，對掛籃進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓合格后，根據(jù)掛籃非彈性變形量調(diào)整模板高程并進(jìn)行1#段鋼筋綁扎及混凝土澆筑、梁體養(yǎng)護(hù)。當(dāng)1#段梁體混凝土強(qiáng)度、彈性模量以及齡期達(dá)到設(shè)計(jì)要求的預(yù)應(yīng)力張拉條件時，進(jìn)行張拉，張拉完成后，進(jìn)行壓漿、封錨；以上工作全部完成后，落下掛籃底模，進(jìn)行掛籃走行至下一段梁段。依次反復(fù)至6#梁段施工完畢。施工次中跨合龍并拆除2#、5#臨時固結(jié)，然后施工中跨合龍段拆除3#、4#臨時固結(jié)，中跨合龍段施工完畢后拆除多余掛籃。在1#～6#梁段掛籃懸澆施工期間，在邊墩處進(jìn)行現(xiàn)澆段支架的支架搭設(shè)施工。邊跨現(xiàn)澆段支架完成后，進(jìn)行支架預(yù)壓。支架預(yù)壓完畢，即進(jìn)行現(xiàn)澆段模板安裝，鋼筋綁扎并定位安裝預(yù)應(yīng)力筋和管道。澆筑梁體混凝土，進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)14 d，完成邊跨現(xiàn)澆段施工。

6#段懸澆梁施工完成且現(xiàn)澆段梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100 %后，進(jìn)行邊跨合龍施工。調(diào)整邊跨合龍段底模并外模就位。根據(jù)氣溫測量統(tǒng)計(jì)情況(連續(xù)觀察氣溫7 d)確定夜間穩(wěn)定最低時間段為臨時鎖定時間，做好臨時鎖定的充分準(zhǔn)備達(dá)到臨時鎖定條件，進(jìn)行邊跨臨時鎖定施工，橋梁完成邊跨合龍，進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換后，拆除主墩支點(diǎn)處臨時支座及用于箱梁懸澆施工的掛籃各部件。

3 多跨連續(xù)梁施工監(jiān)控?cái)?shù)值模擬

針對斗銀河特大橋(40+3×60+40) m預(yù)應(yīng)力混凝土多跨連續(xù)梁橋?qū)嶋H施工過程，采用MIDAS/CIVIL通用空間有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。分析模型如圖2所示。

圖2 (40+3×60+40) m多跨連續(xù)梁橋有限元分析模型

根據(jù)實(shí)際施工情況，在全橋計(jì)算分析時將施工總共劃分了35個施工階段，重點(diǎn)階段如表1所示。

表1 施工重點(diǎn)階段

采用MIDAS/CIVIL通用空間有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，將模擬上述35個施工工況，其中施工監(jiān)控中線形是控制的主要控制點(diǎn)。重點(diǎn)工況主梁數(shù)值模擬的位移如圖3～圖5所示，重點(diǎn)工況數(shù)值模擬的應(yīng)力控制結(jié)果如圖6～圖7所示。

圖3 (40+3×60+40) m多跨連續(xù)梁最大懸臂狀態(tài)結(jié)構(gòu)豎向位移

圖4 (40+3×60+40) m多跨連續(xù)梁全橋合龍張拉后結(jié)構(gòu)豎向位移

圖5 (40+3×60+40) m多跨連續(xù)梁三年收縮徐變完成后結(jié)構(gòu)豎向位移

圖6 (40+3×60+40) m多跨連續(xù)梁最大懸臂階段梁體頂板部位結(jié)構(gòu)應(yīng)力

圖7 (40+3×60+40) m多跨連續(xù)梁最大懸臂階段梁體底板部位結(jié)構(gòu)應(yīng)力

4 多跨連續(xù)梁監(jiān)控技術(shù)

4.1 施工監(jiān)測與施工控制

施工監(jiān)測是多跨橋梁施工監(jiān)控的基礎(chǔ)。施工監(jiān)控采用的反饋分析方法是建立在結(jié)構(gòu)理想設(shè)計(jì)狀態(tài)、實(shí)測結(jié)構(gòu)狀態(tài)和誤差信息三大基礎(chǔ)之上的，進(jìn)行施工過程的跟蹤監(jiān)測是施工監(jiān)控中不可少的。

施工監(jiān)測主要工作內(nèi)容包括：施工監(jiān)控控制網(wǎng)的建立和復(fù)測；結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測，如主梁的線形、標(biāo)高等；結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和應(yīng)力監(jiān)測，如主梁關(guān)鍵斷面的應(yīng)力監(jiān)測；結(jié)構(gòu)典型斷面的溫度分布監(jiān)測。

施工控制是整個橋梁監(jiān)控的核心任務(wù)。一般來說，橋梁的理論分析預(yù)測值與實(shí)際的監(jiān)測值是有一定偏差的。監(jiān)控的目的就是調(diào)整實(shí)際和理論的誤差，使結(jié)構(gòu)的線形和內(nèi)力盡量符合設(shè)計(jì)的意圖。根據(jù)以往橋梁施工及控制經(jīng)驗(yàn)，在施工過程中影響橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形的因素主要有以下幾方面：(1)橋梁施工荷載及臨時荷載；(2)掛籃變形；(3)日照影響；(4)混凝土澆筑方量的控制及混凝土彈性模量；(5)預(yù)應(yīng)力束的張拉。

當(dāng)上述因素與估計(jì)不符，而又不能及時識別引起控制目標(biāo)偏離的真正原因時，必然導(dǎo)致在以后階段施工中采用錯誤的糾偏措施，引起誤差累積。

4.2 施工過程中主梁線形監(jiān)測

主梁線形主要通過布設(shè)高程點(diǎn)來控制主梁橫橋向和縱橋向的標(biāo)高。標(biāo)高觀測是控制成橋線形最主要的依據(jù)，成橋后橋面線形幾乎無法調(diào)整，因此必須在橋面施工前確定主梁的位置和標(biāo)高，通過該施工過程之前修正的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，詳細(xì)計(jì)算結(jié)構(gòu)參數(shù)，一次性確定主梁標(biāo)高和位置；在施工完成后，即為設(shè)計(jì)橋面位置和線形，無需調(diào)整。

施工時在每個施工塊件上布置3個對稱的高程觀測點(diǎn)，這樣不僅可以測量箱梁的撓度，同時可以觀察箱梁是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。以0#塊高程測點(diǎn)布置為例，測點(diǎn)布置如圖8所示。

圖8 (40+3×60+40) m多跨連續(xù)梁0#塊高程測點(diǎn)布置(單位：cm)

4.3 施工過程中主梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測

除主梁線形及位移監(jiān)測外，主梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測也是多跨連續(xù)梁橋施工控制的一個重要監(jiān)測內(nèi)容。通過該項(xiàng)應(yīng)力監(jiān)測，可掌握主梁受力狀況，及時判定主梁應(yīng)力是否超限，從而可知道主梁安全狀況。

(40+3×60+40) m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋全橋共計(jì)21個監(jiān)測斷面，分別為每個主跨的根部、1/4跨和跨中，每個邊跨的根部、跨中截面和合龍截面。每個斷面布置4個測點(diǎn)，每個測點(diǎn)方向均為順橋向布置；全橋共計(jì)84個測點(diǎn)。主梁應(yīng)力測點(diǎn)布置截面如圖9所示。

圖9 (40+3×60+40) m多跨連續(xù)梁主梁測試斷面圖布置

5 結(jié)束語

哈牡鐵路客運(yùn)專線斗銀河特大橋一聯(lián)(40+3×60+40) m五跨連續(xù)梁施工采用上述的施工及監(jiān)控技術(shù)，經(jīng)過實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)，有效的起到了施工指導(dǎo)的作用。采取該施工及監(jiān)控技術(shù)后，連續(xù)梁施工現(xiàn)場安全可控，采用MIDAS/CICIL空間有限元軟件模擬的數(shù)值結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果走勢比較吻合。哈牡鐵路客運(yùn)專線斗銀河特大橋(40+3×60+40) m連續(xù)梁較好的完成了施工任務(wù)，上述技術(shù)方法可對類似條件的多跨連續(xù)梁橋施工起到很好的參考、借鑒價(jià)值。

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田江云(1983～)，男，本科，工程師，從事施工技術(shù)及施工管理工作。

U445.463

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[定稿日期]2016-11-15