支架現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工控制技術(shù)探討

文/河北北方公路工程建設(shè)集團(tuán)有限公司 張立民

橋梁的支架現(xiàn)澆法是先在橋梁上部搭建滿堂支架，再通過往支架澆筑混凝土，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，再進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工，最后拆模。由于整體的支架搭設(shè)較為復(fù)雜且支點(diǎn)較多，因此就要求支架具備相對應(yīng)的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，同時(shí)，支架所搭設(shè)的場地地基也需要具備相應(yīng)的承載力。由于支架現(xiàn)澆法是一次性澆筑完成的，因此在施工過程中對其進(jìn)行控制尤為重要。

工程概況

某橋梁全長231.14m，橋梁平面處于直線段。橋梁上部結(jié)構(gòu)為40m+65m+40m的三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁，下部結(jié)構(gòu)為肋板式臺及灌注樁基礎(chǔ)。該橋主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。該橋全長皆采用滿堂支架施工，從跨中部澆筑至墩頂，一次性澆筑完成。主橋梁立面如圖1所示。

連續(xù)箱梁施工控制

由于跨度較大的連續(xù)箱梁采用的是階段性施工方法，施工中會產(chǎn)生一定量的變形，導(dǎo)致橋梁的結(jié)構(gòu)偏離設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，若要保證橋梁施工完畢后成橋的質(zhì)量，必須嚴(yán)格控制施工過程。

表1 橋梁主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

圖1 主橋梁立面圖

控制內(nèi)容

線性控制

平面線性控制：控制橋梁的軸線，使軸線始終位于設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

豎向線性控制：對需要合龍施工的橋梁，在合龍過程中，若豎向線性控制較差，將導(dǎo)致橋梁的縱向平面出現(xiàn)起伏不平等現(xiàn)象，導(dǎo)致橋梁內(nèi)力及外觀不符合設(shè)計(jì)要求。

應(yīng)力控制

應(yīng)力的控制要求是確保成橋后，橋梁的受力狀況與設(shè)計(jì)的相符合。若橋梁的承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，橋梁的壽命會降低。施工過程主要控制的是拉應(yīng)力，若拉應(yīng)力超過設(shè)計(jì)值，會使橋梁更容易產(chǎn)生裂縫，損壞橋梁結(jié)構(gòu)。根據(jù)具體情況，橋梁的應(yīng)力控制一般應(yīng)控制橋梁自重、預(yù)應(yīng)力、荷載、溫度等。

穩(wěn)定控制

橋梁結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)是指外力發(fā)展到一定的數(shù)值時(shí)，橋梁的整體平衡被打破，而使局部的變形迅速加大，導(dǎo)致橋梁失去功用。大跨徑橋梁在施工時(shí)不斷地經(jīng)過各種體系的轉(zhuǎn)變，要求橋梁的結(jié)構(gòu)要滿足轉(zhuǎn)變過程中的各種荷載作用，并且始終保持穩(wěn)定，否則，橋梁結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定時(shí)，將導(dǎo)致橋梁崩塌等嚴(yán)重事故。

安全控制

安全控制即為上述三種控制方式的綜合表現(xiàn)，是對橋梁施工的一個(gè)循環(huán)檢測及反饋整改的過程，在整個(gè)過程中控制的主要為標(biāo)高及內(nèi)力。一般的施工控制有兩個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集。在橋梁的各個(gè)施工階段中埋深相應(yīng)的傳感器。監(jiān)控橋梁的標(biāo)高及內(nèi)里；數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。系統(tǒng)分析上一步驟測得的各種數(shù)據(jù)，預(yù)測不利因素，得出下一步施工的控制參數(shù)。所以，在施工中所測得的數(shù)據(jù)是施工控制的主要依據(jù)，也是保障施工安全的重要手段。

控制方法

開環(huán)控制

開環(huán)控制是指施工控制過程是單向的，施工過程中無需各種數(shù)據(jù)來調(diào)控預(yù)拱度。開環(huán)控制主要是應(yīng)用于中小橋梁，且橋梁的結(jié)構(gòu)安裝所造成的誤差影響較小。

反饋控制

在大跨度橋梁中，某些誤差的累計(jì)，會破壞橋梁的整體。因此，部分誤差是不可忽視的，若不修正誤差，會導(dǎo)致成橋后的誤差更大。反饋控制也就是指在各個(gè)施工過程中，計(jì)算誤差，得出下一個(gè)施工階段的誤差修正值，以消除誤差。

自適應(yīng)控制

施工過程中，某些系統(tǒng)因素導(dǎo)致橋梁的結(jié)構(gòu)無法滿足要求，使橋梁結(jié)構(gòu)與計(jì)算參數(shù)之間存在誤差。監(jiān)控識別可能導(dǎo)致誤差產(chǎn)生的參數(shù)，并將識別后的參數(shù)應(yīng)用于下一階段的施工中，反復(fù)循環(huán)之后得到正確的有限元計(jì)計(jì)算參數(shù)，從而實(shí)時(shí)控制橋梁施工中的誤差。

有限元模型

對橋梁的應(yīng)力及線性等的控制，可以通過建立有限元模型的方法分析計(jì)算。在計(jì)算過程中，主要考慮結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力張拉及損失等。建立有限元模型的目的，就是通過有效地計(jì)算分析為橋梁的下一階段施工提供控制參數(shù)及指導(dǎo)。結(jié)合上述橋梁的工程概況，選取有限元模型的計(jì)算參數(shù)（如表2所示）。

表2 橋梁計(jì)算參數(shù)的選取

針對該橋梁特點(diǎn)，主橋梁全橋選取105個(gè)節(jié)點(diǎn)，104個(gè)單元利用midas軟件建立主橋梁有限元模型。為了模擬橋梁支座與滿堂支架的連接，在有限元模型中采取一般支撐。主梁與支架及支座采取剛臂連接。

線性控制成果

由于橋梁的自重荷載、預(yù)應(yīng)力荷載，以及施工完成后混凝土的收縮等，都會導(dǎo)致橋梁完工后的線性與設(shè)計(jì)的不符。為了確保成橋符合線性設(shè)計(jì)，應(yīng)控制橋梁的預(yù)拱度。影響橋梁預(yù)拱度的因素主要有施工時(shí)期的一期恒載、預(yù)應(yīng)力、支架彈性變形、溫度及不均勻沉降等，施工完成后的后期混凝土收縮徐變及1/2活載。在成橋的主梁預(yù)設(shè)一個(gè)預(yù)拱度作為參照值，避免運(yùn)營期間的下?lián)咸螅涓郊拥念A(yù)拱度如圖2所示。以該橋梁的附加預(yù)拱度值作為計(jì)算依據(jù)，得出全橋的預(yù)拋線形圖，如圖3所示。以該橋梁成橋的右幅為例，分析對比其施工過程的線性監(jiān)控值（如圖4所示）。

圖2 附加預(yù)拱度曲線圖

圖3 預(yù)拋值線性圖

圖4 箱梁中心線線形圖

從圖4中可以看出，橋梁整體的線性較為平順，橋梁最大高程高于監(jiān)控和設(shè)計(jì)高程分別為2.5cm和6.3cm，部分低于設(shè)計(jì)高程，最大值為1.2cm。因此該橋梁的線性監(jiān)控效果較好。

應(yīng)力監(jiān)控成果

橋梁的應(yīng)力監(jiān)控主要是通過預(yù)埋傳感器等，測量其各個(gè)施工階段的應(yīng)變值，再將其轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)力值，應(yīng)力監(jiān)控跟線性監(jiān)控一樣，對橋梁的施工控制也非常重要。

通過比較該橋梁成橋后的實(shí)際應(yīng)力值與計(jì)算應(yīng)力值可知，橋梁的計(jì)算應(yīng)力值滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，說明橋梁的預(yù)埋件位置正確。實(shí)測值與計(jì)算值相比較為接近，說明橋梁的應(yīng)力控制較為成功。