連續梁橋懸臂施工過程中的線形控制

張禹筍

(浙江省建設工程質量檢驗站有限公司,浙江 杭州 310012)

1 工程概況

橫山大橋總長為478.66 m,主橋布跨為50 m+80 m+80 m+50 m預應力混凝土連續箱梁。橋梁總寬32 m,分雙幅,單幅橋面橫向布置為2.5 m人行道+4.5 m非機動車道+7 m機動車道+0.5 m護欄+1.5 m分隔帶。橋面鋪裝采用100 mm瀝青混凝土。橋梁設計荷載：公路-I級,人群荷載3.0 kPa。主橋立面簡圖見圖1。

圖1 主橋立面簡圖

主橋起點樁號為K0+448.5。單幅箱梁為單箱單室截面,頂寬15.25 m,底寬8 m,兩側翼緣寬3.625 m。梁高2.3(跨中)～4.7 m(中支點),底板下緣曲線為1.8次拋物線,底板厚度由支點厚700 mm向跨中厚300 mm漸變,頂板厚300 mm,腹板厚中支點為800 mm,跨中500 mm,邊支點800 mm。主橋采用三向預應力體系。

主橋上部結構施工分為支架現澆和掛籃懸臂澆筑兩個部分。其中,邊跨部分及三個中墩支點0#節段采用支架現澆,其余部位為掛籃懸臂澆筑,即1～9#節段待0#塊與墩身臨時固結后,采用掛籃懸臂對稱施工,最后進行先邊跨合龍,后中跨合龍。

2 線形控制的目的和意義

隨著預應力混凝土工藝的不斷完善,采用掛籃懸臂澆筑梁節段混凝土來建造大跨度混凝土梁橋,實現無支架而靠自身結構進行施工的先進方法,使得預應力混凝土連續橋梁、連續剛構橋和混凝土斜拉橋得到較大發展[1-3]。

分段懸臂澆筑法是目前國內外大跨徑預應力混凝土橋梁的主要施工方法[4]。懸臂澆筑施工過程中不僅要經歷澆筑梁段的過程,還要經歷邊、中跨合龍以及解除臨時約束等體系轉換的過程,因此,在整個施工過程中主梁標高都是不斷變化的。通過正逆迭代計算分析,可以得到各施工階段的理想標高,但由于設計計算是建立在一系列理想化假定的基礎上的,而實際上自開工到竣工整個為實現設計目標而必須經歷的過程中,將受到許許多多確定和不確定因素(誤差)的影響。所以,在施工過程中對橋梁進行實時監測,并根據監測的結果對施工過程中的控制參數不斷進行調整是十分必要的[5]。

3 線形控制的計算分析

3.1 主橋結構分析

主橋采用橋梁博士進行有限元分析。根據主橋結構和施工實際需要,主橋縱向劃分為81個節點,80個單元。結構計算模型見圖2。

圖2 橋梁博士計算模型

依據施工的具體過程,橋梁博士模型的分析過程共劃分為懸臂施工階段、合龍成橋階段及使用階段?？偣矂澐譃?8個施工階段。其中：

1) 懸臂施工階段共劃分為30個階段(0～9#節段每個節段分為3個階段：梁段澆筑,預應力張拉,掛籃移動。其中30#施工階段包含邊跨現澆段的澆筑),每個施工節段按9 d考慮。

2)合龍成橋階段共劃分為16個階段：先邊跨合龍段澆筑,預應力張拉,拆除5#墩7#墩臨時固結、限位,再進行次中跨、中跨合龍段澆筑,預應力張拉,拆除6#墩臨時固結以及施工二期恒載。

3)使用階段劃分為2個階段：運營期1/2活載，3 650 d收縮徐變。

3.2 材料特性

在計算時采用的主要材料參數見表1。

表1 材料參數表

3.3 計算參數選取

1)結構自重：主梁箱梁自重由程序自行計算；二期恒載(二期恒載主要考慮了100 mm厚的瀝青混凝土、兩側護欄)按均布荷載計算。

2)預應力效應：假定混凝土養護10 d,達到設計強度的90%后開始張拉預應力筋,錨下控制張拉應力為σcon=0.75fpk=1 395 MPa?？紤]階段分批張拉預應力損失,及其他相關預應力損失,鋼束錨固時彈性回縮變形單端按6 mm計。

3)溫度影響：箱梁的溫度場在整個施工過程中是動態變化的,目前的計算模型中不考慮其升、降溫度的影響,建模時統一按平均溫度20 ℃考慮。在施工過程跟蹤計算中將根據實測溫度值對模型溫度取值作相應調整。濕度按80%考慮。

4)收縮徐變影響：混凝土的收縮徐變計算統一按照初應變理論采用增量方法進行計算, 徐變系數采用交通部《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTG D62—2004)》附錄F提供的計算公式和圖表[6]。計算中分別考慮了施工過程和運營期收縮徐變3 650 d對位移的影響。

5)掛籃重量：初步計算空掛籃重量取55 t,前支點力為75 t,后支點力為-20 t。進一步計算中將根據施工單位實際所用掛籃重量及模板重量進行調整。

6)后期荷載：后期荷載考慮了3 650 d收縮徐變、運營期1/2活載以及預應力二次力的影響。

3.4 計算結果

經過分析計算,得到各節點的理論計算預拱度(理論計算預拱度=施工期預拱度+成橋預拱度)曲線，見圖3。施工期預拱度=節段懸澆時濕重產生的撓度+該節段生成后到成橋各施工階段豎向位移變化累計值。成橋預拱度包含成橋后3 650 d的收縮徐變及1/2活載的累計撓度。

圖3 梁段理論計算預拱度曲線

4 線形控制方法

4.1 施工過程中立模標高的確定

眾所周知,立模標高并不等于設計中橋梁建成后的標高,總要設一定的預拱度,以抵消施工中產生的各種變形(撓度)。其計算公式如下：

立模標高=設計標高+理論計算預拱度+掛籃變形量+調整值。

其中：掛籃變形量根據掛籃靜載試驗值確定；調整值則是根據實際測量結果給出的修正值?？紤]到連續梁橋適當上拱的線形更為美觀,且運營期橋梁下撓較為普遍,調整值中將包含額外的預留量。

4.2 施工過程中變形監測

梁段控制點標高、基礎沉降采用水準儀進行測量。為消除日照溫差引起的梁體的不規則變化,線形測量選擇在溫度變化小、氣候穩定的時間段進行,并盡可能縮短測量工作持續的時間。

撓度測點縱向布置為距現澆段前端100 mm,橫向布置為兩側向箱中間3.5 m及箱梁中心。測點采用φ20鋼筋制作,同時露出混凝土面,高度控制在20 mm左右,頂端打磨。基礎沉降測點布置在0#塊上,定期進行觀測。

5 線形控制成果

5.1 施工階段累計撓度

施工階段累計撓度為各塊段澆注完畢后至中跨合龍張拉完成產生的撓度,直接反映了線形變化情況。本工程通過測量發現左幅7#墩、右幅5#墩邊跨側1～2#塊的累計位移偏大,6～8#塊累計撓度大于理論值。這是由于掛籃施工中部分掛籃預壓不到位以及懸臂施工過程中長預應力束的應力損失較大導致。在施工控制中,根據階段撓度及梁段累計撓度,對各梁段立模標高已作調整,使之保證成橋后線形平順。以右幅5#墩懸臂梁段累計撓度圖為例體現懸臂施工過程中線形變化,見圖4。

圖4 右幅5#墩懸臂梁段累計撓度圖

5.2 橋梁最終成橋線形

實測橋梁未鋪裝階段線形實際值與理論值最大偏差為30 mm(左幅7#墩邊跨側合龍段)、37 mm(右幅7#墩中跨側7#塊)。鋪裝后線形實際值與理論值最大偏差為25 mm(左幅7#墩邊跨側3#塊)、29 mm(右幅7墩中跨側4#塊)。通過對實測數據和理論計算分析數據的比較,可以看出本橋線形監測數據分析方法正確,信息反饋及時。施工過程中提供了準確的梁段立模標高。各項技術、質量指標均得到了有效的控制。

6 結 語

預應力連續梁橋的施工工藝復雜,施工過程中許多難以預料和估計的因素可能導致橋梁線形控制不合理,導致橋梁難以合龍以及成橋線形的美觀,本文的橋梁施工過程中的線形控制,可作為同類的橋梁施工之參考。