大跨度T構曲梁墩頂轉體施工控制

張 睿

(山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600)

1 工程介紹

該大跨度T構曲梁工程中T構處在DK4+908.75～DK5+070.25，橋跨選擇的是m連續鋼構，橋體主要由鉆孔樁基礎、空心墩柱與箱梁等組成，采用的結構模式是T構，施工方法是懸臂現澆與墩頂轉體相結合的方式，其中轉體的總重量達到了1.2×105KN。橋梁的總體長度、頂寬以及底寬分別是161.5 m、12.6 m、7.0 m，橋墩位置的梁高是9.0 m，同時梁高主要呈現出二次拋物線式變化。箱梁階段的具體劃分如下：0#段的長度是13.0 m，邊直段的長度是3.5 m，此外邊跨合龍段的長度是2.25 m，其它節段的長度分別是3.0 m、3.5 m以及4.0 m，建立了“縱+橫+豎”的綜合應力體系。該橋梁一共劃分成21節段。

此橋梁懸臂施工段的長度是80 m，墩頂轉體的重量是1.14×105KN，施工方式是墩頂轉體，為了能夠有效抵消轉體過程中曲梁發生的不均衡彎矩問題，所以一定要嚴格控制施工，將轉動中心調整為橫向偏離中心距離10 cm，從而保證墩頂轉體施工的安全性，使成橋之后的狀態滿足設計標準要求。結合此橋梁工程的實際情況，在進行施工時針對重點、關鍵點采用線形控制、應力控制與轉體配重控制等措施。

2 施工仿真

通過綜合分析橋梁工程各項情況，選擇MIDAS軟件構建施工仿真模型，實現T構曲梁墩頂轉體施工各個環節的仿真，這也是實現施工控制的核心點與根本性前提。首先通過MIDAS軟件構建橋梁工程模型，其次對施工全過程開展仿真分析。此橋梁工程的荷載基本包含梁段的自重、施工荷載以及預應力等，其中懸臂澆筑段的邊界應進行固結，而成橋狀態需要根據支座具體特點在兩端建立鉸支座進行約束。仿真分析的內容分為：(1)所有懸臂施工段呈現的狀態；(2)明確最大懸臂狀態下的不平衡彎矩；(3)明確墩頂轉體的頂升力；(4)成橋之后的狀態。

由于此橋梁工程是曲線橋，而且曲線半徑達到了2 000 m，對此在建模的過程中必須全面分析曲線造成的影響，其中最大懸臂狀態下的固結點形成的彎矩就是不平衡力矩。通過仔細計算彎矩值是2.1×104 KN·m，而轉體的半徑是4.3 m，配重是4 880 KN。針對轉體頂升力的計算，必須先拆除邊支架，然后計算出梁端下撓位移(即8 cm)；對梁端施加頂力，然后梁端就會出現反向位移(即8 cm)，這樣計算出的頂力就是轉體所需的頂升力，具體結果是5 600 KN。

3 施工控制

3.1 線形控制

要想準確反映出橋梁施工過程中出現的變位情況，應在施工控制目標中加入梁底標高。各個節段的變位監測點需要由梁底的測點引至橋面。針對掛籃定位標高需要從梁底的橫截面設置測點定位，在澆筑混凝土施工結束之后，根據梁頂預埋鋼筋頭測出的標高與梁底標高，有效構建梁底和梁頂測點之間存在的標高關系，由此已完成澆筑施工梁段的梁底標高就可以根據測量出的梁頂標高值直觀地反映出來。

針對結構預拱度的建立，主要包含下述幾點：(1)結構施工階段預變位，可以通過成橋之后的恒載、活載與后期徐變產生的撓度進行確定；(2)成橋之后活載產生的預變位;(3)掛籃體系變形之后的預拋高。此外懸臂澆筑階段，各個節段標高控制必須高度注意力三點：一是掛籃進行前移的定位標高；二是完成混凝土澆筑之后的標高；三是預應力進行張拉之后的標高。

3.2 應力監控

應力監控主要選取了T構曲梁8個斷面。各個測試斷面都建立了5個測點，同時測點分布于箱梁的底板與頂板，詳細情況如圖1所示。

圖1 測點布置

在對主梁應力進行測試時需要根據施工流程劃分為多個階段，同時各個階段包含了3個工況，具體是：(1)各個階段混凝土澆筑施工后的測試；(2)預應力鋼筋在張拉之前的測試；(3)預應力鋼筋在張拉之后的測試。在轉體施工階段需要完成脫架之后、試轉之前與之后的各項數據信息采集，認真分析與研究轉體時出現的應力變化情況，從而為正式轉體施工提供參考依據。與此同時，當正式轉體施工結束之后也要及時采集數據信息，以對主橋受力狀態進行分析。此外，要對支座的安裝和精調環節實施應力監控。

3.3 不平衡力矩測試

受到球鉸體系誤差與預應力張拉不同程度等要素的影響，造成橋梁懸臂質量與剛度出現變化，進而形成不平衡力矩，所以要對縱橋向與橫橋向產生的不平衡力矩展開測試，同時結合測試結果完成縱橋向與橫橋向配重。選擇在梁頂面使用千斤頂與位移傳感器，其中轉體梁的重量可以估算為10 800 KN，而球鉸的轉動直徑是16.0 m，同時千斤頂與中心之間的距離是4.3 m，結合實踐經驗靜摩阻系數在0.03～0.06區間，所以選取中間值0.05，同時配置2臺千斤頂(5 000 KN)。在轉盤的周圍設置8個百分表，具體如圖2所示。

圖2 百分表布置

對撐腳與滑到進行清理，有序完成支座臨時支撐的拆除，根據8個百分表數值對轉體平衡狀態進行判斷，當轉體達到平衡之后在斷面位置布設位移傳感器與設置千斤頂，同時逐級增加千斤頂力，認真、仔細記錄位移傳感器與壓力傳感器相應數值，一直到位移發生突變，最后制作P—Δ曲線，對臨界力進行準確判斷，不斷地重復上述步驟，從而計算出不平衡彎矩。

4 監控結果

4.1 線形

成橋狀態下所有控制點的標高見圖3所示。主橋線形和設計要求的線形相吻合，其中大、小里程方向所有的控制點標高都比設計要求的標高略高，而最大偏差是-16 mm滿足標準規范(-20 mm，+10 mm)基本要求。此外合攏誤差是12 mm，也滿足了標準規范(-20 mm，+20 mm)要求，由此可知線形得到有效控制。

圖3 大里程懸臂長度(單位：m)

4.2 應力

在懸臂施工的各個過程中，混凝土應力都滿足了設計要求，實現了安全施工，同時箱梁頂板與底板也沒有形成拉應力，都處在受壓狀態，其中最大的壓應力是16.2 MPa，由此證明橋梁工程施工技術人員張拉到位。此外，箱梁縱向出現了應力值不對稱問題，這就說明沒有進行對稱性施工；而橫向應力不對稱，主要是受到橋梁曲線特性影響，所以是正?，F象。轉體施工階段混凝土應力滿足了設計要求，且轉體對主梁受力造成的影響也比較小，而精調造成的影響比較大，所以在安裝橋梁支座時必須嚴格控制頂力?；诔蓸驙顟B下的所有應力監控測定都是受壓狀態，最大與最小應力分別是20.3 MPa、3.2 MPa。

4.3 不平衡力矩

計算T構曲梁轉體偏心值，得出的結果是配重之前縱向與中心偏離了4.1 cm，橫向與中心偏離了27.4 cm。為了能夠保證轉體安全施工，需要在曲線防護墻一側增加4 000 KN配重。

4.4 頂升力

通過現場量測，當千斤頂的頂力是5 500 KN時，就會造成梁體的標高超過了設計規范要求。事實上，實測的頂力和理論頂力之間的誤差是1.8%，由此證明施工得到了有效控制，且模型與結果分析準確、可靠。

5 總 結

本文結合某大跨度T構曲梁工程，分析了墩頂轉體施工控制，并得到了理想成果，在懸臂施工階段與轉體施工階段都保證了安全性，同時有效提升了施工質量，在成橋狀態下所有應力與標高都達到了設計標準規范要求，這也為同一類型的橋梁施工提供了寶貴依據。