大懸臂蓋梁掛鎖法施工過程監測及結構安全性分析

王 兵

[上海城建市政工程（集團）有限公司，上海市200333]

0 引 言

全預制拼裝橋梁可有效降低施工時對既有交通的影響，縮短工期，提高施工質量、安全及社會經濟效益。為解決大懸臂、大噸位蓋梁的運輸、安裝等問題，分段預制、現場安裝則是目前城市預制橋梁施工中最為高效的手段，其中涉及的無支架空中臨時固結技術也是蓋梁拼裝技術發展的方向。

1 工程概況

S26 公路入城段，主線全長約7.08 km，采用預制拼裝的施工工藝，其中3# 墩蓋梁總長23.934 m，寬2.6 m，高3.5 m，總重量達370 t，見圖1，分為三個預制節段，中間節段重173 t，懸臂節段重98.5 t，截面為實心截面，接縫面上布置五排剪力鍵，預制蓋梁和立柱之間采用灌漿套筒連接。

圖1 蓋梁立面圖（單位：mm）

2 掛鎖法施工工藝

掛鎖法是通過掛鎖系統將懸臂節段和中間節段連接，形成了一個臨時的穩固的施工平臺面，為后續蓋梁預應力鋼筋穿束、張拉和灌漿工序提供了可行性。掛鎖系統由懸掛裝置和鎖定裝置組成，懸掛裝置承擔并傳遞懸臂節段的主要豎向力，設計為牛腿式鋼結構掛架，通過銷棒、前支點和后支點和蓋梁節段連接并實現節段間的荷載傳遞。鎖定裝置平衡懸臂節段產生的彎矩荷載，并在懸臂節段和中間節段間施加一定的自平衡水平力，設計為蓋梁頂面和側面布置的臨時預應力系統，側面臨時預應力鋼筋采用穿棒法錨固，頂面臨時預應力鋼筋采用混凝土錨塊錨固，見圖2。

圖2 掛鎖法總體示意圖

基于掛鎖法的蓋梁節段拼裝施工，通過帶懸掛裝置的懸臂節段起吊初步就位后，采用臨時預應力鋼筋逐步鎖定，同時履帶吊車逐步卸載，來實現蓋梁的快速懸臂拼裝施工。其主要施工工藝流程如下：

（1）中間節段現場吊裝，與立柱進行套筒連接并灌漿養護；

（2）涂抹接縫面環氧樹脂；

（3）蓋梁懸臂段（一側）吊起，與蓋梁中段進行空中對接；

（4）空中對接完畢，側面錨桿張拉錨固；

（5）吊機卸載與頂面錨桿張拉交錯進行；

（6）頂面錨桿錨固，吊機完全卸載，單側節段鎖定完成；

（7）重復以上步驟，進行另一側懸臂段拼裝施工；

（8）兩側懸臂節段鎖定完成，吊機離場。

3 施工階段監測

3.1 監測點布置

為準確測定蓋梁在掛鎖法施工過程的各項參數，分別對蓋梁的水平傾角、接縫面應力、錨桿拉力、懸掛裝置、豎向位移等進行監測，具體測點埋設位置及數量見表1。

表1 監測點布置統計表

3.2 監測流程和內容

監測測點埋設及數據采集分為預制場及施工現場兩個環節：

（1）預制場內主要包括節段預制時應變計和傾角儀的預埋及檢測、懸掛裝置和錨桿上的應變片的安裝等。

（2）施工現場主要內容包括：a.中間節段安裝完成后，利用吊機及懸掛裝置完成一段懸臂節段的初定位，該階段采集節段的傾角儀數據；b.初定位完成后，張拉兩側及頂面的預應力錨桿，完成節段鎖定，該階段須采集傾角儀數據、混凝土應力和錨桿應力等數據；c.完成另一懸臂段的安裝及數據的采集；d.蓋梁預應力張拉完成，該階段采集傾角儀數據、混凝土應力和錨桿應力等數據；e.預應力管道灌漿，完成蓋梁節段的安裝。

4 施工階段監測數據分析和評估

4.1 錨桿拉力評估

掛鎖法施工鎖定過程中錨桿拉力監測時程曲線見圖3，錨桿力設計與實測值對比見表2。

圖3 鎖定過程中錨桿拉力時程曲線

表2 鎖定過程中錨桿力設計值與實測值對比表

（1）北側懸臂段鎖定結束后，錨桿拉力總設計值為3 316 kN，實測值2 994 kN，誤差為-10%；南側懸臂段鎖定結束后，錨桿拉力實測值3 552 kN，誤差為7%；南北兩側錨桿總拉力誤差較小，在設計控制誤差20%范圍之內，滿足設計誤差要求。

（2）北側懸臂段鎖定過程中，對于分級張拉誤差，除側面錨桿張拉有-27%誤差，其他相對誤差控制在14%以內，符合誤差控制要求。

（3）北側懸臂段側面錨桿拉力實測值與設計值誤差大，原因是預埋錨固件在混凝土澆筑過程中發生了一定偏位，所以側面錨桿張拉過程中考慮到張拉錨固安全性，在張拉未達到設計值時提前進行了錨固。

（4）南側懸臂段鎖定過程中，對于分級張拉誤差，除頂面錨桿第一級張拉誤差為偏大外，其他相對誤差控制在12%以內，在設計控制范圍之內。

4.2 接縫面應力（以北側接縫面為例）

針對鎖定過程接縫面應力水平分析，選取中段近接縫截面和懸臂段近北接縫截面的實測數據進行分析，通過對兩截面平均應力水平來看接縫面應力狀態，見圖4，應力實測結果匯總見表3。實測數據表明，蓋梁北側接縫面全截面全過程受壓，表明鎖定過程有效。

圖4 接縫面上緣平均應力時程曲線

表3 北側接縫面上緣平均應力 單位：MP a

4.3 蓋梁拼裝精度和剛度分析（以北懸臂段為例）

評估主要參考《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50—2011）規程的預應力混凝土梁節段懸臂拼裝施工質量規定中表16.6.16 的要求進行，以北懸臂段為例。

北懸臂節段傾角時程見圖5、圖6。北懸臂傾角實測值及位移推定值匯總見表4。

圖5 北懸臂蓋梁軸向傾角

圖6 北懸臂蓋梁橫向扭轉角

表4 北懸臂傾角實測值和位移推定值匯總

（1）懸臂節段在鎖定過程中軸向傾角在-0.003°～0.049°以內波動，相應的懸臂節段最外點的位移推定值變化范圍為-0.4～6.1 mm，變化幅度為6.5 mm。滿足規范頂面高程±20 mm 的要求，也說明鎖定過程中節段位移變化小，且變化穩定。

（2）鎖定完成后，懸臂節段最外點的位移推定值為5.3 mm，表明節段鎖定后最大上撓了5.3 mm，滿足規范頂面高程±20 mm 的要求，說明臨時鎖定系統有效，拼裝精度高。

（3）臨時鎖定拆除后，懸臂最外點的位移推定值為5.1 mm，與臨時鎖定完成后的位移推定值5.3 mm非常接近，滿足頂面規范高程±20 mm 的要求，也表明施工過程中的體系轉換對位移影響小，拼接精度高。

（4）張拉完成后，有限元計算所得懸臂最外點的位移理論值為8.2 mm，懸臂最外點的位移推定值為5.1 mm，拼裝施工過程中位移理論值和實測值誤差僅為3.1 mm。

（5）主梁架設前后，懸臂最外點的位移推定值分別為5.1 mm 和0.7 mm，也就是說上部結構產生的蓋梁下撓值為4.3 mm，與理論值4.0 mm 僅為0.3 mm，可以認為預制拼裝的蓋梁北懸臂側實測剛度和計算剛度吻合程度非常高。

（6）蓋梁北懸臂節段橫向扭轉角幅值在±0.077°以內，相應的懸臂節段扭轉相對位移為±1.7 mm。架設完成后，蓋梁北懸臂節段扭轉相對位移為-0.5 mm，表明節段拼裝施工過程中，節段沒有因為不對稱施工發生過大的扭轉變形。滿足規范軸線偏位10 mm的要求，表明蓋梁軸線拼裝施工質量良好。

4 結 語

掛鎖法工藝不僅適用于陸地上施工高度不太高，梁段一側只有一個懸臂節段的帶豎直分縫的蓋梁進行節段拼裝施工，也適用于其他大懸臂實心截面預應力混凝土結構的節段拼裝施工。本文以S26入城段大懸臂蓋梁掛鎖法施工為例，結合過程中對結構應力、變形等的測試，對掛鎖法施工過程錨桿拉力、接縫面應力、拼裝精度和剛度等關鍵參數進行分析和評估，可以看出，施工過程中的拼裝精度、應力等均能滿足要求，拼裝質量施工良好。其過程監測及結構安全性評估的方法，可為類似工程提供借鑒。