對(duì)橋梁施工線形控制的研究
2017-02-13
懸臂法施工是大跨度橋梁中最常用的一種施工方法, 50多年該法得到蓬勃發(fā)展, 由早期應(yīng)用于T 形鋼架橋、懸臂梁橋, 來又被推廣用于連續(xù)梁橋、連續(xù)鋼構(gòu)橋、斜拉橋和拱橋等。懸臂法施工分為掛籃懸臂現(xiàn)澆、掛籃懸臂拼裝、掛籃懸臂混合法施工和大型橋面吊機(jī)與安全平臺(tái)相配合的施工方法等。
懸臂拼裝施工連續(xù)梁橋的建成要經(jīng)歷復(fù)雜的施工過程,結(jié)構(gòu)體系也將隨施工階段不同而不斷變化。施工過程中,因設(shè)計(jì)參數(shù)誤差(如材料特性、截面特性、徐變系數(shù)等) 、施工誤差(如制造誤差、安裝誤差等) 、測量誤差及結(jié)構(gòu)分析模型誤差等種種原因,將導(dǎo)致施工過程中橋梁的實(shí)際狀態(tài)(線形、內(nèi)力)與理想目標(biāo)存在一定的偏差,這種偏差累積到一定程度如不及時(shí)加以識(shí)別和調(diào)整,成橋后的結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)將難以保證。而且,已施工梁段上一旦出現(xiàn)線形誤差時(shí),誤差將永遠(yuǎn)存在,并導(dǎo)致成橋狀態(tài)偏離設(shè)計(jì)理想狀態(tài)。因此，對(duì)于懸臂施工橋梁進(jìn)行施工線形控制具有重要的必要性。
1、線形控制的內(nèi)容和目的
橋梁線形施工控制的目的就是確保施工中結(jié)構(gòu)安全和結(jié)構(gòu)形成后的線形符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)于懸臂施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)來說, 施工控制就是根據(jù)施工監(jiān)測所得的結(jié)構(gòu)參數(shù)真實(shí)值進(jìn)行施工階段的仿真分析, 確定出每個(gè)懸臂澆筑階段的立模標(biāo)高, 并在施工過程中根據(jù)施工監(jiān)測的成果對(duì)誤差進(jìn)行分析、預(yù)測和對(duì)下一立模標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整, 以此來保證成橋后橋面線型、合攏段兩懸臂端標(biāo)高的相對(duì)偏差不大于規(guī)定值。
2、懸臂施工的線形控制
2.1 線形控制基本原理
掛籃組拼完成后,應(yīng)加載預(yù)壓,以消除掛籃在加載狀態(tài)下的非彈性變形,同時(shí)獲取在各級(jí)加載狀態(tài)下的非彈性變形值,以便合理設(shè)置各節(jié)梁段的立模高程。
根據(jù)計(jì)算提供梁體各截面的最終撓度變化值(即豎向變形) ,設(shè)置施工預(yù)拱度,據(jù)此調(diào)整梁體模板安裝時(shí)的前緣標(biāo)高。第i 梁段的實(shí)際立模標(biāo)高Hi = Hi′+f , Hi′為第i 梁段的設(shè)計(jì)標(biāo)高；f 為綜合各種因素影響增設(shè)的施工預(yù)拱度。
2.2 掛籃在施工加載下變形值的測定
施工中在鋼筋籠內(nèi)放砂袋進(jìn)行預(yù)壓,測點(diǎn)布設(shè)在后支點(diǎn)、前支點(diǎn)、前上橫梁、前下橫梁、后下橫梁等處。觀測次數(shù)共分8 次:加載前、加載一半、加載完成、加載12 h、加載24 h、加載48 h、卸載一半、卸載后。根據(jù)觀測的數(shù)據(jù)繪制加、卸載過程中的變形曲線,回歸分析后,計(jì)算各梁段在自重作用下的變形值。通過預(yù)壓將非彈性變形消除,根據(jù)彈性變形結(jié)果控制托架的抬高量。
2.3 施工中的線形控制
（1）懸臂段混凝土施工。設(shè)計(jì)要求采用兩組掛籃對(duì)稱施工、對(duì)稱移動(dòng),澆注混凝土梁段時(shí),兩邊板重相差不得超過150 kN。施工中采用泵送混凝土，設(shè)置三通泵送管向兩端分流,分流支管內(nèi)設(shè)置活動(dòng)插板,可隨時(shí)調(diào)節(jié)兩端混凝土的入模速度,較好地解決了平衡、對(duì)稱澆筑問題。此外,在梁段混凝土澆筑時(shí),還需要盡量保證兩側(cè)腹板內(nèi)混凝土的均衡澆筑,防止偏重傾斜。澆筑混凝土的自由下落高度在1 m 范圍內(nèi),以盡量減少?zèng)_擊荷載的影響。
（2）節(jié)段梁體預(yù)應(yīng)力張拉。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,在節(jié)段混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90 %后,按照先張拉縱向預(yù)應(yīng)力束、再張拉腹板內(nèi)的豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋、最后張拉頂板橫向預(yù)應(yīng)力束的順序進(jìn)行。張拉過程中遵循對(duì)稱張拉的原則,既要盡量保證懸臂兩端張拉作業(yè)的同步進(jìn)行,又要使箱梁兩側(cè)的預(yù)應(yīng)力束盡量對(duì)稱張拉。
?。?）掛籃走行。在箱梁腹板兩側(cè)設(shè)輔助線,該線平行對(duì)稱,走行時(shí)軌道中心在輔助線中線上,橋軸線軌道中心線的延長點(diǎn)采用經(jīng)緯儀控制,掛籃就位后用全站儀對(duì)掛籃中線及翼緣板邊線重新進(jìn)行復(fù)核,并進(jìn)行調(diào)整,保證使掛籃走行就位后的中線位置與即將灌注施工梁段的中軸線偏差在5 mm 內(nèi)。掛籃走行按左右對(duì)稱原則,根據(jù)軌道上標(biāo)識(shí)的刻度整體均衡緩慢滑移。兩端掛籃的走行距離偏差應(yīng)控制在0.5 m ,走行速度控制在5 cm/ min。
3、懸臂施工線形監(jiān)測
懸臂施工過程中, 隨著拼裝節(jié)段的增加, 懸臂長度不斷增大。 每一塊箱梁的拼裝都對(duì)成橋后的內(nèi)力和線型有一定的影響。 通過對(duì)施工過程的連續(xù)監(jiān)測, 并及時(shí)將測試結(jié)果與理論計(jì)算值比較, 可以掌握結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀況, 分析箱梁標(biāo)高和應(yīng)力誤差的原因.主要監(jiān)測如下：
3.1 位移觀測與控制的具體內(nèi)容如下
?。?）箱梁懸臂端的標(biāo)高監(jiān)測。連續(xù)梁橋的線型控制主要是控制每塊箱梁的標(biāo)高。 在拼裝時(shí)箱梁位置可能與設(shè)計(jì)值有差異, 應(yīng)根據(jù)已拼箱塊的實(shí)際標(biāo)高調(diào)整拼接縫和濕接頭, 使主梁的線形順暢, 不產(chǎn)生折角, 將主梁的標(biāo)高偏差控制在規(guī)定的精度范圍內(nèi), 確保懸拼施工合攏時(shí)的高程和平面偏差精度。
（2）箱梁的中線偏差監(jiān)測。
?。?）上下游兩個(gè)箱梁挑臂板之間的標(biāo)高。
（4）溫度變化對(duì)懸臂端撓度變化的影響。
在懸拼到長懸臂階段后, 加強(qiáng)觀測溫度變化對(duì)懸臂端撓度的影響, 找出溫度與撓度的變化規(guī)律, 為跨中合攏提供必要的數(shù)據(jù)。在合攏過程中, 連續(xù)監(jiān)測合攏段兩側(cè)的撓度變化, 確保合攏安全可靠。
3.2 箱梁應(yīng)力的跟蹤測量
隨著拼裝節(jié)段的增加, 懸臂長度逐漸增長, 懸臂根部受到的彎矩也越來越大, 而且懸臂拼裝過程也不可能完全對(duì)稱施工。在邊、中跨的體系轉(zhuǎn)換過程中, 結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化較大。通過監(jiān)測箱梁內(nèi)的應(yīng)力變化, 掌握結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài), 具體的監(jiān)測內(nèi)容有:
?。?）箱梁懸臂根部截面的應(yīng)力。
?。?）箱梁跨中截面的應(yīng)力。
（3）箱梁中溫度分布規(guī)律。
?。?）體系轉(zhuǎn)換中結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、內(nèi)力變化情況。
正對(duì)以上施工線形成立線形控制小組,由施工、監(jiān)理、設(shè)計(jì)等單位抽調(diào)有關(guān)人員參加。其中,施工單位負(fù)責(zé)原始數(shù)據(jù)采集和具體施工放樣,設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分析和整理,并提供下一節(jié)段梁體施工放樣的數(shù)據(jù),監(jiān)理單位負(fù)責(zé)具體數(shù)據(jù)的檢查和核對(duì)。監(jiān)測工作分梁體節(jié)段施工監(jiān)測和全橋聯(lián)測兩種。
梁體節(jié)段施工監(jiān)測。在板梁頂設(shè)置控制點(diǎn),每節(jié)梁段距前端15 cm 處按左、中、右設(shè)置3 個(gè)高程觀測點(diǎn),梁頂中部埋設(shè)鋼板并在板頂刻劃十字絲,作為梁體軸線控制觀測點(diǎn)。為減少觀測數(shù)據(jù)的離散性,對(duì)觀測點(diǎn)需要做明顯標(biāo)識(shí)并注意保護(hù)。在梁體施工中跟蹤觀測6 種施工工況即掛籃走行前后、混凝土灌注前后、預(yù)應(yīng)力張拉前后,獲取正在施工的梁段和已成梁段在每種工況下的變形值,與理論計(jì)算值進(jìn)行比較、分析后,提供較合理的施工立模高程。
全橋施工聯(lián)測。聯(lián)測是將每幅已經(jīng)完成的懸臂施工段線形情況進(jìn)行總體監(jiān)測,在每次聯(lián)測時(shí),都需要復(fù)測梁頂?shù)氖┕た刂泣c(diǎn),聯(lián)測結(jié)束后,需分析比較各梁的變形情況和兩合龍懸臂段變形偏差情況,及時(shí)調(diào)整未施工梁的立模高程和中軸線位置,以滿足最終合龍精度的要求。
4、懸臂合龍段施工線形控制
?。?）合龍段的施工線形,受各施工梁線形誤差積累、施工時(shí)外界環(huán)境溫度變化和預(yù)應(yīng)力張拉的影響,梁體合龍按先邊跨后中跨的順序進(jìn)行施工,合龍段混凝土采用平衡法施工。
?。?）為了減少外界環(huán)境溫度變化對(duì)懸臂端合龍精度的影響,合龍段混凝土澆筑選擇一天中溫度最低時(shí)進(jìn)行,在施工當(dāng)天及其后3d內(nèi),合龍懸臂梁體頂面和箱室內(nèi)應(yīng)進(jìn)行灑水降溫。
5、懸臂合龍段施工監(jiān)測
合龍段施工監(jiān)測包括合龍前后的精度監(jiān)測、臨時(shí)支座拆除后的監(jiān)測和縱向預(yù)應(yīng)力束張拉后的監(jiān)測。并根據(jù)環(huán)境溫度變化和監(jiān)測結(jié)果選擇恰當(dāng)?shù)暮淆垥r(shí)間。在臨時(shí)支座拆除后,對(duì)體系轉(zhuǎn)換梁體部分進(jìn)行監(jiān)測。通過實(shí)測數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較后,及早預(yù)測可能產(chǎn)生的成橋線形。
6、結(jié)語
懸臂拼裝施工精度要求極高,線型控制技術(shù)難度大，因此在施工工程中施工，設(shè)計(jì)，監(jiān)理相互協(xié)調(diào)，控制工程質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
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