連續(xù)梁橋掛籃施工監(jiān)控技術(shù)研究―祁水河大橋為例
2017-02-27
1、前言
預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋在高速公路，高速鐵路中是最常見的橋型。因為該橋型具有變形小，結(jié)構(gòu)剛度好，行車平穩(wěn)，抗震能力強，養(yǎng)護相對于其他橋型簡單等優(yōu)點。常采用掛籃懸臂澆筑施工。對于采用該方法施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋來說，橋梁最終結(jié)構(gòu)的形成要經(jīng)歷一個漫長而復(fù)雜的過程，而且施工期間橋梁結(jié)構(gòu)體系也將隨著施工階段的不同而不斷變化。施工過程中，因設(shè)計參數(shù)誤差、施工誤差、測量誤差及結(jié)構(gòu)分析模型誤差等原因，將導(dǎo)致施工過程中橋梁的線形、內(nèi)力與理想目標(biāo)存在一定的偏差，這種偏離如不及時識別和調(diào)整，累計到一定程度后將對施工過程中結(jié)構(gòu)可靠度和安全帶來嚴(yán)重影響。對于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋在施工過程中，已形成的懸臂狀態(tài)事后是無法調(diào)整的，當(dāng)線性誤差出現(xiàn)時，將會永遠存在，而通過重新調(diào)整后續(xù)梁段的立模標(biāo)高能消除的已施工梁段的殘余誤差十分有限，有時甚至無法完全消除。為此，必須進行施工過程的監(jiān)控，以確保施工過程中結(jié)構(gòu)的可靠度和安全，確保合龍精度和體系轉(zhuǎn)換的順利進行，最終使成橋后的橋面線形、內(nèi)力符合設(shè)計要求。
2、 工程概況
該橋梁叫做祁水河大橋位于湘桂鐵路衡陽至永州段里程為DK99+805.25，橋全長305.250m，設(shè)計線路等級為Ⅰ級，線路情況為雙線，線間距4.6m，牽引類型為電力牽引，設(shè)計速度為250km/h客運專線。祁水河大橋共有1聯(lián)（48+80+48）m連續(xù)梁，對應(yīng)的橋墩編號分別為1#-4#。
?。?8+80+48）m連續(xù)梁梁全長177.3m，中支點梁高6.49m，跨中梁高3.89m，邊支座中心線至梁端0. 65m。梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬12.2m，底寬6.4m，頂板厚度78-43cm，底板厚度100-50cm，腹板厚度100-50cm，中心梁高由6.49m漸變到3.89m。在端支點、中支點、中跨共設(shè)5個橫隔板，隔板設(shè)有孔洞。箱梁半跨中半中支點截面如圖1。
圖1 箱梁截面示意圖
連續(xù)梁共分12段，11#段為合攏段，12#為邊跨現(xiàn)澆段。
0#段長8m，中心梁高6.49m，梁底寬6.4m。1#-10#塊長為3×3m+4×3.5m+3×4m，梁高由6.49m漸變到3.89m。中、邊跨合攏段長均為2m，梁高3.89m。邊跨現(xiàn)澆段長7.65m，梁高3.89m。懸澆段最重塊為1#塊，重150.8t，懸臂掛籃施工最長梁段為4m。
主梁箱梁單“T”共分為10段懸臂澆注，0號梁段長8m，其余1～10號梁段分別為3×300cm+4×350cm+3×400cm，邊跨和中跨合攏段均長2米；以兩主墩為中心形成兩個“T”對稱懸臂澆注施工，0號梁段采用搭設(shè)托架澆注完成，其余梁段采用掛籃澆注。兩邊跨現(xiàn)澆段采用滿堂支架澆注。全橋合攏順序為：同時合攏兩個邊跨，接著合攏主跨。
3、 監(jiān)控內(nèi)容
3.1監(jiān)控原則
為了對成橋的目標(biāo)進行有效控制，修正在施工過程中各種影響成橋目標(biāo)的參數(shù)誤差對成橋目標(biāo)的影響，確保成橋后結(jié)構(gòu)受力和線形滿足設(shè)計要求。所以對于連續(xù)梁橋施工控制主要以主梁線形控制為主。
線形控制主要是嚴(yán)格控制主梁每一節(jié)段的豎向撓度及橫向偏移。若偏差較大時，必須立即進行誤差分析并確定調(diào)整方法，為下一節(jié)段更為精確的施工做好準(zhǔn)備。主梁線形（變形）控制的最終目標(biāo)是保證主梁的整體標(biāo)高和局部平順性，使成橋后（通常是長期變形穩(wěn)定后）主梁的標(biāo)高滿足上述兩方面的要求。其次，主梁的實際軸線與理論軸線的偏差應(yīng)符合設(shè)計和橋梁工程質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)等要求。
3.2監(jiān)控流程
在各施工階段中，根據(jù)狀態(tài)變量（控制點位移）的實測值與相應(yīng)理論值的差值對影響參數(shù)進行誤差識別；根據(jù)已施工梁段的影響參數(shù)識別結(jié)果，對未施工節(jié)段的相應(yīng)參數(shù)進行誤差預(yù)測；計算影響參數(shù)的誤差對成橋標(biāo)高的影響，求出各節(jié)段標(biāo)高的調(diào)整值。施工控制流程圖2。
施工控制的目的是對成橋目標(biāo)進行有效控制，修正在施工過程中各種影響成橋目標(biāo)的參數(shù)誤差對成橋目標(biāo)的影響，確保成橋后結(jié)構(gòu)受力和線形滿足設(shè)計要求。
圖2 施工監(jiān)控流程圖
3.3橋梁理論計算建模
將主橋主梁分為70個單元，共49個施工工序，成橋后的有限元模型圖3。在施工控制過程中，計算橋梁施工的控制參數(shù)，同時對計算結(jié)果與實測結(jié)果進行比對，施工過程中對各個基本參數(shù)進行識別，并不斷調(diào)整，以期達到最優(yōu)效果。
圖3 祁水河大橋成橋后有限元模型圖
理論計算采用 “橋梁博士”系統(tǒng)3.0版計算軟件建立全橋的平面有限元分析模型，模擬橋梁的施工過程，計算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。最后確定該橋的全橋仿真理論計算施工階段49個表1。
表1 祁水河大橋連續(xù)梁橋施工階段信息
3.4立模標(biāo)高計算
在主梁的懸臂澆筑過程中，梁段立模標(biāo)高的合理確定，是關(guān)系到主梁的線形是否平順、是否符合設(shè)計的一個重要問題。如果在確定立模標(biāo)高時考慮的因素比較符合實際，而且加以正確的控制，則最終橋面線形較為良好；如果考慮的因素和實際情況不符合，控制不力，則最終橋面線形會與設(shè)計線形有較大的偏差。
眾所周知，立模標(biāo)高并不等于設(shè)計中橋梁建成后的標(biāo)高，總要設(shè)一定的預(yù)拱度，以抵消施工中產(chǎn)生的各種變形（撓度）。其計算公式如下：
?。?-1）
式中： ―i節(jié)段立模標(biāo)高（節(jié)段上某確定位置）； ―i節(jié)段設(shè)計標(biāo)高；
―由各梁段自重在i節(jié)段產(chǎn)生的撓度總和；
―由張拉各節(jié)段預(yù)應(yīng)力在i節(jié)段產(chǎn)生的撓度總和；
―混凝土收縮、徐變在i節(jié)段引起的撓度；
―施工臨時荷載在i節(jié)段引起的撓度；
―使用荷載在i節(jié)段引起的撓度；
―掛籃變形值。
其中掛籃變形值是根據(jù)掛籃加載試驗，綜合各項測試結(jié)果，最后繪出掛籃荷載―撓度曲線，進行內(nèi)插而得。
4、 主梁撓度變形觀測
4.1控制精度和原則
1）立模必須在一天中相對穩(wěn)定均勻溫度場（一般為日出前）完成；
2）立模標(biāo)高允許誤差：±5mm；
3）主梁質(zhì)量控制要求：按施工規(guī)程要求對主梁橫截面尺寸的誤差嚴(yán)格控制；
4）已澆梁段系統(tǒng)控制誤差：-5mm～15mm；
5）其他：主梁軸線、橋面平整度等參數(shù)允許誤差按有關(guān)規(guī)范取值。
4.2測點布置
撓度測量數(shù)據(jù)是控制成橋線形最主要的依據(jù)。在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋箱梁懸臂施工中，通過在每個懸澆梁段上布置9個對稱的高程觀測點，可以同時觀測箱梁的豎向撓度及扭轉(zhuǎn)變形情況。觀測點為預(yù)留露出混凝土（約5cm）的鋼筋頭，頂板鋼筋頭布置在中心和翼緣邊緣，底板布置在底板中心和底板邊緣，鋼筋頭都用紅漆作了標(biāo)記，如圖5-1所示。在跨中箱梁頂板底板處設(shè)置臨時水準(zhǔn)點。
圖4 測點布置
4.3主橋施工階段的監(jiān)控成果
在開始掛籃施工之前，對其進行掛藍預(yù)壓試驗，并觀測掛籃試壓情況，掌握施工掛籃的彈性變形和殘余變形情況；在開始掛籃施工之后，多次觀測澆注前后掛籃的變形情況，對后續(xù)立模標(biāo)高做好充分準(zhǔn)備。
主要施工階段，主梁的繞度見圖5。最不利活載作用下的撓度見圖6。主梁懸臂施工過程中需預(yù)拱度，預(yù)拱度的值為恒載作用下的撓度值和0.5倍最不利活載作用下的撓度值之和的反拱值。祁水河大橋主梁預(yù)拱度的設(shè)置見圖7，主要施工階段主梁線形見圖8。
圖5 主要施工階段主梁撓度 圖6 主梁最不利活載作用下?lián)隙?br />
圖7 主梁預(yù)拱度圖 8 主梁主要施工階段線形
4.4結(jié)果分析
在對祁水河連續(xù)梁橋施工階段的監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，撓度變化具有很強的規(guī)律性：
1、澆筑混凝土之后，懸臂梁呈下?lián)献冃?；張拉預(yù)應(yīng)力后，懸臂梁呈上撓變形；掛籃前移后，懸臂梁呈下?lián)献冃?。上述各工況中撓度變形均隨著懸臂長度的增加而增大。
2、各種工況下，2#、3#號墩兩側(cè)的懸臂端的撓度變化基本對稱。
3、各工況下，同一梁段上的9個撓度監(jiān)測點實測撓度變化幾乎相等，說明在各工況下，箱梁沒有出現(xiàn)橫向扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。
5、 結(jié)語
在日益發(fā)展的橋梁施工技術(shù)過程中，施工監(jiān)控是非常重要的部分。主要目的是確保施工中的安全，同時保證成橋后各構(gòu)件的線形和內(nèi)力狀態(tài)符合設(shè)計以及規(guī)范要求。
可以時刻監(jiān)控橋梁內(nèi)部的應(yīng)力變形狀態(tài)，并且對橋梁施工有巨大的控制和指導(dǎo)作用，保證了橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及安全。
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作者簡介：曾奕衡（1985-），男，寶蘭鐵路中鐵二局生產(chǎn)副經(jīng)理
