連續(xù)梁橋掛籃施工監(jiān)控技術研究―祁水河大橋為例
2017-02-27
1、前言
預應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，結構剛度好，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應力混凝土連續(xù)梁橋來說，橋梁最終結構的形成要經(jīng)歷一個漫長而復雜的過程，而且施工期間橋梁結構體系也將隨著施工階段的不同而不斷變化。施工過程中，因設計參數(shù)誤差、施工誤差、測量誤差及結構分析模型誤差等原因，將導致施工過程中橋梁的線形、內(nèi)力與理想目標存在一定的偏差，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構可靠度和安全帶來嚴重影響。對于預應力混凝土連續(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構的可靠度和安全，確保合龍精度和體系轉換的順利進行，最終使成橋后的橋面線形、內(nèi)力符合設計要求。
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、變截面結構。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5個橫隔板，隔板設有孔洞。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
為了對成橋的目標進行有效控制，修正在施工過程中各種影響成橋目標的參數(shù)誤差對成橋目標的影響，確保成橋后結構受力和線形滿足設計要求。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備。主梁線形（變形）控制的最終目標是保證主梁的整體標高和局部平順性，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符合設計和橋梁工程質量評定標準等要求。
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)識別結果，對未施工節(jié)段的相應參數(shù)進行誤差預測；計算影響參數(shù)的誤差對成橋標高的影響，求出各節(jié)段標高的調(diào)整值。施工控制流程圖2。
施工控制的目的是對成橋目標進行有效控制，修正在施工過程中各種影響成橋目標的參數(shù)誤差對成橋目標的影響，確保成橋后結構受力和線形滿足設計要求。
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)，同時對計算結果與實測結果進行比對，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，計算結構的內(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立模標高計算
在主梁的懸臂澆筑過程中，梁段立模標高的合理確定，是關系到主梁的線形是否平順、是否符合設計的一個重要問題。如果在確定立模標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計線形有較大的偏差。
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(chǎn)生的各種變形（撓度）。其計算公式如下：
（3-1）
式中： ―i節(jié)段立模標高（節(jié)段上某確定位置）； ―i節(jié)段設計標高；
―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)段預應力在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）立模標高允許誤差：±5mm；
3）主梁質量控制要求：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)。在預應力混凝土連續(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變形情況。觀測點為預留露出混凝土（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記，如圖5-1所示。在跨中箱梁頂板底板處設置臨時水準點。
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)立模標高做好充分準備。
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拱度，預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。祁水河大橋主梁預拱度的設置見圖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 主梁預拱度圖 8 主梁主要施工階段線形
4.4結果分析
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)献冃危粡埨A應力后，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)橫向扭轉現(xiàn)象。
5、 結語
在日益發(fā)展的橋梁施工技術過程中，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件的線形和內(nèi)力狀態(tài)符合設計以及規(guī)范要求。
可以時刻監(jiān)控橋梁內(nèi)部的應力變形狀態(tài)，并且對橋梁施工有巨大的控制和指導作用，保證了橋梁結構的穩(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
