连续梁桥悬臂施工过程中的线形控制

张禹笋

(浙江省建设工程质量检验站有限公司,浙江 杭州 310012)

1 工程概况

横山大桥总长为478.66 m,主桥布跨为50 m+80 m+80 m+50 m预应力混凝土连续箱梁。桥梁总宽32 m,分双幅,单幅桥面横向布置为2.5 m人行道+4.5 m非机动车道+7 m机动车道+0.5 m护栏+1.5 m分隔带。桥面铺装采用100 mm沥青混凝土。桥梁设计荷载：公路-I级,人群荷载3.0 kPa。主桥立面简图见图1。

图1 主桥立面简图

主桥起点桩号为K0+448.5。单幅箱梁为单箱单室截面,顶宽15.25 m,底宽8 m,两侧翼缘宽3.625 m。梁高2.3(跨中)～4.7 m(中支点),底板下缘曲线为1.8次抛物线,底板厚度由支点厚700 mm向跨中厚300 mm渐变,顶板厚300 mm,腹板厚中支点为800 mm,跨中500 mm,边支点800 mm。主桥采用三向预应力体系。

主桥上部结构施工分为支架现浇和挂篮悬臂浇筑两个部分。其中,边跨部分及三个中墩支点0#节段采用支架现浇,其余部位为挂篮悬臂浇筑,即1～9#节段待0#块与墩身临时固结后,采用挂篮悬臂对称施工,最后进行先边跨合龙,后中跨合龙。

2 线形控制的目的和意义

随着预应力混凝土工艺的不断完善,采用挂篮悬臂浇筑梁节段混凝土来建造大跨度混凝土梁桥,实现无支架而靠自身结构进行施工的先进方法,使得预应力混凝土连续桥梁、连续刚构桥和混凝土斜拉桥得到较大发展[1-3]。

分段悬臂浇筑法是目前国内外大跨径预应力混凝土桥梁的主要施工方法[4]。悬臂浇筑施工过程中不仅要经历浇筑梁段的过程,还要经历边、中跨合龙以及解除临时约束等体系转换的过程,因此,在整个施工过程中主梁标高都是不断变化的。通过正逆迭代计算分析,可以得到各施工阶段的理想标高,但由于设计计算是建立在一系列理想化假定的基础上的,而实际上自开工到竣工整个为实现设计目标而必须经历的过程中,将受到许许多多确定和不确定因素(误差)的影响。所以,在施工过程中对桥梁进行实时监测,并根据监测的结果对施工过程中的控制参数不断进行调整是十分必要的[5]。

3 线形控制的计算分析

3.1 主桥结构分析

主桥采用桥梁博士进行有限元分析。根据主桥结构和施工实际需要,主桥纵向划分为81个节点,80个单元。结构计算模型见图2。

图2 桥梁博士计算模型

依据施工的具体过程,桥梁博士模型的分析过程共划分为悬臂施工阶段、合龙成桥阶段及使用阶段。总共划分为48个施工阶段。其中：

1) 悬臂施工阶段共划分为30个阶段(0～9#节段每个节段分为3个阶段：梁段浇筑,预应力张拉,挂篮移动。其中30#施工阶段包含边跨现浇段的浇筑),每个施工节段按9 d考虑。

2)合龙成桥阶段共划分为16个阶段：先边跨合龙段浇筑,预应力张拉,拆除5#墩7#墩临时固结、限位,再进行次中跨、中跨合龙段浇筑,预应力张拉,拆除6#墩临时固结以及施工二期恒载。

3)使用阶段划分为2个阶段：运营期1/2活载，3 650 d收缩徐变。

3.2 材料特性

在计算时采用的主要材料参数见表1。

表1 材料参数表

3.3 计算参数选取

1)结构自重：主梁箱梁自重由程序自行计算；二期恒载(二期恒载主要考虑了100 mm厚的沥青混凝土、两侧护栏)按均布荷载计算。

2)预应力效应：假定混凝土养护10 d,达到设计强度的90%后开始张拉预应力筋,锚下控制张拉应力为σcon=0.75fpk=1 395 MPa。考虑阶段分批张拉预应力损失,及其他相关预应力损失,钢束锚固时弹性回缩变形单端按6 mm计。

3)温度影响：箱梁的温度场在整个施工过程中是动态变化的,目前的计算模型中不考虑其升、降温度的影响,建模时统一按平均温度20 ℃考虑。在施工过程跟踪计算中将根据实测温度值对模型温度取值作相应调整。湿度按80%考虑。

4)收缩徐变影响：混凝土的收缩徐变计算统一按照初应变理论采用增量方法进行计算, 徐变系数采用交通部《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62—2004)》附录F提供的计算公式和图表[6]。计算中分别考虑了施工过程和运营期收缩徐变3 650 d对位移的影响。

5)挂篮重量：初步计算空挂篮重量取55 t,前支点力为75 t,后支点力为-20 t。进一步计算中将根据施工单位实际所用挂篮重量及模板重量进行调整。

6)后期荷载：后期荷载考虑了3 650 d收缩徐变、运营期1/2活载以及预应力二次力的影响。

3.4 计算结果

经过分析计算,得到各节点的理论计算预拱度(理论计算预拱度=施工期预拱度+成桥预拱度)曲线，见图3。施工期预拱度=节段悬浇时湿重产生的挠度+该节段生成后到成桥各施工阶段竖向位移变化累计值。成桥预拱度包含成桥后3 650 d的收缩徐变及1/2活载的累计挠度。

图3 梁段理论计算预拱度曲线

4 线形控制方法

4.1 施工过程中立模标高的确定

众所周知,立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高,总要设一定的预拱度,以抵消施工中产生的各种变形(挠度)。其计算公式如下：

立模标高=设计标高+理论计算预拱度+挂篮变形量+调整值。

其中：挂篮变形量根据挂篮静载试验值确定；调整值则是根据实际测量结果给出的修正值。考虑到连续梁桥适当上拱的线形更为美观,且运营期桥梁下挠较为普遍,调整值中将包含额外的预留量。

4.2 施工过程中变形监测

梁段控制点标高、基础沉降采用水准仪进行测量。为消除日照温差引起的梁体的不规则变化,线形测量选择在温度变化小、气候稳定的时间段进行,并尽可能缩短测量工作持续的时间。

挠度测点纵向布置为距现浇段前端100 mm,横向布置为两侧向箱中间3.5 m及箱梁中心。测点采用φ20钢筋制作,同时露出混凝土面,高度控制在20 mm左右,顶端打磨。基础沉降测点布置在0#块上,定期进行观测。

5 线形控制成果

5.1 施工阶段累计挠度

施工阶段累计挠度为各块段浇注完毕后至中跨合龙张拉完成产生的挠度,直接反映了线形变化情况。本工程通过测量发现左幅7#墩、右幅5#墩边跨侧1～2#块的累计位移偏大,6～8#块累计挠度大于理论值。这是由于挂篮施工中部分挂篮预压不到位以及悬臂施工过程中长预应力束的应力损失较大导致。在施工控制中,根据阶段挠度及梁段累计挠度,对各梁段立模标高已作调整,使之保证成桥后线形平顺。以右幅5#墩悬臂梁段累计挠度图为例体现悬臂施工过程中线形变化,见图4。

图4 右幅5#墩悬臂梁段累计挠度图

5.2 桥梁最终成桥线形

实测桥梁未铺装阶段线形实际值与理论值最大偏差为30 mm(左幅7#墩边跨侧合龙段)、37 mm(右幅7#墩中跨侧7#块)。铺装后线形实际值与理论值最大偏差为25 mm(左幅7#墩边跨侧3#块)、29 mm(右幅7墩中跨侧4#块)。通过对实测数据和理论计算分析数据的比较,可以看出本桥线形监测数据分析方法正确,信息反馈及时。施工过程中提供了准确的梁段立模标高。各项技术、质量指标均得到了有效的控制。

6 结 语

预应力连续梁桥的施工工艺复杂,施工过程中许多难以预料和估计的因素可能导致桥梁线形控制不合理,导致桥梁难以合龙以及成桥线形的美观,本文的桥梁施工过程中的线形控制,可作为同类的桥梁施工之参考。