連續(xù)剛構(gòu)橋梁懸臂澆筑施工技術(shù)及監(jiān)測(cè)控制措施分析探討
2015-05-21
1引言
連續(xù)剛構(gòu)橋梁是一種超靜定結(jié)構(gòu),理想的幾何線形不僅與設(shè)計(jì)有關(guān),而且依賴于科學(xué)合理的施工方法及控制。由于箱梁在懸臂施工時(shí)受混凝土自重、日照、溫度變化、墩柱壓縮等因素影響而產(chǎn)生豎向撓度,混凝土自身的收縮、徐變等因素也會(huì)使懸臂斷端發(fā)生變化。如何通過(guò)對(duì)施工時(shí)澆注過(guò)程的控制以及梁底標(biāo)高調(diào)整來(lái)獲得預(yù)先設(shè)計(jì)的幾何線形,是連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工的關(guān)鍵問(wèn)題。
2工程概況
某大橋?yàn)榇罂鐝竭B續(xù)剛構(gòu)橋其“T”構(gòu)部分跨徑布置為66m+120m+66m,混凝土強(qiáng)度為c55,本橋墩身高度為54m和54.5m,箱梁結(jié)構(gòu)形式為單箱單室箱梁,采用三向預(yù)應(yīng)力,結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。
3連續(xù)剛構(gòu)橋梁掛籃懸臂澆筑施工技術(shù)要點(diǎn)
3.1橋梁總體施工方案
掛籃懸臂澆筑法施工是將整個(gè)梁分成若干節(jié)段分次澆筑,并且主墩兩側(cè)的對(duì)稱節(jié)段的重量和長(zhǎng)度相等,澆筑砼時(shí)對(duì)稱進(jìn)行,其中主墩上的O#節(jié)段用支架法現(xiàn)澆鹼,邊跨有9.0m長(zhǎng)的不平衡段用支架現(xiàn)澆,其余節(jié)段用掛籃懸澆法施工;合攏時(shí)先邊跨,后中跨。掛籃為可順橋向滑移的移動(dòng)式鋼模板,由于梁高是變化的,因此掛籃的底模、側(cè)模和內(nèi)模是分離式的,以便于按設(shè)計(jì)截面尺寸調(diào)節(jié)。
根據(jù)設(shè)計(jì)和實(shí)際情況按以下施工順序進(jìn)行,見(jiàn)圖2。
在懸臂澆筑施工過(guò)程中主墩與箱梁要通過(guò)臨時(shí)支座固結(jié)形成T構(gòu),在合攏后要拆除臨時(shí)固結(jié)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系。而在本工程中支座為可滑動(dòng)(小位移)的盆式橡膠支座(即鉸連接),如果以此條件施工可能在懸臂澆筑時(shí)由于不平衡的影響造成梁體傾覆或其他形式的破壞。
因此,為使施工過(guò)程安全和有效控制,在主墩頂?shù)南鹉z支座大小里程方向分別加上一排剛性臨時(shí)支座,并用精軋螺紋鋼在臨時(shí)支座處將O#塊與主墩連為整體,變成臨時(shí)剛性結(jié)構(gòu)。
3.2各梁段混凝土懸臂灌注施工技術(shù)
各梁段混凝土的懸臂灌注施工,采用泵送,坍落度控制在14mm～18mm之間,并應(yīng)隨溫度變化及運(yùn)輸工具、時(shí)間以及澆筑速度作適當(dāng)調(diào)整,其主要注意事項(xiàng)如下。
1)梁段各節(jié)段混凝土在灌注前,必須嚴(yán)格檢查:掛籃中線,底模標(biāo)高;縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力束管道i鋼筋、錨頭、人行道及其他預(yù)埋件的位置,認(rèn)真核對(duì)無(wú)誤后方可灌注混凝土。箱梁各梁段立模標(biāo)高=設(shè)計(jì)標(biāo)高+預(yù)拱度+掛籃滿載后的自身變形,其中徐變對(duì)撓度的影響除作計(jì)算分析外,還應(yīng)作現(xiàn)場(chǎng)徐變?cè)囼?yàn)對(duì)比,以使徐變系數(shù)取值更加符合工程實(shí)際。此外,后澆筑的梁段應(yīng)在已施工梁段有關(guān)實(shí)測(cè)紀(jì)錄結(jié)果的基礎(chǔ)上做適當(dāng)調(diào)整,逐漸消除誤差,保證結(jié)構(gòu)線型勻順。
2)為了節(jié)約時(shí)間,每個(gè)梁段混凝土澆筑采用一次灌注成形,以減少接縫,保證混凝土澆筑質(zhì)量。澆筑順序?yàn)?先底板一次腹板一最后頂板?；炷翝仓藦膾焖{(lán)前端開(kāi)始,以使掛藍(lán)的微小沉降變化大部分完成,從而避免新、舊混凝土間產(chǎn)生裂縫。
3)各節(jié)段預(yù)應(yīng)力束管道在灌注混凝土之前,應(yīng)在波紋管內(nèi)插入硬塑料管作為襯墊,以防管道被壓癟。管道的定位鋼筋應(yīng)用短鋼筋做成井宇架,并于箱梁鋼筋網(wǎng)妥為固定。定位鋼筋網(wǎng)架間應(yīng)保持在0.5m～0.8m左右,以防混凝土振搗過(guò)程中波紋管上浮,引起預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)沿管道法向的分力,使梁體內(nèi)力不合理,從而致使混凝土產(chǎn)生崩裂甚至釀成事故。
4)施工時(shí)應(yīng)在掛籃上設(shè)置雨棚或采取遮蓋措施,及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù),避免混凝土因日曬雨淋影響質(zhì)量,冬季施工應(yīng)備保溫設(shè)施。必要時(shí)配備保證全天候施工的設(shè)施,以提高作業(yè)效率和保證施工質(zhì)量。
5)梁段混凝土灌注完畢之后,立即用通孔器檢查管道,及時(shí)處理因漏漿等情況出現(xiàn)的堵管現(xiàn)象。
4橋梁掛籃懸臂澆筑施工過(guò)程中的內(nèi)力、線形控制措施
本項(xiàng)目施工控制的目的就是通過(guò)在施工過(guò)程中對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)主要控制斷面的變形和應(yīng)力變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)下節(jié)模板提供數(shù)據(jù)預(yù)報(bào),利用修正后的計(jì)算模型確定下節(jié)段合適的立模標(biāo)高,重復(fù)循環(huán),以此來(lái)保證結(jié)構(gòu)在建成時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)所希望的幾何形狀以及合理的內(nèi)力狀態(tài)。同時(shí),在施工過(guò)程中保證結(jié)構(gòu)的安全。
4.1施工控制理論分析
在對(duì)大橋各施工階段實(shí)施控制時(shí),將其簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu),各節(jié)段離散為梁?jiǎn)卧?全橋離散成110個(gè)單元,主梁為78個(gè)單元,并且在關(guān)鍵的懸臂1/4位置和合龍段中心處設(shè)置截面,采用節(jié)點(diǎn)力模擬掛籃懸臂施工和采用橋梁專業(yè)分析軟件橋梁博士3.0進(jìn)行分析,兩個(gè)主墩底部為固定支座,兩邊跨粱端視為活動(dòng)鉸支座由于主橋合龍前后結(jié)構(gòu)體系將發(fā)生轉(zhuǎn)變,即由對(duì)稱的單“T”靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)稱的超靜定結(jié)構(gòu),故在合龍前,只需取單“T”分別進(jìn)行調(diào)整離散后的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示通過(guò)軟件離散分析后,以成橋狀態(tài)為理想狀態(tài),倒拆分析得到各個(gè)施mm況下的理論應(yīng)力和變形,對(duì)比實(shí)測(cè)值,實(shí)時(shí)調(diào)整。
4.2掛籃懸臂澆筑施工監(jiān)控的內(nèi)容
本大橋的施工監(jiān)控主要內(nèi)容包括施工工程內(nèi)力的監(jiān)控和線形的控制。
內(nèi)力的監(jiān)控主要是在控制斷面埋置鋼弦式應(yīng)變儀器,控制斷面包括橋墩的墩頂和墩底,主梁的根部截面、1/4截面和合龍段中心截面。在每個(gè)關(guān)鍵施工工序?qū)崟r(shí)測(cè)出控制斷面的應(yīng)變,根據(jù)公式計(jì)算出應(yīng)力。
線形的控制主要以成橋狀態(tài)為目標(biāo),推算出各個(gè)施工關(guān)鍵工序的標(biāo)高預(yù)拋高值,計(jì)算出各個(gè)關(guān)鍵工序的標(biāo)高,控制現(xiàn)場(chǎng)立模放樣整個(gè)控制過(guò)程采用自適應(yīng)控制方法,即通過(guò)大量的測(cè)量實(shí)測(cè)值和理論值的比較,逐漸掌握誤差變化規(guī)律。修正控制參數(shù),從而更好控制下一步施工。
大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋的懸臂較長(zhǎng),拱度受外界因素影響較大,對(duì)其施工控制中線形的控制尤為重要。連續(xù)剛構(gòu)掛籃懸臂施工的關(guān)鍵工序有立模、混凝土澆筑完成、預(yù)應(yīng)力張拉完成這三個(gè)施工工序。采用以成橋狀態(tài)為理想狀態(tài),先倒拆分析出各個(gè)梁段的預(yù)拱度值,再前進(jìn)分析節(jié)段位移值,疊加設(shè)計(jì)標(biāo)高,得到三個(gè)工序的理論標(biāo)高。
1)立模標(biāo)高。設(shè)計(jì)標(biāo)高是最終經(jīng)過(guò)施工中施工荷載、成橋后汽車(chē)荷載、收縮徐變后梁體應(yīng)該達(dá)到的理想標(biāo)高,而這個(gè)過(guò)程中每個(gè)梁段要發(fā)生的累計(jì)位移值的反號(hào)就是該梁段在立模時(shí)應(yīng)該考慮的預(yù)拋高值,即預(yù)拱度。還要考慮掛籃引起的變形值,因此每個(gè)梁段的立模標(biāo)高計(jì)算式:
2)混凝土澆筑完成后標(biāo)高。立模標(biāo)高計(jì)算
時(shí)。掛籃變形是考慮掛籃在澆筑混凝土工程要發(fā)生向下的位移而預(yù)提高的值,在掛籃變形考慮準(zhǔn)確的情況下,混凝土澆完后則完全自動(dòng)抵消因此混凝土澆筑完成后標(biāo)高計(jì)算式:
3)預(yù)應(yīng)力張拉完成后標(biāo)高預(yù)應(yīng)力的張拉是在混凝土養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間、混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%以上后進(jìn)行的張拉后的標(biāo)高是在混凝土澆筑完成后的基礎(chǔ)上疊加由預(yù)應(yīng)力張拉引起的節(jié)段位移值,而在對(duì)模型的前進(jìn)分析中,可以得出由預(yù)應(yīng)力張拉引起的節(jié)點(diǎn)位移值,因此張拉后理論標(biāo)高計(jì)算式:
式中:H3為預(yù)應(yīng)力張拉后的標(biāo)高:W3為預(yù)應(yīng)力張拉引起的位移值
4)實(shí)際立模標(biāo)高。實(shí)際監(jiān)控過(guò)程申就是通過(guò)對(duì)比實(shí)際節(jié)段完成標(biāo)高H3’和理論完成的標(biāo)高H3,得出節(jié)段完成的標(biāo)高誤差,并且對(duì)誤差進(jìn)行分析,在下一節(jié)段施工立模時(shí)對(duì)誤差進(jìn)行消除,因此實(shí)際立模標(biāo)高計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮上一節(jié)段的誤差修正值△,即
5)考慮溫度影響如果立模不能安排在早上日出之前進(jìn)行,應(yīng)考慮溫度的影響,溫度影響的處理一般有以下兩種方法:第一種是全天24h測(cè)量梁段標(biāo)高,掌握標(biāo)高隨溫度的變化規(guī)律,近似按照線形預(yù)測(cè)出每攝氏度變化下的標(biāo)高變化,立模時(shí)實(shí)測(cè)溫度在立模標(biāo)高考慮上溫度影響值這種方法有滯后性,不能確切地把握立模這個(gè)時(shí)間溫度影響下的撓度變化,應(yīng)對(duì)標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)。第二種是用相對(duì)標(biāo)高立模在立模的時(shí)候?qū)崪y(cè)前一節(jié)段的實(shí)際標(biāo)高,疊加上前后兩個(gè)節(jié)段在立模時(shí)設(shè)計(jì)溫度下的標(biāo)高差就是后一節(jié)段立模時(shí)的標(biāo)高這種方法能夠基本剔除掉溫度對(duì)標(biāo)高的影響,但是應(yīng)該考慮前一節(jié)段在完成時(shí)本身與理論值之間存在的誤差
4.3應(yīng)力監(jiān)控結(jié)果及分析
成橋后,通過(guò)測(cè)量控制截面的應(yīng)力,能反應(yīng)結(jié)構(gòu)的受力情況。從施工到合龍,1號(hào)墩主梁邊跨、中跨根部截面應(yīng)力變化;2號(hào)墩主梁邊跨、中跨根部截面應(yīng)力變化分別。
從施工到合龍,控制截面的應(yīng)力均在安全范圍內(nèi)。1號(hào)墩應(yīng)力變化接近理論應(yīng)力,且略大于理論應(yīng)力2號(hào)墩主梁中跨根部截面應(yīng)力變化平穩(wěn),但邊跨應(yīng)力變化有波動(dòng)。
4.4線形監(jiān)控結(jié)果及分析
通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)整,最后全橋合龍誤差為7mm,成橋線形與目標(biāo)線形基本吻合。表1中列出了2號(hào)墩各塊件完成后實(shí)測(cè)標(biāo)高和理論標(biāo)高的比較。
4.5張拉預(yù)應(yīng)力筋底板開(kāi)裂控制措施
大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁高從橋墩到跨中一般呈曲線變化,這樣底板縱向預(yù)應(yīng)力筋在立面上形成彎曲。當(dāng)張拉底板預(yù)應(yīng)力筋時(shí),就會(huì)對(duì)底板底層鋼筋形成壓力,對(duì)頂層鋼筋形成拉力這樣預(yù)應(yīng)力筋的一個(gè)徑向外崩力是造成裂縫的主要原因。
分析同類橋型出現(xiàn)的裂縫情況,主要是底板橫隔板布置太疏,且厚度不夠,底板箍筋間距較大,橫向預(yù)應(yīng)力束未張拉到位所以在本大橋施工過(guò)程中,嚴(yán)格控制了橫向預(yù)應(yīng)力的張拉過(guò)程,并且加密了箍筋間距,讓箍筋產(chǎn)生的拉應(yīng)力抵消預(yù)應(yīng)力筋的徑向力。嚴(yán)格控制截面尺寸,保證底板厚度與設(shè)計(jì)尺寸相符。在關(guān)鍵部位合龍段,分批張拉底板預(yù)應(yīng)力,同時(shí)在合龍段底板箍筋上安置應(yīng)力計(jì),每次縱向預(yù)應(yīng)力張拉后測(cè)試箍筋上拉應(yīng)力的變化,保證預(yù)應(yīng)力張拉到位,合龍段兩端標(biāo)高也通過(guò)監(jiān)控使高差最小,避免預(yù)應(yīng)力束產(chǎn)生折線引起對(duì)底板的集中力。
本大橋完工后,底板未出現(xiàn)開(kāi)裂情況,可見(jiàn)這些措施的應(yīng)用取得了很好的效果。
5結(jié)語(yǔ)
綜上所述,連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工控制中線形控制要對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)和橋梁施工過(guò)程精確把握,準(zhǔn)確計(jì)算出預(yù)拱度值。準(zhǔn)確提供立模標(biāo)高,同時(shí)對(duì)施工過(guò)程每個(gè)階段的誤差實(shí)時(shí)調(diào)整;應(yīng)力控制要把握好控制截面應(yīng)力變化幅度和趨勢(shì),對(duì)可能出現(xiàn)超限應(yīng)力的情況進(jìn)行提前預(yù)測(cè),及時(shí)糾正施工方法。
施工過(guò)程中,施工監(jiān)控單位對(duì)前期橋梁模型進(jìn)行了詳盡的分析,為立模標(biāo)高的準(zhǔn)確提供奠定了基礎(chǔ):現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控人員實(shí)時(shí)反饋施工信息和數(shù)據(jù),為參數(shù)識(shí)別調(diào)整和分析解決問(wèn)題提供了科學(xué)依據(jù)。實(shí)踐表明,嚴(yán)密的監(jiān)控流程和施工過(guò)程中專業(yè)的監(jiān)控分析是大橋順利完工的有力保證。
