連續(xù)剛構橋梁懸臂澆筑施工技術及監(jiān)測控制措施分析探討
2015-05-21
1引言
連續(xù)剛構橋梁是一種超靜定結構,理想的幾何線形不僅與設計有關,而且依賴于科學合理的施工方法及控制。由于箱梁在懸臂施工時受混凝土自重、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、徐變等因素也會使懸臂斷端發(fā)生變化。如何通過對施工時澆注過程的控制以及梁底標高調整來獲得預先設計的幾何線形,是連續(xù)剛構橋梁施工的關鍵問題。
2工程概況
某大橋為大跨徑連續(xù)剛構橋其“T”構部分跨徑布置為66m+120m+66m,混凝土強度為c55,本橋墩身高度為54m和54.5m,箱梁結構形式為單箱單室箱梁,采用三向預應力,結構示意圖見圖1。
3連續(xù)剛構橋梁掛籃懸臂澆筑施工技術要點
3.1橋梁總體施工方案
掛籃懸臂澆筑法施工是將整個梁分成若干節(jié)段分次澆筑,并且主墩兩側的對稱節(jié)段的重量和長度相等,澆筑砼時對稱進行,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;合攏時先邊跨,后中跨。掛籃為可順橋向滑移的移動式鋼模板,由于梁高是變化的,因此掛籃的底模、側模和內模是分離式的,以便于按設計截面尺寸調節(jié)。
根據(jù)設計和實際情況按以下施工順序進行,見圖2。
在懸臂澆筑施工過程中主墩與箱梁要通過臨時支座固結形成T構,在合攏后要拆除臨時固結轉換結構體系。而在本工程中支座為可滑動(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支座,并用精軋螺紋鋼在臨時支座處將O#塊與主墩連為整體,變成臨時剛性結構。
3.2各梁段混凝土懸臂灌注施工技術
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,并應隨溫度變化及運輸工具、時間以及澆筑速度作適當調整,其主要注意事項如下。
1)梁段各節(jié)段混凝土在灌注前,必須嚴格檢查:掛籃中線,底模標高;縱、橫、豎三向預應力束管道i鋼筋、錨頭、人行道及其他預埋件的位置,認真核對無誤后方可灌注混凝土。箱梁各梁段立模標高=設計標高+預拱度+掛籃滿載后的自身變形,其中徐變對撓度的影響除作計算分析外,還應作現(xiàn)場徐變試驗對比,以使徐變系數(shù)取值更加符合工程實際。此外,后澆筑的梁段應在已施工梁段有關實測紀錄結果的基礎上做適當調整,逐漸消除誤差,保證結構線型勻順。
2)為了節(jié)約時間,每個梁段混凝土澆筑采用一次灌注成形,以減少接縫,保證混凝土澆筑質量。澆筑順序為:先底板一次腹板一最后頂板?；炷翝仓藦膾焖{前端開始,以使掛藍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)段預應力束管道在灌注混凝土之前,應在波紋管內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)架間應保持在0.5m～0.8m左右,以防混凝土振搗過程中波紋管上浮,引起預應力張拉時沿管道法向的分力,使梁體內力不合理,從而致使混凝土產(chǎn)生崩裂甚至釀成事故。
4)施工時應在掛籃上設置雨棚或采取遮蓋措施,及時進行養(yǎng)護,避免混凝土因日曬雨淋影響質量,冬季施工應備保溫設施。必要時配備保證全天候施工的設施,以提高作業(yè)效率和保證施工質量。
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程中的內力、線形控制措施
本項目施工控制的目的就是通過在施工過程中對橋梁結構主要控制斷面的變形和應力變化進行實時監(jiān)測,并根據(jù)監(jiān)測結果對下節(jié)模板提供數(shù)據(jù)預報,利用修正后的計算模型確定下節(jié)段合適的立模標高,重復循環(huán),以此來保證結構在建成時達到設計所希望的幾何形狀以及合理的內力狀態(tài)。同時,在施工過程中保證結構的安全。
4.1施工控制理論分析
在對大橋各施工階段實施控制時,將其簡化為平面結構,各節(jié)段離散為梁單元,全橋離散成110個單元,主梁為78個單元,并且在關鍵的懸臂1/4位置和合龍段中心處設置截面,采用節(jié)點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進行分析,兩個主墩底部為固定支座,兩邊跨粱端視為活動鉸支座由于主橋合龍前后結構體系將發(fā)生轉變,即由對稱的單“T”靜定結構轉變?yōu)閷ΨQ的超靜定結構,故在合龍前,只需取單“T”分別進行調整離散后的結構圖如圖3所示通過軟件離散分析后,以成橋狀態(tài)為理想狀態(tài),倒拆分析得到各個施mm況下的理論應力和變形,對比實測值,實時調整。
4.2掛籃懸臂澆筑施工監(jiān)控的內容
本大橋的施工監(jiān)控主要內容包括施工工程內力的監(jiān)控和線形的控制。
內力的監(jiān)控主要是在控制斷面埋置鋼弦式應變儀器,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。在每個關鍵施工工序實時測出控制斷面的應變,根據(jù)公式計算出應力。
線形的控制主要以成橋狀態(tài)為目標,推算出各個施工關鍵工序的標高預拋高值,計算出各個關鍵工序的標高,控制現(xiàn)場立模放樣整個控制過程采用自適應控制方法,即通過大量的測量實測值和理論值的比較,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)剛構橋的懸臂較長,拱度受外界因素影響較大,對其施工控制中線形的控制尤為重要。連續(xù)剛構掛籃懸臂施工的關鍵工序有立模、混凝土澆筑完成、預應力張拉完成這三個施工工序。采用以成橋狀態(tài)為理想狀態(tài),先倒拆分析出各個梁段的預拱度值,再前進分析節(jié)段位移值,疊加設計標高,得到三個工序的理論標高。
1)立模標高。設計標高是最終經(jīng)過施工中施工荷載、成橋后汽車荷載、收縮徐變后梁體應該達到的理想標高,而這個過程中每個梁段要發(fā)生的累計位移值的反號就是該梁段在立模時應該考慮的預拋高值,即預拱度。還要考慮掛籃引起的變形值,因此每個梁段的立模標高計算式:
2)混凝土澆筑完成后標高。立模標高計算
時。掛籃變形是考慮掛籃在澆筑混凝土工程要發(fā)生向下的位移而預提高的值,在掛籃變形考慮準確的情況下,混凝土澆完后則完全自動抵消因此混凝土澆筑完成后標高計算式:
3)預應力張拉完成后標高預應力的張拉是在混凝土養(yǎng)護一定時間、混凝土達到設計強度的85%以上后進行的張拉后的標高是在混凝土澆筑完成后的基礎上疊加由預應力張拉引起的節(jié)段位移值,而在對模型的前進分析中,可以得出由預應力張拉引起的節(jié)點位移值,因此張拉后理論標高計算式:
式中:H3為預應力張拉后的標高:W3為預應力張拉引起的位移值
4)實際立模標高。實際監(jiān)控過程申就是通過對比實際節(jié)段完成標高H3’和理論完成的標高H3,得出節(jié)段完成的標高誤差,并且對誤差進行分析,在下一節(jié)段施工立模時對誤差進行消除,因此實際立模標高計算時應考慮上一節(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行,應考慮溫度的影響,溫度影響的處理一般有以下兩種方法:第一種是全天24h測量梁段標高,掌握標高隨溫度的變化規(guī)律,近似按照線形預測出每攝氏度變化下的標高變化,立模時實測溫度在立模標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時間溫度影響下的撓度變化,應對標高進行復測。第二種是用相對標高立模在立模的時候實測前一節(jié)段的實際標高,疊加上前后兩個節(jié)段在立模時設計溫度下的標高差就是后一節(jié)段立模時的標高這種方法能夠基本剔除掉溫度對標高的影響,但是應該考慮前一節(jié)段在完成時本身與理論值之間存在的誤差
4.3應力監(jiān)控結果及分析
成橋后,通過測量控制截面的應力,能反應結構的受力情況。從施工到合龍,1號墩主梁邊跨、中跨根部截面應力變化;2號墩主梁邊跨、中跨根部截面應力變化分別。
從施工到合龍,控制截面的應力均在安全范圍內。1號墩應力變化接近理論應力,且略大于理論應力2號墩主梁中跨根部截面應力變化平穩(wěn),但邊跨應力變化有波動。
4.4線形監(jiān)控結果及分析
通過實時監(jiān)控調整,最后全橋合龍誤差為7mm,成橋線形與目標線形基本吻合。表1中列出了2號墩各塊件完成后實測標高和理論標高的比較。
4.5張拉預應力筋底板開裂控制措施
大跨徑連續(xù)剛構橋梁高從橋墩到跨中一般呈曲線變化,這樣底板縱向預應力筋在立面上形成彎曲。當張拉底板預應力筋時,就會對底板底層鋼筋形成壓力,對頂層鋼筋形成拉力這樣預應力筋的一個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,橫向預應力束未張拉到位所以在本大橋施工過程中,嚴格控制了橫向預應力的張拉過程,并且加密了箍筋間距,讓箍筋產(chǎn)生的拉應力抵消預應力筋的徑向力。嚴格控制截面尺寸,保證底板厚度與設計尺寸相符。在關鍵部位合龍段,分批張拉底板預應力,同時在合龍段底板箍筋上安置應力計,每次縱向預應力張拉后測試箍筋上拉應力的變化,保證預應力張拉到位,合龍段兩端標高也通過監(jiān)控使高差最小,避免預應力束產(chǎn)生折線引起對底板的集中力。
本大橋完工后,底板未出現(xiàn)開裂情況,可見這些措施的應用取得了很好的效果。
5結語
綜上所述,連續(xù)剛構橋梁施工控制中線形控制要對結構參數(shù)和橋梁施工過程精確把握,準確計算出預拱度值。準確提供立模標高,同時對施工過程每個階段的誤差實時調整;應力控制要把握好控制截面應力變化幅度和趨勢,對可能出現(xiàn)超限應力的情況進行提前預測,及時糾正施工方法。
施工過程中,施工監(jiān)控單位對前期橋梁模型進行了詳盡的分析,為立模標高的準確提供奠定了基礎:現(xiàn)場監(jiān)控人員實時反饋施工信息和數(shù)據(jù),為參數(shù)識別調整和分析解決問題提供了科學依據(jù)。實踐表明,嚴密的監(jiān)控流程和施工過程中專業(yè)的監(jiān)控分析是大橋順利完工的有力保證。
