宜萬鐵路葉溪河大橋梁部線形控制技術(shù)

楊孝成

(中鐵十四局集團有限公司,濟南 250014)

1 工程簡介

新建宜萬鐵路葉溪河大橋全長 395.9m,1號、2號墩墩高 93.5m,上部結(jié)構(gòu)為(70+108+70)m一聯(lián)三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁和 4孔 32m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁。箱梁橫截面為單箱單室直腹板,箱梁頂板寬 10.7m,底板寬 5.7m。連續(xù)梁橋主梁按雙線Ⅰ級鐵路設(shè)計,采用三向預(yù)應(yīng)力體系,全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。全橋共分 63個梁段,中支點 0號梁段長度13m,掛籃懸澆梁段長度分成 3.0、3.5、4.0m和 5.0 m,合龍段長 2.0m,邊跨直線段及合龍段共長 7.70m,最大懸臂澆筑塊體重1484kN。0號塊采用預(yù)埋托架法施工,其余梁段采用掛籃懸臂對稱施工。該橋為宜萬鐵路 25個重點工程之一。

2 掛籃施工時的線形控制和監(jiān)測

2.1 線形控制基本原理

線形控制基本原理是根據(jù)計算提供梁體各截面的最終撓度變化值(豎向變形),設(shè)置施工預(yù)拱度,據(jù)此調(diào)整梁體模板安裝時的前緣高程。

第 i梁段的實際立模高程

Hlmi=Hsji+Hypgi+fgl

式中,Hlmi為 i梁段的立模高程;Hsji為 i梁段的設(shè)計高程;Hypgi為綜合各種因素影響增設(shè)的施工預(yù)拱度;fgl為掛籃變形值。

Hypgi值根據(jù)以往施工和控制經(jīng)驗,主要因素有以下幾方面:

(1)各梁段自重在 i梁段產(chǎn)生的撓度總和;

(2)張拉各梁段預(yù)應(yīng)力在 i梁段產(chǎn)生的撓度總和;

(3)混凝土收縮、徐變在 i梁段引起的撓度;

(4)施工臨時荷載在 i梁段引起的撓度;

(5)使用荷載在 i梁段引起的撓度。

2.2 監(jiān)控目的及主要內(nèi)容

2.2.1 監(jiān)控目的

(1)采取科學(xué)有效的措施對箱梁撓度實施監(jiān)控,預(yù)測分析、實時調(diào)整,以達到大橋?qū)嶋H線形盡可能地吻合設(shè)計線形。

(2)通過在箱梁、主墩關(guān)鍵部位埋設(shè)應(yīng)力傳感器進行大橋應(yīng)力監(jiān)控,確保大橋的安全施工。

2.2.2 監(jiān)控主要內(nèi)容

(1)箱梁高程監(jiān)控;

(2)箱梁平面線形監(jiān)控;

(3)箱梁和薄壁墩控制斷面應(yīng)力監(jiān)控;

(4)溫度監(jiān)測;

(5)材性試驗;

(6)管道摩阻損失的測定。

上述 6個方面監(jiān)控以箱梁高程監(jiān)控和應(yīng)力監(jiān)控為主。

(1)箱梁高程監(jiān)控

主橋箱梁高程控制是線形控制的重點之一。高程控制的目標是準確提供每一個箱梁節(jié)段的立模高程。由于懸臂施工中箱梁撓度受混凝土容重、彈性模量、收縮徐變、日照溫差、預(yù)應(yīng)力、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換、施工荷載和橋墩變位等因素影響,導(dǎo)致箱梁計算撓度與實測撓度有差異,因此,實際立模高程應(yīng)根據(jù)撓度實測結(jié)果,進行參數(shù)識別,正確分析每一個影響撓度的因素后給出。對于影響因素的“灰色”部分,若不能正確分析,則采用預(yù)測分析手段,如灰色理論或線性回歸方法。

本橋高程控制精度為:箱梁施工完成后裸梁頂面高程與對應(yīng)設(shè)計高程高差 ＜±3cm;箱梁合龍前合龍段兩側(cè)箱梁相對高差 ＜1.0cm。

(2)箱梁平面線形監(jiān)控

主橋平面線形監(jiān)控主要是監(jiān)控每施工一個箱梁節(jié)段,橋軸線實際平面坐標是否與設(shè)計平面坐標吻合。平面線形控制的精度要求為:橋軸線平面偏差 ＜1cm。具體測量要求:測距精度 ±(2mm+2ppm);測角精度±2″。平面線形控制屬常規(guī)測量監(jiān)控,比箱梁高程控制要簡單,因為影響因素相對少,容易控制。主橋平面監(jiān)控測點設(shè)在箱梁頂面中心。

(3)箱梁和薄壁墩控制斷面應(yīng)力監(jiān)控

主橋應(yīng)力監(jiān)控主要是確保大橋的安全施工。應(yīng)力測試斷面布置如圖1所示。

圖1 測點布置示意

測點斷面設(shè)在箱梁根部和薄壁墩根部 2個最不利位置上。全橋應(yīng)力測點布置 2個主墩共 2個測試斷面,每個斷面上 8個測點,全橋主墩測點共 16個;上部箱梁共 4個測試斷面,每個斷面上 8個測點,全橋箱梁測點共 32個;全橋總計測點 48個。箱梁頂、底板上的測點均按縱橋向水平布置,腹板上的測點縱向按 45°方向布置;墩頂、底斷面測點均按豎向布置。測點采用質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定的鋼弦式傳感器。

2.3 施工中的線形控制

2.3.1 節(jié)段混凝土施工線形控制

設(shè)計要求采用兩組掛籃對稱進行,對稱移動,澆筑混凝土?xí)r,對稱澆筑梁段的不平衡重不得大于 1個梁段的底板重力。施工中采用泵送混凝土至 0號塊時,設(shè)置三通泵送管向兩端分流,分流支管內(nèi)設(shè)置活動插板,可隨時調(diào)節(jié)兩端混凝土的入模速度,較好地解決了平衡、對稱澆筑問題。此外,在梁段混凝土澆筑時,還需要盡量保證兩側(cè)腹板內(nèi)混凝土的均勻澆筑,防止偏重傾斜?？刂茲仓炷?xí)r的自由下落高度在 1m范圍內(nèi),以盡量減少沖擊荷載的影響。

2.3.2 節(jié)段預(yù)應(yīng)力張拉施工線形控制

根據(jù)設(shè)計要求,在節(jié)段混凝土強度達到設(shè)計強度的 90%后,按照先張拉縱向預(yù)應(yīng)力束,再張拉頂板橫向預(yù)應(yīng)力束,最后張拉腹板內(nèi)的豎向預(yù)應(yīng)力筋的順序進行。張拉過程中遵循對稱張拉的原則,既要盡量保證懸臂兩端張拉作業(yè)的同步進行,又要使箱梁兩側(cè)的預(yù)應(yīng)力束盡量對稱張拉。本橋施工中采用 4臺千斤頂對箱梁兩側(cè)和 T構(gòu)兩端同時分級張拉。預(yù)應(yīng)力張拉采用張拉力和伸長值雙控,實際伸長量控制在設(shè)計要求范圍內(nèi)。

2.3.3 掛籃行走過程線形控制

在箱梁腹板兩側(cè)設(shè)輔助線,該線平行對稱,行走時軌道中心在輔助線中線上,橋軸線軌道中心線的延長點采用經(jīng)緯儀控制,掛籃就位后用全站儀對掛籃中線及翼緣板邊線重新進行復(fù)核,并進行調(diào)整,保證使掛籃走行到位后的中線位置與即將灌注施工梁段的中軸線偏差在 5mm內(nèi)。掛籃行走按左右對稱原則,整體均衡緩慢滑移。控制兩端掛籃的走行距離偏差在 0.5m以內(nèi)。

2.4 施工中的線形監(jiān)測

施工線形監(jiān)測主要進行高程監(jiān)測控制和平面線形監(jiān)測控制。為此特成立線形控制小組,由施工、監(jiān)理、監(jiān)控等單位抽調(diào)有關(guān)人員參加。其中,施工單位負責(zé)原始數(shù)據(jù)采集和具體施工放樣,監(jiān)控單位負責(zé)數(shù)據(jù)的分析和整理,并提供下一節(jié)段梁體施工放樣的數(shù)據(jù),監(jiān)理單位負責(zé)具體數(shù)據(jù)的檢查和核對,監(jiān)測工作分梁體節(jié)段施工監(jiān)測和全橋聯(lián)測 2種。

2.4.1 梁體節(jié)段施工監(jiān)測

在 0號塊梁頂設(shè)置控制點,每節(jié)梁段距前端 50 cm,按左、右對稱設(shè)置 2個高程觀測點(腹板中心),梁頂中部埋設(shè)鋼板并在板頂劃十字絲,作為梁體軸測控制觀測點。為減少觀測數(shù)據(jù)離散性,對觀測點需要做明顯標識并注意保護。在梁體施工中跟蹤觀測 3種施工工況,即掛籃走行后、預(yù)應(yīng)力張拉前、預(yù)應(yīng)力張拉后。獲取正在施工的梁段和已成梁段在每種工況下的變形值,與理論計算值進行比較、分析后,提供較合理的施工立模高程。

2.4.2 全橋施工聯(lián)測

聯(lián)測是將已完成的懸臂施工段線形情況進行全體監(jiān)測。本橋施工聯(lián)測從 5號塊開始,在每次聯(lián)測時,都需要復(fù)測 0號塊梁頂?shù)氖┕た刂泣c。聯(lián)測結(jié)束后,需分析比較各梁的變形情況和兩合龍懸臂段變形偏差情況,及時調(diào)整未施工梁段的立模高程和中軸線位置,以滿足最終合龍精度的要求。

2.5 合龍段施工線形控制

(1)合龍段的施工線形,受各施工梁段線形誤差積累、施工時外界環(huán)境溫度變化和預(yù)應(yīng)力張拉的影響。梁體合龍段按先邊跨后中跨的順序進行施工,合龍段混凝土施工采用力矩平衡法施工。

(2)為了減少外界環(huán)境溫度變化對懸臂端合龍精度的影響,合龍段混凝土澆筑選擇一天中溫度最低時進行,在施工當天及其后 3d內(nèi),合龍懸臂梁體頂面和箱室內(nèi)應(yīng)進行灑水養(yǎng)護并覆蓋降溫。

2.6 合龍段施工監(jiān)測

連續(xù)剛構(gòu)橋合龍段的施工是懸臂施工的最后環(huán)節(jié),非常關(guān)鍵。合龍段的施工過程中,由于晝夜溫度變化、新澆混凝土的早期收縮,已完成結(jié)構(gòu)混凝土的收縮、徐變及新澆混凝土的水化熱的影響,結(jié)構(gòu)體系的變化以及施工荷載對尚未達到強度的合龍段的混凝土的質(zhì)量有直接影響,因此,必須重視合龍段的構(gòu)造措施及施工控制,使合龍段與兩側(cè)梁體保持變形協(xié)調(diào),在施工過程中能傳遞內(nèi)力,確保施工質(zhì)量。

2.6.1 邊跨合龍段高程控制

當懸臂施工的各個節(jié)段澆筑完成后,下一道工序是合龍段施工。對于邊跨合龍段,一端是懸臂施工的13號塊,另一端是邊跨現(xiàn)澆段。邊跨合龍段高程監(jiān)控的關(guān)鍵是準確提供邊跨 13號塊的立模高程,因為現(xiàn)澆段箱梁先于 13號塊施工。

邊跨現(xiàn)澆段采用落地支架施工,支架存在彈性變形和非彈性變形。雖然采用壓重方法消除支架的非彈性變形,但不能完全消除。根據(jù)預(yù)壓結(jié)果取支架的彈性變形為 H1,非彈性變形為 H2,那么現(xiàn)澆梁段端部的施工為

H立模高程=H設(shè)計+ΔH+H1+H2

式中,ΔH為根據(jù)邊跨箱梁位置進行預(yù)測后的調(diào)整值。

邊跨箱梁 13號塊立模高程的確定,仍然采用公式:Hlmi=Hsji+Hypgi+fgl,只是立模高程的預(yù)測需要從11號塊開始實施,否則很難預(yù)測準確。

邊跨合龍段施工在吊架上進行。為使合龍后主梁受力有利,箱梁懸臂端加配重。配重為合龍段混凝土一半的重力。

2.6.2 中跨合龍段的高程控制

邊跨合龍后,接著進行中跨合龍段施工。本橋中跨 13號塊高程的提供由監(jiān)控單位在充分考慮邊跨合龍后、加中跨配重、中間頂推施工等施工環(huán)節(jié)和可能出現(xiàn)的偏差基礎(chǔ)上,經(jīng)過周密計算分析后給出。

本橋施工中,實際高程與理論高程誤差在 1cm范圍內(nèi),且中跨兩側(cè)高程控制在 1cm內(nèi);中跨合龍時,兩側(cè)各配中跨合龍段混凝土一半的重力,混凝土澆筑時同時卸載,保證合龍段兩側(cè)懸臂的平衡。

2.6.3 中跨水平頂推施工

在邊跨合龍和中跨合龍前均在中跨施加向邊跨的水平頂推力,其作用為調(diào)節(jié)主墩內(nèi)力和增強抵抗長期收縮徐變撓度。施工具體要求如下。

(1)按設(shè)計要求施加水平頂推力3000kN,其大小均勻分布在箱梁頂?shù)装逅膫€角,不得偏載或著力不均(頂力中心應(yīng)在合龍斷面形心位置)。

(2)施加頂力時,合龍段不得鎖定和發(fā)生任何連接(普通鋼筋及模板)。

(3)頂力要分級施加。

中間頂推施工結(jié)果:在頂推過程中,對頂板的縱向相對位移進行了測量。在中跨合龍頂推過程中的縱向相對位移(也即頂開)25mm,理論計算值為 24mm,與設(shè)計比較吻合。

3 結(jié)語

葉溪河大橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋采用菱形掛籃施工工藝、安裝和移動方便、無須平衡重、重量輕、施工方便,本大橋整體線形控制較好、與設(shè)計線形比較吻合。

[1] 葛耀君.分段施工橋梁分析與控制[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2] 馬保林,李子青.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3] 范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,1996.