大斷面連續(xù)梁冬季合龍施工控制

王 英

（中鐵三局集團(tuán)第三工程有限公司，山西 太原 030006）

中鐵三局集團(tuán)三公司施工的金阿鐵路專用線寧遠(yuǎn)堡特大橋作為全線重難點工程，工期緊，技術(shù)難度大，其中跨越金川河、金永高速、硫酸管道的（48+80+48）m三孔連續(xù)梁更是全線控制性工程，該橋全長177.5 m。主墩墩頂處梁高6.2 m，中跨跨中及邊跨直線段梁高3.7 m，梁底曲線為二次拋物線。箱頂寬7.5 m，單側(cè)懸臂長1.5 m，箱底寬4.5 m。由于工期要求主橋合龍必須在冬季完成，通過對冬期施工中的溫度效應(yīng)及其控制研究、應(yīng)力控制及檢測研究、懸臂施工過程及承載能力分析、橫向應(yīng)力分析、施工階段最不利風(fēng)荷載作用下橫向穩(wěn)定性分析等方面的研究，保證了該橋的成功合龍，取得了良好的效果。

1 施工方法

1.1 溫度的理論分析與計算

1.1.1 擬分析的結(jié)構(gòu)選取

大跨度連續(xù)梁橋在合龍施工前，懸臂端在溫度變化、日照和風(fēng)力等影響下，會發(fā)生軸向伸縮、豎向撓曲及水平向偏移變形。在預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉之前，尤其是混凝土澆筑早期，這些變形可能導(dǎo)致合龍段混凝土開裂。工程后期進(jìn)入冬期施工階段，自然條件比較惡劣，時常會遇到大風(fēng)降溫天氣，給現(xiàn)場施工人員安全和施工作業(yè)帶來困難。因此，需對工程重要施工階段做低溫作用下的溫度場分析。

1.1.2 計算模型

①根據(jù)相關(guān)規(guī)范，計算溫度作用時的材料線膨脹系數(shù)可按以下規(guī)定取用：混凝土和鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的線膨脹系數(shù)（以攝氏度計）為0.000 010.②計算軟件采用ANSYS通用有限元軟件。這種軟件具有可靠性、通用性和有效性等特點，而且支持流體計算。

1.1.3 溫度測量與控制

1.1.3.1 溫度測量

預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)梁橋施工過程中，環(huán)境溫度的大小直接影響到結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力分布，并且溫度因素使結(jié)構(gòu)體系發(fā)生變形，還影響到施工中構(gòu)件的架設(shè)精度及主梁標(biāo)高測量的結(jié)果。特別是在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)梁橋施工中，外界溫差對其影響較大，一般要求標(biāo)高測量在清晨（日出前）進(jìn)行，并考慮因溫度影響導(dǎo)致的修正量。

溫度影響一般包括兩部分，即年溫差影響與局部溫差影響。無論是年溫差還是日照或混凝土水化熱引起的局部溫差均能引起較大的應(yīng)變。寧遠(yuǎn)堡特大橋采用埋入式振弦應(yīng)變計，用于制造振弦應(yīng)變計的鋼材的熱膨脹系數(shù)為12.2με/℃。由于溫度影響而修正的混凝土總應(yīng)變可由下式表示：

ε總=ε1-ε0+（T1-T0）×CF1.

式中：ε1——實測應(yīng)變讀數(shù)（με）；

ε0——初始應(yīng)變讀數(shù)（με）；

T1——實測環(huán)境溫度（℃）；

T0——初始環(huán)境溫度（℃）。

上面的公式中，ε總包含混凝土中溫度引起的應(yīng)變加上荷載變化引起的應(yīng)變，利用該公式即可分離出溫度應(yīng)變的影響。

在實際監(jiān)控過程中，一共預(yù)埋了7個高靈敏度溫度傳感器，如圖1所示，通過這些傳感器，可以測出每一個施工階段各關(guān)鍵部位的溫度，觀測頻率為：①懸臂施工階段，每天早晚6:00時左右觀測一次；②合龍施工前，加大觀測頻率。

圖1 連續(xù)梁溫度傳感器布置斷面圖

1.1.3.2 ANSYS有限元模型溫度應(yīng)力對合龍段的影響計算

合龍作為全橋施工過程中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，需要格外重視。冬期施工，大氣溫度較低，溫度應(yīng)力對現(xiàn)階段合龍施工影響成為主要考慮因素，且根據(jù)現(xiàn)場梁體內(nèi)埋入溫度型傳感器，對溫度進(jìn)行階段性測定，把不同梁段實測的溫度加入到理論模型中，假定合龍段初凝溫度保持在10℃左右，建立符合現(xiàn)場實際的有限元ANSYS模型，根據(jù)模型計算梁段應(yīng)力分布計算結(jié)果分析，跨中沒有出現(xiàn)應(yīng)力過大狀態(tài)及開裂情況。

1.2 溫度控制措施

1.2.1 溫度控制分析

連續(xù)梁橋從最大懸臂施工狀態(tài)到合龍，經(jīng)歷了由靜定結(jié)構(gòu)到多次超靜定結(jié)構(gòu)的體系轉(zhuǎn)換。寧遠(yuǎn)堡特大橋工程后期正直冬期施工階段，晝夜溫差以及季節(jié)溫差會影響梁體拋高設(shè)置的偏差，并可能使連續(xù)梁內(nèi)產(chǎn)生巨大的溫度次內(nèi)力，甚至造成梁體局部構(gòu)件的開裂損傷，危及橋梁安全。

通過在梁體關(guān)鍵部位埋設(shè)高靈敏度溫度傳感器，結(jié)合晝夜溫差、日照溫差和橋梁不同時段高程實測數(shù)據(jù)的綜合分析，掌握了日照溫差、晝夜溫差對梁體高程的影響規(guī)律，進(jìn)而將溫度參數(shù)納入有限元仿真分析模型參數(shù)中進(jìn)行預(yù)報，從而較準(zhǔn)確地給出了各時段掛籃的預(yù)拋高量。這不僅使梁體得以高精度合龍，而且通過對溫度變化的觀測，提出了傍晚給梁體添加篷布保溫、箱體內(nèi)部生爐蒸汽加熱升溫等合理化措施，有效保障了橋梁合龍段溫度以及減少溫度次內(nèi)力對橋梁的不利影響。

1.2.2 溫度控制措施

1.2.2.1 砼強度保證措施

①砼配合比。項目部中心試驗室安排專人負(fù)責(zé)連續(xù)梁C50砼配合比試驗工作，通過對原材料的精心篩選，多次對比試驗，保證C50砼在達(dá)到95%強度的前提下具有良好的和易性和流動性，其坍落度控制在180～220 mm之間，擴展度不小于450 mm，并適當(dāng)添加緩凝劑和防凍劑。②控制混凝土的入模溫度。入模溫度是影響混凝土水化熱最高溫度的一個重要因素，橋梁在氣溫較低的冬季施工，則混凝土在入模澆筑前應(yīng)采取升溫措施，以保證溫度不低于5℃的設(shè)計要求。③采取有效的養(yǎng)護(hù)措施。冬季環(huán)境溫度低，采用電蒸汽鍋爐蒸汽養(yǎng)護(hù)為主，箱梁內(nèi)生火爐為輔和箱梁外側(cè)安裝養(yǎng)護(hù)罩等方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，避免混凝土外表面降溫過快而引起較大的溫度梯度。根據(jù)實測溫度確定蒸汽放入量，以調(diào)節(jié)蒸養(yǎng)溫度，防止混凝土表面開裂。蒸汽養(yǎng)護(hù)每小時進(jìn)行1次記錄。蒸汽養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，立即噴涂養(yǎng)護(hù)劑。

1.2.2.2 溫度應(yīng)力的溫差控制措施

①低負(fù)溫條件下，采取蒸汽養(yǎng)護(hù)，盡可能提高結(jié)構(gòu)混凝土表面溫度，以減少溫差。②澆筑梁段結(jié)構(gòu)中心的混凝土，以促使其充分散熱，后澆筑結(jié)構(gòu)周邊混凝土，以使外部溫度起先高于內(nèi)部溫度，等內(nèi)部水化熱使溫度升高后，內(nèi)外溫度趨于均勻。③筑混凝土施工要分區(qū)管理，結(jié)構(gòu)中心采用較低的混凝土拌合物溫度，周邊采用較高的拌合物溫度既能推遲放熱峰，又能減少結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)外溫差。

2 合龍段冬季施工控制要點

2.1 合龍溫度監(jiān)測

掌握合龍期間的氣溫預(yù)報情況，測試分析氣溫與梁溫的相互關(guān)系以及梁體變形規(guī)律，根據(jù)溫度監(jiān)測結(jié)果確定合龍口的鎖定時間。

2.2 合龍口的鎖定

應(yīng)在最低溫度迅速對稱安裝工字鋼，先將剛性支撐一端與梁端部預(yù)埋鋼板焊接，然后用楔塊從上、下兩端同時打緊，并調(diào)節(jié)合龍段間距,再迅速將剛性支撐另一端與梁端預(yù)鋼板施焊固定，臨時預(yù)力束應(yīng)隨之快速張拉。

2.3 臨時束張拉

勁性骨架焊接完成后及時迅速張拉臨時束。對每一跨中上翼張拉2束，下翼張拉2束。對每一邊跨上翼張拉2束，下翼張拉2束，每束張拉噸位按400 kN考慮。臨時束占用連續(xù)束孔位，合龍后先張拉未占用孔道位置連續(xù)束，最后拆除臨時束，啟用永久連續(xù)束。

2.4 解除固定約束

在合龍口鎖定、臨時束張拉完成后，立即釋放一側(cè)的箱梁固定約束，使梁一端在合龍口鎖定的連接下能自由伸縮。

2.5 合龍段體系轉(zhuǎn)換

連續(xù)梁橋采用懸臂施工法，在結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換時，為保證施工階段的穩(wěn)定，邊跨先合龍，釋放梁墩錨固，結(jié)構(gòu)由雙懸臂狀態(tài)變成單懸臂狀態(tài)，最后跨中合龍，形成連續(xù)梁受力狀態(tài)。

3 結(jié)束語

在金阿鐵路專用線寧遠(yuǎn)堡特大橋連續(xù)梁合龍施工中，通過對砼強度、溫差應(yīng)力方面的理論計算和現(xiàn)場監(jiān)控與實施過程中的精心控制，為該橋的順利合龍打下了堅實的基礎(chǔ)。尤其從砼入模溫度、澆筑次序、養(yǎng)護(hù)、拆模等方面加以改進(jìn)，使人力資源的利用率大大減少，機械利用率大為提高，節(jié)約了大量的勞動力資源。該方法具有可操作性強、節(jié)約成本、加快施工進(jìn)度、減少工作量的特點，保證了連續(xù)梁冬季合龍的安全性、穩(wěn)定性、高質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益，該連續(xù)梁于2011年1月5日順利合龍。