公路橋梁懸臂掛籃施工線行控制

鞏東飛

摘要：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋懸臂施工時(shí)，恒載、預(yù)應(yīng)力以及由此產(chǎn)生的徐變，都會(huì)使結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。線型控制的目的就是：在考慮給定因素的作用所發(fā)生的變形后，使所控制的橋梁梁跨結(jié)構(gòu)線型和內(nèi)力，與設(shè)計(jì)要求盡可能吻合，誤差達(dá)到最小。本文以某特大橋梁施工為例，探討了其施工中的線行控制措施。

關(guān)鍵詞：公路橋梁；懸臂掛籃；線行控制

一、工程概述

某特大橋在DK1989+870處跨越H高速公路（A段）。該鐵路跨高速公路結(jié)構(gòu)形式為（48+80+48）m變截面連續(xù)箱梁，跨越夾角74°。橋梁建成后橋下凈高大于8m，連續(xù)梁全長(zhǎng)176m。計(jì)算跨度為（48+80+48）m，中支點(diǎn)處截面梁高6.05m，邊支點(diǎn)及中跨跨中截面梁高3.05m，梁底下緣按二次拋物線變化（拋物線方程：y=0.0024221x2），邊支座中心線至兩端0.75m。梁體為單箱單室、變高度變截面結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬12.0m，箱梁底寬6.7m，頂板厚度除梁端附近外均為40cm，底板厚度40至100cm，按直線線性變化，腹板厚48至60、60至90cm，按折線變化。墩頂現(xiàn)澆段（0#段），采用少支架法施工，箱內(nèi)頂板采用腳手架支撐；懸灌梁段采用菱形掛籃懸臂施工，掛籃采用全密封。中跨合攏段采用合攏吊架施工，吊架底籃及模板采用掛籃的相應(yīng)部件。邊跨現(xiàn)澆段及邊跨合攏段，采用落地型鋼支架法施工。

二、公路橋梁懸臂掛籃施工線行控制

（一）線形監(jiān)控的分析方法

線形監(jiān)控是嚴(yán)格控制每一節(jié)段梁體的豎向撓度，若有偏差且偏差較大時(shí)，就要進(jìn)行線形誤差分析并確定調(diào)整方案，為下一節(jié)段梁體調(diào)整做好準(zhǔn)備。由于在施工過(guò)程中對(duì)已成型的狀態(tài)是無(wú)法進(jìn)行事后調(diào)整的，故針對(duì)主梁的結(jié)構(gòu)與施工特點(diǎn)，沅江特大橋連續(xù)梁線形監(jiān)測(cè)采用橋梁博士，MIDAS軟件對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真計(jì)算，建立有限元模型，按照連續(xù)梁實(shí)際施工過(guò)程順序進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形和受力分析，得到各個(gè)節(jié)段設(shè)計(jì)變形和受力狀態(tài)，并對(duì)施工中的影響因素加以考慮，進(jìn)行前進(jìn)分析和倒退分析，確立模標(biāo)高。

1、前進(jìn)分析：若反饋控制分析后預(yù)留拱度誤差分布具有明顯的方向性，則需調(diào)整參數(shù)進(jìn)行前進(jìn)與倒退分析改變理想狀態(tài)，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。前進(jìn)分析的目的在于確定成橋結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，其計(jì)算的特點(diǎn)是：隨著施工階段的推進(jìn)，結(jié)構(gòu)型式、邊界約束、荷載型式在不斷改變，前期結(jié)構(gòu)發(fā)生徐變和幾何位置的改變。因而，前一階段結(jié)構(gòu)狀態(tài)將是本次施工階段結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。這種按施工階段進(jìn)行的結(jié)構(gòu)分析就稱之為前進(jìn)分析。

2、倒退分析：倒退分析的基本思想是，假定t=t0時(shí)刻結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布滿足前進(jìn)分析t0時(shí)刻的結(jié)果，線形滿足設(shè)計(jì)軸線在此初始狀態(tài)下，按照前進(jìn)分析的逆過(guò)程，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒拆，分析每次拆除一個(gè)施工階段對(duì)剩余結(jié)構(gòu)的影響。在一個(gè)階段內(nèi)分析得到的結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力便是隨后理想狀態(tài)。

倒退分析與前進(jìn)分析恰好相逆，由于中等跨徑連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)的非線性效應(yīng)可以忽略，倒退分析則只根據(jù)橋面設(shè)計(jì)曲線與前進(jìn)分析計(jì)算的各施工階段的內(nèi)力值倒退計(jì)算出各階段的狀態(tài)過(guò)程曲線及預(yù)留拱度曲線。

（二）預(yù)拱度設(shè)置及線形總體控制措施

箱梁預(yù)拱度的計(jì)算公式：施工標(biāo)高=設(shè)計(jì)標(biāo)高+預(yù)拱度+掛籃撓度+施工調(diào)整值。施工過(guò)程中，需要進(jìn)行觀測(cè)的內(nèi)容，主要有箱梁撓度；水泥混凝土澆注過(guò)程的觀測(cè)；縱向張拉前后觀測(cè)，觀測(cè)點(diǎn)布在梁端橋中心線處，主要觀測(cè)梁段張拉引起的上撓度值；移掛籃前后觀測(cè)，觀測(cè)點(diǎn)布在梁端橋中心線處，主要觀測(cè)移掛籃后箱梁的下?lián)隙戎怠?/p>

進(jìn)行觀察的測(cè)站布設(shè)于0#塊中心上，后視點(diǎn)一般布設(shè)于另一幅橋的0#塊上。建立箱梁施工標(biāo)高控制小組，對(duì)箱梁實(shí)測(cè)撓度與計(jì)算撓度進(jìn)行分析對(duì)比。按數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算撓度進(jìn)行必須的修正、調(diào)整箱梁施工標(biāo)高。對(duì)掛籃進(jìn)行等效預(yù)加載，消除其非彈性變形。測(cè)定其彈性變形，為混凝土灌筑前的立模高程提供依據(jù)。同一T構(gòu)兩端均衡作業(yè)，移動(dòng)掛籃的距離差控制在40 cm以內(nèi)，移動(dòng)速度不超過(guò)10cm/min，移動(dòng)時(shí)掛籃后部必須設(shè)保險(xiǎn)設(shè)施。

在預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)梁懸灌施工前，根據(jù)施工方案、工藝和工期的要求，模擬施工過(guò)程，收集整理有關(guān)數(shù)據(jù)，輸入微機(jī)。運(yùn)行線形控制軟件，計(jì)算梁體受自重、施工荷載、預(yù)應(yīng)力張拉及預(yù)應(yīng)力損失、混凝土收縮及徐變、體系轉(zhuǎn)換等因素影響而產(chǎn)生的內(nèi)力和變形，定出各梁段的施工立模高程；施工過(guò)程中，再根據(jù)實(shí)際施工荷載、懸灌循環(huán)周期以及對(duì)已灌筑梁體高程的精密測(cè)量，重新計(jì)算和修正下一梁段的施工立模高程，使懸灌段合龍時(shí)的精度、體系轉(zhuǎn)換完成后梁體線形達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。

（三）0#段施工

為了防止支架不均勻沉降，并完成03臨時(shí)固結(jié)，支撐采用Ф82cm，S=12mm，鋼管并配工字鋼組合而成，支架采用兩層或三層貝雷拼裝而成，這樣既拆裝方便，并能保證整體剛度與強(qiáng)度，另外為了使左右臨時(shí)支撐受力均衡并減少支撐的水平分力，我們用雙層四根鋼絞線穿過(guò)墩身對(duì)拉，拉力大小根據(jù)傾角及作用位置計(jì)算得出。在支撐鋼管兩端設(shè)置3—10mm的A3鋼板，與鋼管焊接在一起，中間穿3根15.24鋼絞線，并張拉58.59t預(yù)應(yīng)力。在0#段施工前，根據(jù)荷載分布情況，對(duì)0#塊支架進(jìn)行預(yù)壓，消除非彈性變形，觀測(cè)彈性變測(cè)量。最后根據(jù)各點(diǎn)變形量重新調(diào)整底模標(biāo)高并設(shè)置一定預(yù)留值?；炷翝仓r(shí)，為了防止裂縫產(chǎn)生，理論上應(yīng)從端向根部澆筑，但是由于泵送混凝土流動(dòng)性大，容易造成根部強(qiáng)度偏低，因此先從根部向端部澆筑1/3厚度，增加底面粗糙度，然后再?gòu)亩瞬肯蚋繚仓瓿?，頂部?/p>

腹板澆筑按照對(duì)稱澆筑，由外向內(nèi)的順序澆筑。

（四）掛籃荷載與變形

本板所采用的掛籃是“無(wú)平衡重整體式懸澆掛籃”，其特點(diǎn)是：（1）移動(dòng)方便，由于是整體移動(dòng)，一次移動(dòng)成功，歷時(shí)少，操作方便。（2）整體結(jié)構(gòu)輕巧合理，掛籃包括模板共重40t，最大梁段重比掛籃比值是2.25，最大懸臂梁段長(zhǎng)4m，有效改善了懸臂施工端部荷載。（3）無(wú)平衡重，后錨系采用精軋螺紋鋼筋通過(guò)連接器與梁體豎向預(yù)應(yīng)力筋連接，上端通過(guò)平車與桁架后端相連接設(shè)計(jì)掛籃時(shí)對(duì)各結(jié)構(gòu)部位作了認(rèn)真計(jì)算，在使用前對(duì)掛籃進(jìn)行試壓，觀測(cè)其變形，觀測(cè)到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，作出掛籃主桁撓度與荷載之間的彈性變形曲線。其結(jié)果與計(jì)算相吻合，此觀測(cè)其作為以后各梁段標(biāo)高控制提供了重要數(shù)據(jù)。

（五）立模標(biāo)高

掛籃行走提升到位后，應(yīng)按照監(jiān)控指令要求，對(duì)底模的標(biāo)高、軸線進(jìn)行調(diào)整。由于梁段混凝土自重、日照溫差、已成梁段的施工誤差、塔柱的壓縮變形、掛籃的彈性和非彈性變形等因素都會(huì)使懸臂段的標(biāo)高發(fā)生變化，因此立模標(biāo)高的準(zhǔn)確與否將直接影響到橋梁的線形，進(jìn)而影響最后能否順利合龍。為了最大限度地使合龍后的橋梁線形符合設(shè)計(jì)要求，監(jiān)控單位除了提供考慮各種因素影響下的準(zhǔn)確的立模標(biāo)高外，還必須對(duì)各懸臂施工節(jié)段各工況下的線形進(jìn)行監(jiān)控，以便在施工過(guò)程中及時(shí)調(diào)整偏差，為下一節(jié)段的立模標(biāo)高提供依據(jù)。由于懸臂施工時(shí)梁體的線形變化是一個(gè)不可逆的過(guò)程，若監(jiān)控不及時(shí)或數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，將很難通過(guò)二次施工或測(cè)量加以補(bǔ)救，因此，為了使線形控制達(dá)到預(yù)期目的，除了在主梁施工前對(duì)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)、測(cè)量的方法和精度等進(jìn)行認(rèn)真研究外，施工中還特別注意了以下事項(xiàng)：

（1）嚴(yán)格控制懸澆梁段的混凝土方量，盡量不要超方，以減少實(shí)際值與計(jì)算采用值之間的誤差。

（2）立模必須在當(dāng)日22：00～次日凌晨日出之前完成，以避開(kāi)不均勻溫度場(chǎng)的影響。同時(shí)定期觀測(cè)溫度對(duì)懸臂段標(biāo)高的影響，并對(duì)觀測(cè)成果進(jìn)行分析，為全橋的立模標(biāo)高和線形調(diào)整提供依據(jù)。

（3）保證掛籃預(yù)留孔位置準(zhǔn)確。因?yàn)楫?dāng)預(yù)留孔位置偏差較大時(shí)，掛籃不好調(diào)甚至調(diào)整不到中線位置。同時(shí)，為了防止混凝土振搗時(shí)預(yù)留孔的跑位，預(yù)留孔要用鋼筋固定牢固。

（4）懸臂施工時(shí)，箱梁頂面所堆放的材料、設(shè)備等臨時(shí)荷載的數(shù)量和堆放位置，必須嚴(yán)格控制，嚴(yán)禁超載、偏載。

（5）為確保順利合龍，從合龍段前2個(gè)梁段起，對(duì)合龍段兩側(cè)各梁段的標(biāo)高和線形進(jìn)行聯(lián)測(cè)，并在這2個(gè)梁段內(nèi)逐步調(diào)整，以控制合龍精度。

（6）監(jiān)控點(diǎn)要有明顯標(biāo)記，并在施工中妥善保護(hù)，避免碰撞后彎折變形。

參考文獻(xiàn)：

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