高速鐵路支架現澆連續梁線型控制技術

袁曉春

1 概述

1.1 工程概況

規劃津霸快速路連續梁位于京滬高速鐵路天津特大橋DK102+170.9～DK102+332.5(B389號墩～B393號墩)段,一聯四孔(32+48+48+32)m預應力混凝土雙線連續箱梁。該段位于直線地段上,設計坡度為-4.843‰,該梁全長161.5 m,梁體總重5 478 t。在DK102+252.42處與規劃津霸快速路斜交103°59′。箱梁為單箱單室、斜腹板、變高度、變截面結構,箱梁頂寬12 m,底寬5 m～5.5 m。中支點梁高4.05 m,線路中心線及底座板范圍梁高4.115 m;跨中 8.4 m直線段,邊跨 12.95 m直線段,截面中心處梁高3.05 m,線路中心線及底座板范圍梁高3.115 m。梁底下緣按二次拋物線變化,邊支座中心至梁端0.75 m。全聯在端支點、中跨跨中及中支點處共設7個橫隔板,橫隔板設有孔洞,供檢查人員通過。全梁采用懸臂澆筑法施工,邊跨梁長32.8 m,分為8個梁段,中跨梁長48 m,分為13個梁段,B390號,B391號和B392號墩頂各設一節0號梁段,全梁共45個梁段。

1.2 線型控制基本原理

線型控制的基本原理是:根據計算提供梁體各截面的最終撓度變化值(即豎向變形)設置施工預拱度,據此調整每塊梁段模板安裝時的前緣標高。

2 線型控制的實施方案

本橋為預應力混凝土連續梁橋,在施工過程中必須對該橋主梁及拱肋的撓度、應力等施工控制參數做出明確的規定,并在施工中加以有效的管理和控制,以確保該橋在施工過程中的安全,并保證在成橋后主梁線型符合設計要求。對于分階段懸臂澆筑施工的預應力混凝土連續梁來說,施工控制就是根據施工監測所得的結構參數真實值進行施工階段計算,確定出每個懸澆階段的立模標高,并在施工過程中根據施工監測的成果對誤差進行分析、預測和對下一階段立模標高進行調整。

監控的主要內容有:1)使用空間分析軟件Midas6.71,對橋梁結構的各施工階段及成橋狀態通過正裝計算,得到準確的理論數據,為倒裝計算提供依據。2)以正裝計算結果為基礎,使用Midas6.71軟件對結構進行空間倒裝計算,得到各施工階段的控制數據理論值:梁段立模標高。3)箱梁施工撓度觀測與立模標高控制過程為“施工→測量→預測→識別→調整→預告→施工”的循環過程。具體流程為:前期結構分析計算→預告主梁標高→施工→現場數據采集→設計參數誤差識別→設計參數誤差預測→立模標高分析調整→預告下一段立模標高。4)預拱度的設置應根據撓度的數值確定,影響撓度的數值有:混凝土自重、掛籃自重、掛籃變形、預應力張拉及預應力的損失、混凝土的收縮、徐變等。5)立模標高的確定和調整:大跨度連續梁橋的線型和合龍精度主要取決于施工過程中撓度的控制。當本梁段完成后的前端標高出現偏差時,應在其后的兩個梁段內將其消除。處理方法為:先將本梁段的標高偏差反號平分,再將平分值加進兩個梁段立模標高中。

3 連續梁施工撓度的計算

3.1 計算依據

1)混凝土彈性模量,前期結構計算按照規范取值,在施工過程中根據試驗結果確定,混凝土的彈性模量的測試應采用現場取樣的方法分別測定混凝土在3 d,7 d,28 d齡期的彈模值;2)預應力鋼絞線彈性模量,按照現場取樣試驗結果采用;3)恒載按設計圖提供的尺寸,并根據施工現場采集的混凝土容重等參數進行必要的修正;4)混凝土收縮、徐變系數,按照規范采用;5)材料熱脹系數,按規范取值;6)施工臨時荷載,現場進行統計,盡量減少材料等的堆放;7)測量梁體頂、底板溫差。

3.2 計算步驟

采用軟件Midas6.71進行模型建立和計算。建模過程分:設定建模環境,定義材料,定義橫斷面、變截面,建立節點單元,建立邊界條件,建立鋼束坐標、輸入鋼束,計算掛籃荷載、鋼束張拉、加載,建立荷載組、結構組,建立施工階段,計算分析結果,輸出計算結果等步驟。

3.3 線型監測

1)監測要求。a.根據確定的立模標高控制模板各部分標高;b.鋼筋綁扎前,調整模板標高,鋼筋綁扎后,對模板標高進行復核;c.在每階段的上部埋設5個鋼筋頭作為監測點,見圖1,埋設后的鋼筋頭必須保持穩定不下沉,避免澆筑過程中發生相對撓動。2)測量監測點。監測點鋼筋頭需要進行磨圓處理,外露長度控制在1 cm以下,以避免對施工的干擾。3)測量步驟要求。a.混凝土澆筑前:測量梁底模標高 H0,梁面鋼筋頭標高 V,算出鋼筋理論外露長度,D0=V-H0-H(截面高);b.鋼束張拉前:測量鋼筋頭標高 V1,梁頂標高H1=V1-D0;c.鋼束張拉后:測量各鋼筋頭標高 V2,梁頂標高H2=V2-D0;d.下一段施工時循環上述1),2),3)測量步驟(每一測量步驟同時需要對前各階段監測點進行測量記錄)。4)數據分析。在確定立模標高時,需要將立模標高和澆筑后的標高同時給出。澆筑混凝土后測量計算當前階段的下撓值,與理論計算值比較,發現偏差大于1 cm時需要分析原因,并在下階段立模標高時進行調整。5)數據統計。各階段、各步驟的實測標高匯總在一個表格,計算實測與設計的偏測值,最終得出成橋的線型結果。各階段理論與實測比較見表1。

表1 各階段理論與實測比較表

3.4 合龍線型控制

1)溫度線型測量:選擇3個階段連續測量一天不同時段的標高值,觀測已澆筑梁段隨溫度變化的情況,即溫度與線型的變化,從中得出規律,整理出溫度應力曲線,為合龍高程控制提供設計依據。2)合龍段的高程測量:以下六種工況:a.臨時支撐約束解除后;b.澆筑混凝土前;c.澆筑混凝土后;d.張拉部分預應力鋼束后;e.勁性骨架解除后;f.張拉完所有預應力鋼束后測量合龍段前后各梁段的標高。

4 結語

本文結合規劃津霸快速路32+48+48+32連續梁懸臂施工的線型控制,對影響橋梁線型的諸多因素進行分析。得出結論:對于連續梁施工的線型控制,掛籃變形的控制是關鍵;混凝土的收縮徐變影響也相當重要。因此,施工監控環節在大跨度預應力混凝土連續梁橋的建設中是必須的,是一項技術系統工程,施工監控的項目組織應和項目的施工組織計劃協同制定,在充分分析設計數據的基礎上,科學合理的制定監控方案,采集關鍵的必要數據,采用預測控制的方法有效指導施工。通過對關鍵部位和重要工序的嚴格檢測和控制,準確給定和及時調整梁端立模標高和中線位置,優化施工方案和施工工藝,簡化施工流程,確保合龍精度,使成橋后的結構線型滿足設計要求。

[1] 梁 靈.現澆預應力混凝土連續箱梁支架設計及施工[J].山西建筑,2008,34(27):337-338.