等高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁支架預(yù)壓分析

朱得斌

(山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程管理系)

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等高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁支架預(yù)壓分析

朱得斌

(山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程管理系)

以湖南某地項(xiàng)目二標(biāo)段一座等高度預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋?yàn)槔? 介紹了連續(xù)箱梁支架預(yù)壓的要求、預(yù)壓荷載、加載范圍及加載操作過程, 提出了在加載過程操作中應(yīng)注意的問題, 為連續(xù)箱梁支架預(yù)壓施工提供參考。

連續(xù)箱梁; 支架預(yù)壓; 加載; 卸載

1 工程概況

本項(xiàng)目二標(biāo)段連續(xù)箱梁橋，跨徑組合為23+33+23 m，全長85.16 m，設(shè)計(jì)起點(diǎn)樁號(hào)為K0+374.42 m，終點(diǎn)樁號(hào)為K0+460.58 m。

該橋上部結(jié)構(gòu)采用等高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，左右幅寬度均為19.5 m，左右幅為單箱四室截面，梁高1.7 m，左右幅外側(cè)懸臂板寬度為2.7 m，內(nèi)側(cè)懸臂板寬度為1.8 m，左右幅間距大于1 cm。

支架的預(yù)壓加試驗(yàn)是一道非常重要的工序，其目的一方面是進(jìn)行承載模擬，檢驗(yàn)支架及地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，確保施工安全，另一方面是消除施工前支架和地基的非彈性沉降變形，同時(shí)收集支架和地基的彈性變形和非彈性變形的數(shù)據(jù)，為箱梁底模施工標(biāo)高控制和跨中預(yù)拱度設(shè)置提供準(zhǔn)確依據(jù)，確保梁體幾何線形準(zhǔn)確。

2 質(zhì)量保證

本標(biāo)段支架預(yù)壓過程中，沉降監(jiān)測工作采用精密水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行，監(jiān)測過程中，各項(xiàng)偏差控制及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理須注意的幾個(gè)問題：

(1)每次監(jiān)測所用的儀器及水準(zhǔn)尺固定，監(jiān)測人員固定，監(jiān)測路線固定，監(jiān)測環(huán)境和條件基本相同；

(2)監(jiān)測時(shí)間及環(huán)境：一般應(yīng)在早晨太陽高照前(清晨七、八點(diǎn)左右)結(jié)束，不允許在高溫、強(qiáng)光和大風(fēng)等情況下進(jìn)行監(jiān)測。要勤監(jiān)測、勤記錄，及時(shí)反饋；

(3)測量時(shí)，水準(zhǔn)尺氣泡要居中，扶尺員應(yīng)快速穩(wěn)定地豎直標(biāo)尺，提高監(jiān)測效率；

(4)水準(zhǔn)測量每次測量在一站內(nèi)完成，監(jiān)測值的閉合差控制在1 mm之內(nèi)。

3 預(yù)壓要求與規(guī)定

3.1 預(yù)壓要求

(1)支架預(yù)壓應(yīng)在支架基礎(chǔ)預(yù)壓合格后進(jìn)行，且加載范圍不應(yīng)小于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)物的實(shí)際投影面；

(2)支架預(yù)壓前，應(yīng)布置支架的沉降監(jiān)測點(diǎn)；支架預(yù)壓過程中，應(yīng)對(duì)支架的沉降進(jìn)行監(jiān)測；

(3)在全部加載完成后的支架預(yù)壓監(jiān)測過程中，當(dāng)滿足下列條件之一時(shí)，應(yīng)判定支架預(yù)壓合格：

①各監(jiān)測點(diǎn)最初24 h的沉降量平均值小于1 mm；

②各監(jiān)測點(diǎn)最初72 h的沉降量平均值小于5 mm。

(4)對(duì)支架的代表性區(qū)域預(yù)壓監(jiān)測過程中，當(dāng)不滿足上述規(guī)定時(shí)，應(yīng)查明原因后對(duì)同類支架全部進(jìn)行處理。處理后的支架應(yīng)重新選擇代表性區(qū)域進(jìn)行預(yù)壓。

3.2 預(yù)壓荷載

(1)支架預(yù)壓荷載不應(yīng)小于支架承受的混凝土結(jié)構(gòu)恒載與模板重量之和的1.1倍。

(2)支架預(yù)壓區(qū)域應(yīng)劃分成若干預(yù)壓單元，每個(gè)預(yù)壓單元內(nèi)實(shí)際預(yù)壓荷載強(qiáng)度的最大值不應(yīng)超過該預(yù)壓單元內(nèi)預(yù)壓荷載強(qiáng)度平均值的110%。每個(gè)預(yù)壓單元內(nèi)的預(yù)壓荷載可采用均布形式。

3.3 加載與卸載

(1)支架預(yù)壓應(yīng)按預(yù)壓單元進(jìn)行分級(jí)加載，且不應(yīng)少于3級(jí)。3級(jí)加載依次宜為單元內(nèi)預(yù)壓荷載值的30%、70%、100%；

(2)當(dāng)縱向加載時(shí)，宜從混凝土結(jié)構(gòu)跨中開始向支點(diǎn)處進(jìn)行對(duì)稱布載；當(dāng)橫向加載時(shí)，應(yīng)從混凝土結(jié)構(gòu)中心線向兩側(cè)進(jìn)行對(duì)稱布載；

(3)每級(jí)加載完成后，應(yīng)先停止下一級(jí)加載．并應(yīng)每間隔12 h對(duì)支架沉降量進(jìn)行一次監(jiān)測。當(dāng)支架頂部監(jiān)測點(diǎn)12 h的沉降量平均值小于2 mm時(shí)，可進(jìn)行下一級(jí)加載；

(4)支架預(yù)壓可一次性卸載，預(yù)壓荷載應(yīng)對(duì)稱、均衡，同步卸載。

4 支架預(yù)壓監(jiān)測

支架預(yù)壓監(jiān)測是通過對(duì)現(xiàn)澆箱梁的施工支架加載預(yù)壓，檢查箱梁施工支架的承載力及其穩(wěn)定性。通過測試得出在實(shí)體荷載作用下支架的彈性和非彈性變形參數(shù)，為后期箱梁施工中底模預(yù)拱度設(shè)置提供依據(jù)，保證箱梁結(jié)構(gòu)線形符合施工圖紙要求。

4.1 監(jiān)測內(nèi)容

(1)支架預(yù)壓的監(jiān)測包括下列內(nèi)容：

① 加載之前監(jiān)測點(diǎn)標(biāo)高；

② 每級(jí)加載后監(jiān)測點(diǎn)標(biāo)高；

③ 加載至100%后每間隔24 h監(jiān)測點(diǎn)標(biāo)高；

④ 卸載6 h后監(jiān)測點(diǎn)標(biāo)高。

(2)預(yù)壓監(jiān)測應(yīng)計(jì)算沉降量、彈性變形量、非彈性變形量。

4.2 監(jiān)測點(diǎn)布置

監(jiān)測點(diǎn)用鐵釘釘入模板底部的方木加以定位，測出鐵釘伸出底模部份長度h。

(1)支架基礎(chǔ)和支架的沉降監(jiān)測點(diǎn)的布置應(yīng)符合下列規(guī)定：

① 沿混凝土結(jié)構(gòu)縱向每隔1/4跨徑布置一個(gè)監(jiān)測斷面；

② 每個(gè)監(jiān)測斷面上對(duì)稱布置5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)(不低于3個(gè)點(diǎn))。

(2)支架沉降監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)在支架頂部和底部對(duì)應(yīng)位置上分別布置；

(3)支架沉降監(jiān)測點(diǎn)頂部位置布置方案

監(jiān)測斷面布置在預(yù)壓跨的兩側(cè)墩或臺(tái)中心線、L/2處的3個(gè)斷面處(分別用截面a、b、c表示)，每個(gè)斷面分5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，見圖1～圖2。

圖1 支架沉降監(jiān)測點(diǎn)頂部位置布設(shè)平面示意(單位：cm)

圖2 支架沉降監(jiān)測點(diǎn)頂部位置布設(shè)橫斷面示意(單位：cm)

(4)支架沉降監(jiān)測點(diǎn)底部位置布置方案

支架基底沉降監(jiān)測點(diǎn)的布置，應(yīng)與底模監(jiān)測點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)在同一垂直線上，見圖3～圖4。

圖3 支架沉降監(jiān)測點(diǎn)底部位置布設(shè)平面示意(單位：cm)

(5)支架彈性變形的測定將振弦式應(yīng)變計(jì)焊接在預(yù)壓跨三個(gè)斷面中線位置鋼管處，用以測量支架預(yù)壓過程中鋼管的彈性變形量。

圖4 沉降監(jiān)測點(diǎn)細(xì)部圖

4.3 監(jiān)測記錄

(1)預(yù)壓監(jiān)測采用的水準(zhǔn)儀，按照現(xiàn)行行業(yè)《水準(zhǔn)儀檢定規(guī)程》JJG425規(guī)定進(jìn)行檢定。

(2)預(yù)壓監(jiān)測采用三等水準(zhǔn)測量要求作業(yè)。

(3)支架沉降監(jiān)測記錄與計(jì)算符合下列規(guī)定：

①預(yù)壓荷載施加前，監(jiān)測并記錄支架頂部和底部監(jiān)測點(diǎn)的初始標(biāo)高；

②每級(jí)荷載施加完成時(shí)．監(jiān)測各監(jiān)測點(diǎn)標(biāo)高并計(jì)算沉降量；

③全部預(yù)壓荷載施加完畢后，每間隔24 h時(shí)監(jiān)測一次并記錄各監(jiān)測點(diǎn)標(biāo)高．當(dāng)支架預(yù)壓符合上述規(guī)定時(shí)，進(jìn)行支架卸載；

④卸載6 h后，應(yīng)監(jiān)測各監(jiān)測點(diǎn)標(biāo)高，并計(jì)算支架各監(jiān)測點(diǎn)的彈性變形量；

⑤應(yīng)計(jì)算支架各監(jiān)測點(diǎn)的非彈性變形量。

4.4 支架預(yù)壓監(jiān)測方案

支架預(yù)壓段標(biāo)高測量共分為5個(gè)工況：

工況一：空載時(shí)(加載前)，對(duì)各沉降監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行一次監(jiān)測，同時(shí)對(duì)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集；

工況二：一級(jí)加載，荷載加載至加載總重的30%，加載后每隔12 h監(jiān)測一次，同時(shí)對(duì)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，當(dāng)沉降監(jiān)測點(diǎn)12 h的沉降量平均值小于2 mm時(shí)，方可進(jìn)行下一級(jí)加載；

工況三：二級(jí)加載，荷載加載至加載總重的70%，加載后每隔12 h監(jiān)測一次，同時(shí)對(duì)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，當(dāng)沉降監(jiān)測點(diǎn)12 h的沉降量平均值小于2 mm時(shí)，方可進(jìn)行下一級(jí)加載；

工況四：三級(jí)加載，荷載加載至加載總重的100%，加載后每隔12 h監(jiān)測一次，同時(shí)對(duì)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，當(dāng)沉降監(jiān)測點(diǎn)12 h的沉降量平均值小于2 mm時(shí)，方可進(jìn)行下一級(jí)加載；

工況五：卸載，采取一次性卸載，卸載6h后監(jiān)測各監(jiān)測點(diǎn)的標(biāo)高，同時(shí)對(duì)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集。

5 預(yù)壓監(jiān)測結(jié)果分析

5.1 鋼管支架監(jiān)測結(jié)果分析

鋼管支架監(jiān)測選取進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)跨跨中具有代表性的鋼管支架進(jìn)行監(jiān)測，必須保證每排鋼管支架中不少于兩根，每排鋼管支架中選取截面跨中處的鋼管支架；利用精密 水準(zhǔn)儀采用三等水準(zhǔn)測量。監(jiān)測結(jié)果如下：

表1 左幅邊跨鋼管支架變形值(第一跨)

表2 左幅中跨鋼管支架變形值(第二跨)

表3 左幅邊跨鋼管支架變形值(第三跨)

依據(jù)以上數(shù)據(jù)可知鋼管支架處于彈性變形階段，鋼管支架的平均彈性變形為1.5 mm，均處于正常彈性狀態(tài)。

5.2 底模監(jiān)測結(jié)果分析

底模監(jiān)測在預(yù)壓跨布置監(jiān)測點(diǎn)，邊跨預(yù)壓時(shí)測點(diǎn)的布置選取支座截面處與跨中截面處，每個(gè)截面布置5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)；跨中預(yù)壓時(shí)測點(diǎn)的布置選取支座截面、1/4 L、1/2 L、3/4 L、L五處截面作為監(jiān)測截面，每個(gè)截面布置5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，利用精密水準(zhǔn)儀采用三等水準(zhǔn)測量。此預(yù)壓試驗(yàn)采用水袋進(jìn)行加載，高度約為2 m。邊跨采用八個(gè)水袋加載，邊跨Ⅰ級(jí)加載水袋加水高度為0.65 m，Ⅱ級(jí)加載水袋高度達(dá)到1.4 m，滿載水袋高度達(dá)到2 m，總重為800 t，預(yù)壓重量滿足要求；中跨采用10個(gè)水袋進(jìn)行加載，Ⅰ級(jí)加載水袋高度為0.65 m，Ⅱ級(jí)加載高度為1.4 m，滿載水袋高度達(dá)2 m，總重為1 000 t，單幅邊、中跨預(yù)壓荷載累計(jì)重量為3 100 t，單幅結(jié)構(gòu)混凝土重量及施工設(shè)備重量最大約為2 800 t，預(yù)壓重量滿足要求。監(jiān)測結(jié)果如下：

表4 左幅邊跨(第一跨)

表5 左幅中跨(第二跨)

續(xù)表5

表6 左幅邊跨(第三跨)

圖5 邊跨支架預(yù)壓測點(diǎn)布置示意圖

圖6 中跨支架預(yù)壓測點(diǎn)布置示意圖

表格說明：表格中“+”表示此測點(diǎn)測量結(jié)果為下?lián)?，?”表示此測點(diǎn)測量結(jié)果為上撓，圖表中出現(xiàn)上撓的原因由于該模板為木模板在加載時(shí)由于采用混凝土試塊加載，在前期加載過程中無法達(dá)到荷載在整跨模板上達(dá)到均鋪，導(dǎo)致局部測點(diǎn)出現(xiàn)模板上撓的情況；卸載時(shí)測點(diǎn)的實(shí)測值為支架非彈性變形值，利用滿載時(shí)的實(shí)測值減卸載時(shí)實(shí)測值為支架的彈性變形值。

左幅邊跨(第一跨)滿載時(shí)的最大撓度為16.8 mm為跨中截面2號(hào)測點(diǎn)，非彈性變形為10.8 mm，彈性變形為6.0 mm，其中該部分的彈性變形由模板的彈性變形和鋼管支架的彈性變形兩部分組成，由表1、表2及表3中數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)鋼管支架的彈性變形一般為1.5 mm，可見模板的體系的變形約為4.5 mm。

左幅中跨(第二跨)滿載時(shí)的最大撓度為16.6 mm為跨中截面2號(hào)測點(diǎn)，非彈性變形為11.5 mm，彈性變形為5.1 mm，其中該部分的彈性變形由模板的彈性變形和鋼管支架的彈性變形兩部分組成，由表1、表2及表3中數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)鋼管支架的彈性變形一般為1.5 mm，可見模板的體系的變形約為3.6 mm。

左幅邊跨(第三跨)滿載時(shí)的最大撓度為8.5 mm為跨中截面2號(hào)測點(diǎn)，非彈性變形為3.1 mm，彈性變形為5.4 mm，其中該部分的彈性變形由模板的彈性變形和鋼管支架的彈性變形兩部分組成，由表1、表3中數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)鋼管支架的彈性變形一般為1.5 mm，可見模板的體系的彈性變形約為3.9 mm。

可見該橋邊跨滿堂支架彈性變形變化趨勢(shì)基本一致，且處于合理范圍內(nèi)，經(jīng)比較左幅邊跨滿堂支架的彈性變形及模板的彈性變形可發(fā)現(xiàn)，滿堂支架體系的模板彈性變形均值為4.0mm，鋼管支架的彈性變形約為1.5 mm。

6 結(jié)論與建議

6.1 結(jié)論

(1)本次支架預(yù)壓試驗(yàn)的加載范圍大于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)物的實(shí)際投影面，加載的荷載重量滿足方案要求。

(2)本次支架預(yù)壓試驗(yàn)的加載進(jìn)行了有效的分區(qū)加載，加載過程符合規(guī)范要求。

(3)支架預(yù)壓試驗(yàn)過程中支架的彈性和非彈性變形，均在合理的范圍內(nèi)，變化趨勢(shì)較為合理，基本滿足要求。

6.2 建議

(1)本橋由于鋼管支架多次重復(fù)使用，結(jié)構(gòu)連接部位可能出現(xiàn)較大間隙，導(dǎo)致加載過程中結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)較大變形，因此后續(xù)施工過程中仍需繼續(xù)對(duì)支架變形進(jìn)行觀測，觀測時(shí)間分別為：支架搭設(shè)完畢(模板未安裝)、模板拼裝完畢、箱梁混凝土澆筑全過程，若發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)糾正或停止施工。

(2)設(shè)置預(yù)拱度

①支架預(yù)拱度設(shè)置

施工預(yù)拱度設(shè)置：施工預(yù)拱度=支架變形值+設(shè)計(jì)預(yù)拱度。

②橋梁的設(shè)計(jì)預(yù)拱度按二次拋物線變化計(jì)算各點(diǎn)的設(shè)計(jì)預(yù)拱度，即：δx=δ(1-4X2/L2)，對(duì)于已進(jìn)行預(yù)壓區(qū)段，根據(jù)如下公式調(diào)整各測點(diǎn)底模標(biāo)高：

底模頂面標(biāo)高=梁底設(shè)計(jì)標(biāo)高+δ2+δx，其中δ2為彈性變形值；

(3)建議在施工過程中按規(guī)范要求進(jìn)行施工，嚴(yán)防不規(guī)范施工導(dǎo)致橋梁不安全和不合理事件。

[1] 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D62-2004)[S].

[2] 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004)[S].

[3] 公路橋梁承載能力檢測評(píng)定規(guī)程(JTG/T J21-2011)[S].

[4] 杜永昌. 高速與客運(yùn)專線鐵路施工工藝手冊(cè)[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社, 2006.

2015-04-06

朱得斌(1983-)，男，講師。

U448. 21+3

C

1008-3383(2015)12-0076-04