連續(xù)梁懸臂掛籃施工線形監(jiān)控解析

李 丹

(中鐵十二局集團(tuán)第七工程有限公司, 湖南長沙 410004)

1 工程概況

石長鐵路增建二線工程沅江特大橋全長3.737 km，共有三聯(lián)連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，其中跨越沅江的(62+4×96+92+66)m連續(xù)梁采用掛籃法懸臂現(xiàn)澆施工。

(62+4×96+92+66)m連續(xù)梁梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。梁高按圓曲線變化，圓曲線半徑R=270.702 m。中支點處梁高7.6 m，跨中梁高為4.0 m。箱梁頂寬8.5 m，底寬4.8 m，頂板厚度32 cm，腹板厚度45～57.5～70 cm，底板厚度46～95 cm，全橋共有7個合龍段，合龍段長度均為2 m。

2 線形監(jiān)控的特點

掛籃法懸臂現(xiàn)澆連續(xù)梁橋在其實際施工中會與設(shè)計有一定差異，節(jié)段立模、測量誤差以及環(huán)境變化對結(jié)構(gòu)變形的影響等因素在設(shè)計過程中是無法準(zhǔn)確預(yù)測的。如果已施工段出現(xiàn)線形誤差，誤差將永遠(yuǎn)存在只能通過立模標(biāo)高消除殘余誤差，有時需要調(diào)整幾個梁段才能完成。為保證連續(xù)梁在成橋時的線形狀態(tài)可知、可控，使成橋線形滿足設(shè)計要求，必須進(jìn)行有效的線形監(jiān)控。

3 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，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。由于在施工過程中對已成型的狀態(tài)是無法進(jìn)行事后調(diào)整的，故針對主梁的結(jié)構(gòu)與施工特點，沅江特大橋連續(xù)梁線形監(jiān)測采用橋梁博士，MIDAS軟件對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真計算，建立有限元模型，按照連續(xù)梁實際施工過程順序進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形和受力分析，得到各個節(jié)段設(shè)計變形和受力狀態(tài)，并對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)，其計算的特點是：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時刻結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布滿足前進(jìn)分析t0時刻的結(jié)果,線形滿足設(shè)計軸線在此初始狀態(tài)下，按照前進(jìn)分析的逆過程,對結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒拆，分析每次拆除一個施工階段對剩余結(jié)構(gòu)的影響。在一個階段內(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)計曲線與前進(jìn)分析計算的各施工階段的內(nèi)力值倒退計算出各階段的狀態(tài)過程曲線及預(yù)留拱度曲線。

4 立模標(biāo)高的確立

在懸臂掛籃施工過程中，梁段立模標(biāo)高正確與否是直接關(guān)系到梁體線性、梁體結(jié)構(gòu)內(nèi)力是否合理的關(guān)鍵問題，因此在確定立模標(biāo)高時的考慮因素必須符合梁體實際結(jié)構(gòu)狀態(tài)，而且加以正確的控制，確保最終梁體線形平順、合理。

立模標(biāo)高并不等于設(shè)計圖紙中的標(biāo)高，一般要通過設(shè)置一定的預(yù)拱度來抵消梁體施工中的各種變形(豎向撓度)，確保橋梁建成后的標(biāo)高與設(shè)計標(biāo)高相吻合。計算公式如下：

H=h1+f2+f3+f4

(1)

式中：H為節(jié)段施工中的立模標(biāo)高；h1為節(jié)段梁體設(shè)計標(biāo)高；f2為掛籃變形值；f3為由本節(jié)段及后續(xù)施工階段梁段自重在節(jié)段產(chǎn)生的撓度總和；f4為由本節(jié)段張拉、混凝土收縮、徐變、施工臨時荷載等產(chǎn)生的撓度總和。

其中掛籃變形值是根據(jù)掛籃加載試驗確定的，在施工過程中加以考慮，其他影響因素通過進(jìn)行線形監(jiān)測并進(jìn)行前進(jìn)分析和倒退分析計算中加以考慮。

4.1 掛籃加載試驗

4.1.1 掛籃加載預(yù)壓的目的

(1)檢驗掛籃構(gòu)件的安裝質(zhì)量; (2)檢驗掛籃整體受力是否達(dá)到設(shè)計和規(guī)范要求；(3)檢驗其承載能力和消除非彈性變形，并實測掛籃的彈性變形值；(4)根據(jù)掛籃試壓加載各項測試結(jié)果，繪出掛籃荷載—撓度曲線，階段澆筑過程中線形控制提供可靠依據(jù)；(5)檢驗安全與穩(wěn)定性。

4.1.2 掛籃預(yù)壓加載

4.1.2.1 測點布置

當(dāng)?shù)啄０惭b完成，外側(cè)模板移動到位后，可進(jìn)行測量點布置，測點用紅漆做記號。設(shè)置2個觀測斷面，對稱設(shè)置在大小里程的掛籃端。每個斷面設(shè)5個觀測點，共10個觀測點(圖1、圖2)。

圖1 掛籃預(yù)壓測點布置

圖2 65#墩掛籃加載預(yù)壓

4.1.2.2 掛籃加載預(yù)壓及卸載

預(yù)壓最大荷載按(120 %梁體重量+內(nèi)模重量+支撐重量+施工荷載)計算，在加載前要測量點位原始標(biāo)高，在加載過程中依次按照40 %、80 %、100 %、120 %進(jìn)行加載并進(jìn)行標(biāo)高量測，加載完成后每1 h進(jìn)行一次標(biāo)高量測直至變化量小于1 mm視為穩(wěn)定。穩(wěn)定后按加載反向程序依次卸載，以防出現(xiàn)偏壓失穩(wěn)等不安全因素。卸載完成后，對各觀測點進(jìn)行測量、記錄。

4.1.3 數(shù)據(jù)分析整理

在荷載作用下，掛籃變形主要為彈性變形和非彈性變形。本橋連續(xù)梁掛籃彈性變形主要由掛籃鋼結(jié)構(gòu)的撓度變形組成；塑性變形主要是掛籃各連接部件的空隙壓縮。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計算得出總變形量、非彈性變形量和彈性變形量并繪制出懸臂掛籃荷載—撓度曲線圖(圖3)。

圖3 掛籃荷載—撓度曲線

4.2 節(jié)段施工過程中的線形監(jiān)測

4.2.1 線形控制觀測點布置

在每個施工塊件上布置3個對稱的高程觀測點，高程控制點布置在離塊件前端20 cm處。采用Ф16鋼筋，垂直方向與頂板的上下層鋼筋點焊牢并要求豎直，Ф16鋼筋下端要頂在模板上。為避免測點露出鋼筋彎曲引起標(biāo)高測試失真，不得過長，測點鋼筋露出箱梁混凝土表面2 cm，測點磨平并用紅油漆標(biāo)記(圖4)。

(a) 橫斷面布置示意

(b) 縱斷面布置示意

4.2.2 節(jié)段施工過程中線形監(jiān)控

在節(jié)段施工過程中對每一階段的主梁施工，都需要觀測梁體的撓度變化；①在立模后節(jié)段澆筑前。②節(jié)段澆筑后。③預(yù)應(yīng)力張拉前。④預(yù)應(yīng)力張拉后需要觀測其撓度變化，以便得出梁體實際形變值，為節(jié)段施工中模板立模標(biāo)高提供依據(jù)。在進(jìn)行這些觀測的同時，還需要進(jìn)行梁體溫度(或環(huán)境溫度)測量，以便考慮溫度的影響。

4.2.3 線形監(jiān)控數(shù)據(jù)分析

全面考慮影響梁體狀態(tài)的各種因素和施工所要達(dá)到的目標(biāo)后，隨著施工的進(jìn)展，根據(jù)現(xiàn)場的實測數(shù)據(jù)對計算參數(shù)進(jìn)行了必要的修正，進(jìn)行前進(jìn)倒退分析，使施工沿著預(yù)定狀態(tài)進(jìn)行，如此循環(huán)(表1、圖5、圖6)。

表1 66#墩連續(xù)梁9#節(jié)段線形監(jiān)測數(shù)據(jù) m

圖5 66#墩9#塊混凝土澆筑前后梁體實際線形與理論線形對比

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析可以發(fā)現(xiàn)：懸臂施工階段梁體實際線形與理論線形比較接近,每階段結(jié)束后對實際線形與理論線形進(jìn)行對比,若發(fā)現(xiàn)誤差,及時在下一節(jié)段進(jìn)行立模標(biāo)

圖6 66#墩9#塊預(yù)應(yīng)力張拉前后梁體實際線形與理論線形對比

高調(diào)整,保證線形控制的順利進(jìn)行，直至施工完成達(dá)到設(shè)計相符合的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

5 結(jié)束語

沅江特大橋連續(xù)梁懸臂掛籃施工過程完成后合龍誤差在1 cm以內(nèi)，滿足設(shè)計線形要求。根據(jù)沅江特大橋懸臂掛籃施工線性控制經(jīng)驗提出以下幾點注意事項：

(1)施工前建立統(tǒng)一的高程測量控制網(wǎng)，高程控制點是線形控制點觀測的基礎(chǔ)點，應(yīng)保持其穩(wěn)定性和精確性，同時為方便施工過程中的線形監(jiān)測應(yīng)將控制點引到主墩0#塊中心，為線形觀測提供基準(zhǔn)，并定期復(fù)核。

(2)在施工過程中要勤觀測，勤復(fù)核，掌握梁體實時變化情況，才能對梁體結(jié)構(gòu)變化和梁體線形調(diào)整提供依據(jù)。

(3)在混凝土澆筑前要復(fù)核模板標(biāo)高，防止在綁扎鋼筋的過程中對模板造成影響，確保澆筑前模板位置的準(zhǔn)確性。

(4)在模板調(diào)整過程中遵照“寧高勿低”的原則調(diào)整。

本文以沅江特大橋的線性控制為工程實例，對線形監(jiān)測的方法及立模標(biāo)高的確立做了解析，為以后懸臂掛籃施工線性控制的研究與分析，有參考和借鑒意義。

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