石碧村特大連續(xù)梁橋施工控制技術(shù)

賈存星

（中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司 河北涿州 072750）

特大連續(xù)梁橋在掛籃懸臂澆筑過程中以及合攏后結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換過程中都存在較為復(fù)雜的內(nèi)力、位移變化。同樣，混凝土自身的非勻質(zhì)性、離散性，鋼絞線張拉控制，以及施工過程所處環(huán)境的溫濕度等因素會(huì)使施工過程中的橋梁受力狀態(tài)和變形偏離預(yù)期目標(biāo)。為了使橋梁在施工過程中結(jié)構(gòu)處于安全范圍，且成橋線形、內(nèi)力狀態(tài)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，必須對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)每一施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過設(shè)備采集數(shù)據(jù)及時(shí)了解施工過程中橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際內(nèi)力和變形，對(duì)比理論計(jì)算情況，必要時(shí)需要對(duì)下一施工節(jié)段進(jìn)行調(diào)整，減小偏差，使整個(gè)橋梁施工處于有效的控制，確保施工安全，最終達(dá)到設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)。

1 工程概況

石碧村特大橋位于石碧溪下游，主橋?yàn)槿缱兏叨冗B續(xù)梁橋，跨徑布置為48+80+48 m，主橋立面布置如圖1 所示。主梁采用單箱單室截面，邊跨直線段以及中跨跨中處梁高均為280 cm，中墩支點(diǎn)處梁高為500 cm。箱梁一般斷面頂板厚28 cm，邊支點(diǎn)位置處加厚至50 cm，中墩支點(diǎn)位置處加厚至58 cm；箱梁一般斷面腹板厚50 cm，經(jīng)直線加厚到80 cm，中墩支點(diǎn)位置處加厚至120 cm；箱梁一般斷面底板厚由跨中的30 cm 變化至中墩支點(diǎn)處梁根部70 cm，中墩支點(diǎn)處加厚至120 cm，橫斷面示意如圖2 所示。

圖1 橋型布置/cm

圖2 主橋橫斷面示意圖/mm

全橋共在4 處支點(diǎn)位置處分別設(shè)置橫隔梁，中墩支點(diǎn)位置處的橫隔梁厚度為200 cm，邊墩支點(diǎn)的端隔梁厚度為120 cm，中墩處的隔板設(shè)有孔洞，方便人員通行檢測(cè)。主橋特大連續(xù)梁采用掛籃懸臂澆筑施工，主橋掛籃懸臂澆筑的具體施工流程如圖3 所示。

2 橋梁施工仿真分析

2.1 計(jì)算參數(shù)選取

結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)參照設(shè)計(jì)圖紙、規(guī)范及以往同類橋梁監(jiān)控經(jīng)驗(yàn)取值，具體數(shù)值見表1。

表1 結(jié)構(gòu)分析參數(shù)

2.2 結(jié)構(gòu)分析模型建立

采用Midas/Civil 建立空間分析模型，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工流程共劃分為14 個(gè)施工階段和一個(gè)成橋階段，各關(guān)鍵施工階段模擬如圖4 所示。

2.3 計(jì)算結(jié)果與分析

（1）主梁應(yīng)力計(jì)算

通過計(jì)算分析，主梁在施工過程中應(yīng)力的分布如圖5 所示。

圖5 施工過程主梁最大壓應(yīng)力分布/MPa

由圖5 可知：主梁上緣最大壓應(yīng)力為16.6 MPa，主梁下緣最大壓應(yīng)力為11.4 MPa，施工過程中未出現(xiàn)拉應(yīng)力，結(jié)構(gòu)安全，滿足規(guī)范要求。

（2）主梁撓度計(jì)算

主梁由于自重、預(yù)應(yīng)力、外部荷載、支撐邊界條件的變化對(duì)主梁結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生影響，橋梁合攏施工完成后，主梁變形如圖6（a）所示，中跨跨中最大豎向變形為36 mm，邊跨最大變形為12 mm；二期恒載鋪裝完畢，主梁變形如圖6（b）所示，中跨跨中最大豎向變形為-23 mm；收縮徐變階段主梁變形如圖6（c）所示，最大變形在邊跨為4.2 mm；1/2 活載作用下主梁變形如圖6（d）所示，邊跨最大變形為-5 mm，中跨跨中最大變形為-15 mm。

圖6 主梁撓度計(jì)算

（3）主梁立模標(biāo)高

通過對(duì)結(jié)構(gòu)的施工過程的分析計(jì)算，得出主梁的預(yù)拱值，進(jìn)而可以計(jì)算出主梁的立模標(biāo)高。主梁立模標(biāo)高=設(shè)計(jì)高程+總預(yù)拱度；總預(yù)拱度=懸臂施工階段預(yù)拱值+合攏后及通車階段預(yù)拱值；總預(yù)拱度=-1×（懸臂施工階段變形+二期恒載變形+收縮徐變變形+1/2 活載變形），主梁總預(yù)拱度設(shè)置見圖7。

圖7 總預(yù)拱度設(shè)置圖

3 現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)控分析

3.1 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

主梁縱向應(yīng)力監(jiān)測(cè)斷面主要選擇施工過程中應(yīng)力較大的斷面處，本橋布置A～E 共5 個(gè)應(yīng)力測(cè)試斷面，見圖8。橫斷面應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置見圖9、圖10。應(yīng)力測(cè)試采用埋入式鋼弦應(yīng)力計(jì)，應(yīng)力測(cè)試時(shí)還需進(jìn)行無應(yīng)力計(jì)測(cè)試應(yīng)力來進(jìn)行修正。

圖8 應(yīng)力測(cè)試斷面布置圖/cm

圖9 A、B、C、D 截面應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置圖/cm

圖10 E 截面應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置圖/cm

應(yīng)力測(cè)試應(yīng)在以下3 個(gè)工況測(cè)量控制截面的上下緣應(yīng)變，以此來了解主梁結(jié)構(gòu)控制斷面處的應(yīng)力變化情況：（1）澆筑節(jié)段混凝土前；（2）混凝土澆筑后；（3）縱向預(yù)應(yīng)力張拉后。

根據(jù)橋梁現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況，本文列取A、B、E 這3 個(gè)截面的實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論計(jì)算應(yīng)力的對(duì)比，其中A 截面的實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論計(jì)算應(yīng)力對(duì)見圖11，B 截面的實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論計(jì)算應(yīng)力對(duì)見圖12，E 截面的實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論計(jì)算應(yīng)力對(duì)見表2。

圖11 A 截面實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論計(jì)算應(yīng)力對(duì)比/MPa

圖12 B 截面實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論計(jì)算應(yīng)力對(duì)比/MPa

表2 E 截面實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論計(jì)算應(yīng)力對(duì)比/MPa

在整個(gè)施工過程中，本橋應(yīng)力實(shí)測(cè)值均在規(guī)范允許值范圍內(nèi)，實(shí)測(cè)應(yīng)力值與理論應(yīng)力值較為接近，且趨勢(shì)大體相同，其大小均在規(guī)范容許范圍（壓應(yīng)力-22.37 MPa，拉應(yīng)力1.73 MPa）之內(nèi)，滿足《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》要求。各控制截面應(yīng)力狀態(tài)良好，且保持有較大的壓應(yīng)力儲(chǔ)備，為后期的橋梁運(yùn)營(yíng)創(chuàng)造了良好的條件。

3.2 變形監(jiān)測(cè)

連續(xù)梁橋懸澆施工過程中主要對(duì)主梁撓度、軸線偏位進(jìn)行測(cè)量。高程控制網(wǎng)采用該橋已建立的控制網(wǎng)點(diǎn)，中墩上的0#塊施工完畢后，需在各7#、8#墩頂橋面橋梁中心線位置處布置高程觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)ZD，作為變形監(jiān)測(cè)過程中的標(biāo)高觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，定期與高程控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)，基準(zhǔn)點(diǎn)布置如圖13 所示。每個(gè)懸澆塊梁端以橋梁中心線對(duì)稱布設(shè)3 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)距梁端10 cm，監(jiān)測(cè)主梁撓度的同時(shí)，觀測(cè)主梁是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，箱梁節(jié)段變形測(cè)點(diǎn)布置見圖14。

圖13 0#塊頂部基準(zhǔn)點(diǎn)布置圖/cm

圖14 一般節(jié)段變形測(cè)點(diǎn)橫向布置圖/cm

主梁撓度監(jiān)測(cè)采用DS2 自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀+FS1 測(cè)微器、配備使用2 m 的銦鋼尺，精度級(jí)別達(dá)到DS05；主梁軸線偏位采用全站儀直接測(cè)量。每一懸澆節(jié)段過程中需要進(jìn)行以下3 個(gè)工況的變形測(cè)量和高程控制測(cè)量：（1）澆筑節(jié)段混凝土前；（2）混凝土澆筑后；（3）縱向預(yù)應(yīng)力張拉后。

以上對(duì)當(dāng)前施工懸澆節(jié)段變形監(jiān)測(cè)外，還需對(duì)已施工的節(jié)段進(jìn)行高程測(cè)量，以得到主梁節(jié)段累計(jì)實(shí)際變形情況。

主梁懸臂施工過程中的變形監(jiān)測(cè)與計(jì)算變形值較為吻合，最終給出主梁成橋標(biāo)高理論與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果見圖15。

圖15 主梁成橋標(biāo)高理論與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

由圖15 可知，懸臂澆預(yù)應(yīng)力筑混凝土連續(xù)梁橋的成橋標(biāo)高與理論偏差最大值為10 mm，滿足《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)第一冊(cè)(土建工程)》的限值±10 mm 的要求。橋梁整體豎向線形平順，梁段間無明顯凹凸不平。

4 結(jié)論

本文依托石壁村特大連續(xù)梁橋?yàn)楣こ瘫尘埃榻B了連續(xù)梁橋的懸臂施工步驟，并通過有限元軟件Midas/Civil 對(duì)該橋每一懸澆施工進(jìn)行仿真計(jì)算分析，施工過程中的主梁上、下緣均處于壓應(yīng)力狀態(tài)，以及施工過程中的主梁變形均處于安全范圍內(nèi)。并對(duì)主梁的應(yīng)力、變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：

（1）實(shí)測(cè)應(yīng)力值均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，各控制截面應(yīng)力狀態(tài)良好，且有較大的壓應(yīng)力儲(chǔ)備；

（2）成橋標(biāo)高與理論偏差最大值為10 mm，滿足限值±10 mm 的要求，線形平順，無凹凸不平；

（3）通過實(shí)測(cè)與理論值的對(duì)比，說明采用的計(jì)算模型是可靠的，監(jiān)控方法是科學(xué)、合理的。