■黃 偉
(寧德沈海復線雙福高速公路有限責任公司,寧德 352100)
橋梁懸臂掛籃施工遵從線型控制基本原理:根據(jù)設計建模計算出的梁體各截面最終撓度變化值設置施工時的預留拱度,據(jù)此調(diào)整各節(jié)段段模板安裝時的前緣標高。施工中影響橋梁撓度的主要因素包括:①梁段混凝土自重;②掛籃及梁上其他施工荷載;③已張拉的預應力筋的預應力;④合攏時釋放的臨時錨固支座的力;⑤混凝土彈性壓縮、收縮、徐變、預應力筋松弛、孔道摩阻應力損失等因素;⑥自然環(huán)境的溫度、濕度及風荷載等因素的作用引起的變形;⑦橋墩變形、基礎沉降、施工誤差等。由于影響因素眾多且復雜,施工時應動態(tài)監(jiān)控量測,并進行相應的調(diào)整。
懸臂掛籃施工是在橋墩兩側(cè)對稱、 逐段澆筑混凝土,待混凝土達到規(guī)定強度后,張拉預應力束,移動掛籃,繼續(xù)澆筑下一梁段(如圖1)。梁節(jié)段長度與梁段自重、掛籃重、平衡配重及施工恒載密切相關(guān),一般每個節(jié)段的長度為3~4m。懸臂澆筑施工中的主要設備是掛籃,因橋墩根部塊的重量較大,且為了滿足拼裝和支承掛籃要求的起步長度,經(jīng)常先用托架澆筑第一梁段 (即0#塊)。
圖1 懸臂掛籃澆筑示意圖
依據(jù)墩身高度、承臺形式和地形條件,分別利用墩身、承臺或地面設立支承托架。托架可采用萬能桿件拼制,它的高度和長度應視掛籃施工的需要和現(xiàn)澆段的長度而定,橫橋向的寬度一般比箱梁底寬出1.5~2.0m,以便于設立箱梁腹板的外側(cè)模板。托架頂面與箱梁底面在橋縱向的線形應保持一致。常用的施工托架有兩種:一是斜撐式;二是斜拉式。為了消除托架在澆注梁段混凝土產(chǎn)生的變形,常用千斤頂法、水箱法對托架進行預壓。
托架上施工的梁段達到規(guī)定強度值并張拉壓漿后,對接拼裝掛籃,待掛籃預壓驗收合格之后,再將對接掛籃分開,形成兩個獨立的掛籃向跨中逐段推進,新澆梁段達到設計強度后張拉預應力束與前一梁段連成一體。掛籃的構(gòu)造一般由主桁、懸吊系統(tǒng)、平衡重及錨固系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、張拉平臺及底模架組成。掛籃按構(gòu)造形式可分為桁架式(包括平弦無平衡式、 菱形、 弓弦式等)、 斜拉式(包括三角斜拉式和預應力斜拉式)、 型鋼式及混合式四種;按抗傾覆平衡方式可分為壓重式、錨固式和半壓重半錨固式三種。
用掛籃懸臂澆筑施工,除0 號塊及邊跨直線段等少數(shù)梁段用托架施工外,其余利用掛籃施工。每個梁段的混凝土宜一次澆筑,其循環(huán)作業(yè)工序為:掛籃前移、模板就位加固、鋼筋綁扎及管道安裝、混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)生、張拉壓漿,施工周期一般為9 天左右,其施工工藝流程見圖2。
圖2 懸臂澆筑施工工藝流程圖
連續(xù)梁施工最終目標是橋梁經(jīng)過施工和多年運營兩個階段后,該橋梁線形能達到設計線形,因此,在施工中需要設置預拱度,它包括施工預拱度和運營預拱度。
施工預拱度等于本階段至全橋合龍完成,各階段施工對本懸澆梁段立模前端所產(chǎn)生的撓度之和的反號值。主要考慮砼澆筑、預應力筋的張拉所產(chǎn)生的撓度,還要考慮預應力損失、收縮徐變和溫度的影響。運營預拱度理論上等于懸澆梁段立模前端處二期恒載撓度、活載撓度(最大撓度與最小撓度之和的平均值)和成橋后多年收縮徐變所產(chǎn)生的撓度之和的反號值。 由于理論上計算困難,實際施工中,一般取跨中處確定的運營預拱度作為最大值,跨內(nèi)其余各點處按拋物線形式分配。
因此,在施工前應建模計算, 校核計算數(shù)據(jù)并與設計數(shù)據(jù)相比較,施工中,則應據(jù)實測的標高數(shù)據(jù)動態(tài)修正參數(shù)。
為正確反映懸澆梁施工的變位,把梁底標高作為施工控制的目標。 每節(jié)段變位監(jiān)測點從梁底測點經(jīng)腹板引到橋面。 掛籃定位標高按梁底待澆節(jié)段的最前沿橫截面上的測點定位,澆筑完混凝土后,通過測量梁頂預埋的鋼筋頭的標高與此時對應的梁底標高,建立梁底與梁頂測點的標高關(guān)系,這樣已澆梁段的梁底標高便可通過梁頂標高的測量值反饋出來。
懸臂澆筑每節(jié)段施工的標高控制包括四個關(guān)鍵工況:掛籃前移定位標高、立模標高確定、混凝土澆筑后控制標高、預應力張拉后標高。
3.3.1 掛籃前移定位標高
掛籃前移定位標高由四項內(nèi)容組成:①結(jié)構(gòu)成型的設計標高;②結(jié)構(gòu)施工期的預變位,可根據(jù)結(jié)構(gòu)成型線形反饋計算求得;③活載引起的預拋高;④掛籃體系在節(jié)段混凝土澆筑過程中的變形預拋高。定位標高是控制結(jié)構(gòu)線形的關(guān)鍵內(nèi)容,故在掛籃前移的過程中,應保證前吊帶的均勻受力、后吊帶與后錨收緊、控制點定位標高的正確。
3.3.2 立模標高的確定
在連續(xù)梁的懸臂施工控制中,最直接反映施工控制成果的就是對于梁段立模預留標高的準確定位。而立模預留標高的準確定位取決于分階段施工累積撓度的計算值,以及掛籃變形值。在橋梁懸臂施工中,掛籃在承受混凝土梁段重量時會發(fā)生彈性變形。由于掛籃變形使底模板前端的標高發(fā)生的變形在掛籃拆除后不能得到恢復,需要在確定主梁梁段的立模標高中預先考慮其變形,以確保主梁線型的正確。在實際應用中,當前施工階段的立模標高按下式計算。
式中,Hi——當前節(jié)段待澆筑主梁的底模板前端的立模標高;
Ho——當前第i 段待澆筑主梁的底模板前端的成橋設計標高;
Fi——第i 段及后續(xù)所有施工梁段對該點產(chǎn)生的撓度影響值之和,即施工預拱度;
Fg——由于掛籃變形引起的底模板前端的撓度值;
Ft——二期恒載及成橋t 年后由收縮徐變和運營所產(chǎn)生的撓度,即運營預拱度。
3.3.3 混凝土澆筑后控制標高
混凝土澆筑后各控制點的標高,主要用于已建結(jié)構(gòu)狀態(tài)的校核,以便修正已建結(jié)構(gòu)標高的計算值和預測待澆節(jié)段的計算參數(shù),調(diào)整與優(yōu)化成橋線形,控制待澆節(jié)段的施工標高。
3.3.4 預應力張拉后標高
預應力張拉后,應測量結(jié)構(gòu)的標高,并與理論計算值進行比較,從而了解預加力值是否發(fā)生偏差、 預應力的線形模擬是否恰當、預應力損失是否估計正確,以及決定是否修改預加力的理論值等。
4.1.1 撓度測量
(1) 撓度測點布置:箱梁澆筑前,在每個懸澆段距接縫10cm 處箱梁頂面布置3 個高程測點。測點采用短鋼筋制作,底部焊于頂板鋼筋網(wǎng)上,頂部磨圓露出混凝土頂面1.5~2.5cm,采用紅油漆標記 (如圖3)。
圖3 節(jié)段撓度、應力測點布置圖
(2)基準點的建立與校核:利用水準儀及全站儀把高程控制點引至墩頂梁段頂面上,標上明顯標記并保護好。以后的施工均以此點為基準,作為其它水準測量的后視點,得到所測梁頂?shù)母叱?。每一墩頂至少布置兩個基準點,每次測量時應先進行基準點間的相互校核。無異常情況, 每個月應與項目測量組一起對這些基準點進行校核。
(3)測量時間:撓度測量在溫度相對穩(wěn)定、沒有日照影響的情況下進行(一般在夜間20:00~清晨7:00 之間,隨季節(jié)調(diào)整)。
4.1.2 主梁軸線偏移測量
用鋼尺找出前端梁段的中線并做標記,采用坐標計算出節(jié)段端部偏移量:將全站儀架在墩頂梁面中心,后視另一墩頂梁面中心,測出節(jié)段中心所作標記處坐標,用所測坐標計算節(jié)段中心偏位。
4.1.3 墩頂沉降測量
墩頂沉降測量采用全站儀在一側(cè)岸邊設置兩個測站,在每個墩的頂部中間設置一個固定測點,測出墩頂測點的三維坐標,以便得到墩頂標高值。每一測量工況下的沉降為測讀值與初始值的差。 初始值為橋墩剛建成后在氣溫穩(wěn)定、無日照影響時自由狀態(tài)下的測讀值。
4.2.1 儀器設備
埋設鋼弦式傳感器進行應力測量。鋼弦傳感器是一種間接測量儀器,其測試原理是通過測試兩端固定鋼弦的頻率,通過事先標定的鋼弦頻率與其應變的關(guān)系值得到混凝土的應變,再根據(jù)混凝土彈性模量換算出混凝土應力。
4.2.2 測點布設
對于主梁,以測量主梁沿橋縱向應變?yōu)橹?再測量截面的頂、底板布置應力測點(見圖3)。
(1)由于掛籃變形使主梁的標高發(fā)生的變形在掛籃拆除后不能恢復,因此必須先做荷載試驗,取掛籃加荷的試驗曲線以進行準確預測。
(2)在預拱度的設置和立模標高的確定上,將施工預拱度、運營預拱度和掛籃變形分開計算,概念清晰,使用方便。
(3)懸臂澆筑連續(xù)梁橋施工中已完成梁段的誤差幾乎無法調(diào)整,必須合理制定施工步驟,使每個步驟的變形量減小,這樣即使某個施工步驟產(chǎn)生誤差,該誤差在總體變形中所占比例就較小,不至于影響全局。
在橋梁懸臂掛籃施工中,應確保橋梁成橋的線形狀態(tài)滿足橋梁設計線形的要求,保證橋梁處于合理的受力狀態(tài)。因此,要對結(jié)構(gòu)的各施工階段的結(jié)構(gòu)變形和受力狀態(tài)進行合理的計算分析,為施工預拱度的準確預留提供理論依據(jù)。同時在施工過程中,通過撓度、 偏移、 沉降、應力等監(jiān)測,精確控制橋梁線形和受力。
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