连续刚构桥梁悬臂浇筑施工技术及监测控制措施分析探讨
1引言
连续刚构桥梁是一种超静定结构,理想的几何线形不仅与设计有关,而且依赖于科学合理的施工方法及控制。由于箱梁在悬臂施工时受混凝土自重、日照、温度变化、墩柱压缩等因素影响而产生竖向挠度,混凝土自身的收缩、徐变等因素也会使悬臂断端发生变化。如何通过对施工时浇注过程的控制以及梁底标高调整来获得预先设计的几何线形,是连续刚构桥梁施工的关键问题。
2工程概况
某大桥为大跨径连续刚构桥其“T”构部分跨径布置为66m+120m+66m,混凝土强度为c55,本桥墩身高度为54m和54.5m,箱梁结构形式为单箱单室箱梁,采用三向预应力,结构示意图见图1。
3连续刚构桥梁挂篮悬臂浇筑施工技术要点
3.1桥梁总体施工方案
挂篮悬臂浇筑法施工是将整个梁分成若干节段分次浇筑,并且主墩两侧的对称节段的重量和长度相等,浇筑砼时对称进行,其中主墩上的O#节段用支架法现浇硷,边跨有9.0m长的不平衡段用支架现浇,其余节段用挂篮悬浇法施工;合拢时先边跨,后中跨。挂篮为可顺桥向滑移的移动式钢模板,由于梁高是变化的,因此挂篮的底模、侧模和内模是分离式的,以便于按设计截面尺寸调节。
根据设计和实际情况按以下施工顺序进行,见图2。
在悬臂浇筑施工过程中主墩与箱梁要通过临时支座固结形成T构,在合拢后要拆除临时固结转换结构体系。而在本工程中支座为可滑动(小位移)的盆式橡胶支座(即铰连接),如果以此条件施工可能在悬臂浇筑时由于不平衡的影响造成梁体倾覆或其他形式的破坏。
因此,为使施工过程安全和有效控制,在主墩顶的橡胶支座大小里程方向分别加上一排刚性临时支座,并用精轧螺纹钢在临时支座处将O#块与主墩连为整体,变成临时刚性结构。
3.2各梁段混凝土悬臂灌注施工技术
各梁段混凝土的悬臂灌注施工,采用泵送,坍落度控制在14mm～18mm之间,并应随温度变化及运输工具、时间以及浇筑速度作适当调整,其主要注意事项如下。
1)梁段各节段混凝土在灌注前,必须严格检查:挂篮中线,底模标高;纵、横、竖三向预应力束管道i钢筋、锚头、人行道及其他预埋件的位置,认真核对无误后方可灌注混凝土。箱梁各梁段立模标高=设计标高+预拱度+挂篮满载后的自身变形,其中徐变对挠度的影响除作计算分析外,还应作现场徐变试验对比,以使徐变系数取值更加符合工程实际。此外,后浇筑的梁段应在已施工梁段有关实测纪录结果的基础上做适当调整,逐渐消除误差,保证结构线型匀顺。
2)为了节约时间,每个梁段混凝土浇筑采用一次灌注成形,以减少接缝,保证混凝土浇筑质量。浇筑顺序为:先底板一次腹板一最后顶板。混凝土浇筑宜从挂蓝前端开始,以使挂蓝的微小沉降变化大部分完成,从而避免新、旧混凝土间产生裂缝。
3)各节段预应力束管道在灌注混凝土之前,应在波纹管内插入硬塑料管作为衬垫,以防管道被压瘪。管道的定位钢筋应用短钢筋做成井宇架,并于箱梁钢筋网妥为固定。定位钢筋网架间应保持在0.5m～0.8m左右,以防混凝土振捣过程中波纹管上浮,引起预应力张拉时沿管道法向的分力,使梁体内力不合理,从而致使混凝土产生崩裂甚至酿成事故。
4)施工时应在挂篮上设置雨棚或采取遮盖措施,及时进行养护,避免混凝土因日晒雨淋影响质量,冬季施工应备保温设施。必要时配备保证全天候施工的设施,以提高作业效率和保证施工质量。
5)梁段混凝土灌注完毕之后,立即用通孔器检查管道,及时处理因漏浆等情况出现的堵管现象。
4桥梁挂篮悬臂浇筑施工过程中的内力、线形控制措施
本项目施工控制的目的就是通过在施工过程中对桥梁结构主要控制断面的变形和应力变化进行实时监测,并根据监测结果对下节模板提供数据预报,利用修正后的计算模型确定下节段合适的立模标高,重复循环,以此来保证结构在建成时达到设计所希望的几何形状以及合理的内力状态。同时,在施工过程中保证结构的安全。
4.1施工控制理论分析
在对大桥各施工阶段实施控制时,将其简化为平面结构,各节段离散为梁单元,全桥离散成110个单元,主梁为78个单元,并且在关键的悬臂1/4位置和合龙段中心处设置截面,采用节点力模拟挂篮悬臂施工和采用桥梁专业分析软件桥梁博士3.0进行分析,两个主墩底部为固定支座,两边跨粱端视为活动铰支座由于主桥合龙前后结构体系将发生转变,即由对称的单“T”静定结构转变为对称的超静定结构,故在合龙前,只需取单“T”分别进行调整离散后的结构图如图3所示通过软件离散分析后,以成桥状态为理想状态,倒拆分析得到各个施mm况下的理论应力和变形,对比实测值,实时调整。
4.2挂篮悬臂浇筑施工监控的内容
本大桥的施工监控主要内容包括施工工程内力的监控和线形的控制。
内力的监控主要是在控制断面埋置钢弦式应变仪器,控制断面包括桥墩的墩顶和墩底,主梁的根部截面、1/4截面和合龙段中心截面。在每个关键施工工序实时测出控制断面的应变,根据公式计算出应力。
线形的控制主要以成桥状态为目标,推算出各个施工关键工序的标高预抛高值,计算出各个关键工序的标高,控制现场立模放样整个控制过程采用自适应控制方法,即通过大量的测量实测值和理论值的比较,逐渐掌握误差变化规律。修正控制参数,从而更好控制下一步施工。
大跨径连续刚构桥的悬臂较长,拱度受外界因素影响较大,对其施工控制中线形的控制尤为重要。连续刚构挂篮悬臂施工的关键工序有立模、混凝土浇筑完成、预应力张拉完成这三个施工工序。采用以成桥状态为理想状态,先倒拆分析出各个梁段的预拱度值,再前进分析节段位移值,叠加设计标高,得到三个工序的理论标高。
1)立模标高。设计标高是最终经过施工中施工荷载、成桥后汽车荷载、收缩徐变后梁体应该达到的理想标高,而这个过程中每个梁段要发生的累计位移值的反号就是该梁段在立模时应该考虑的预抛高值,即预拱度。还要考虑挂篮引起的变形值,因此每个梁段的立模标高计算式:
2)混凝土浇筑完成后标高。立模标高计算
时。挂篮变形是考虑挂篮在浇筑混凝土工程要发生向下的位移而预提高的值,在挂篮变形考虑准确的情况下,混凝土浇完后则完全自动抵消因此混凝土浇筑完成后标高计算式:
3)预应力张拉完成后标高预应力的张拉是在混凝土养护一定时间、混凝土达到设计强度的85%以上后进行的张拉后的标高是在混凝土浇筑完成后的基础上叠加由预应力张拉引起的节段位移值,而在对模型的前进分析中,可以得出由预应力张拉引起的节点位移值,因此张拉后理论标高计算式:
式中:H3为预应力张拉后的标高:W3为预应力张拉引起的位移值
4)实际立模标高。实际监控过程申就是通过对比实际节段完成标高H3’和理论完成的标高H3,得出节段完成的标高误差,并且对误差进行分析,在下一节段施工立模时对误差进行消除,因此实际立模标高计算时应考虑上一节段的误差修正值△,即
5)考虑温度影响如果立模不能安排在早上日出之前进行,应考虑温度的影响,温度影响的处理一般有以下两种方法:第一种是全天24h测量梁段标高,掌握标高随温度的变化规律,近似按照线形预测出每摄氏度变化下的标高变化,立模时实测温度在立模标高考虑上温度影响值这种方法有滞后性,不能确切地把握立模这个时间温度影响下的挠度变化,应对标高进行复测。第二种是用相对标高立模在立模的时候实测前一节段的实际标高,叠加上前后两个节段在立模时设计温度下的标高差就是后一节段立模时的标高这种方法能够基本剔除掉温度对标高的影响,但是应该考虑前一节段在完成时本身与理论值之间存在的误差
4.3应力监控结果及分析
成桥后,通过测量控制截面的应力,能反应结构的受力情况。从施工到合龙,1号墩主梁边跨、中跨根部截面应力变化;2号墩主梁边跨、中跨根部截面应力变化分别。
从施工到合龙,控制截面的应力均在安全范围内。1号墩应力变化接近理论应力,且略大于理论应力2号墩主梁中跨根部截面应力变化平稳,但边跨应力变化有波动。
4.4线形监控结果及分析
通过实时监控调整,最后全桥合龙误差为7mm,成桥线形与目标线形基本吻合。表1中列出了2号墩各块件完成后实测标高和理论标高的比较。
4.5张拉预应力筋底板开裂控制措施
大跨径连续刚构桥梁高从桥墩到跨中一般呈曲线变化,这样底板纵向预应力筋在立面上形成弯曲。当张拉底板预应力筋时,就会对底板底层钢筋形成压力,对顶层钢筋形成拉力这样预应力筋的一个径向外崩力是造成裂缝的主要原因。
分析同类桥型出现的裂缝情况,主要是底板横隔板布置太疏,且厚度不够,底板箍筋间距较大,横向预应力束未张拉到位所以在本大桥施工过程中,严格控制了横向预应力的张拉过程,并且加密了箍筋间距,让箍筋产生的拉应力抵消预应力筋的径向力。严格控制截面尺寸,保证底板厚度与设计尺寸相符。在关键部位合龙段,分批张拉底板预应力,同时在合龙段底板箍筋上安置应力计,每次纵向预应力张拉后测试箍筋上拉应力的变化,保证预应力张拉到位,合龙段两端标高也通过监控使高差最小,避免预应力束产生折线引起对底板的集中力。
本大桥完工后,底板未出现开裂情况,可见这些措施的应用取得了很好的效果。
5结语
综上所述,连续刚构桥梁施工控制中线形控制要对结构参数和桥梁施工过程精确把握,准确计算出预拱度值。准确提供立模标高,同时对施工过程每个阶段的误差实时调整;应力控制要把握好控制截面应力变化幅度和趋势,对可能出现超限应力的情况进行提前预测,及时纠正施工方法。
施工过程中,施工监控单位对前期桥梁模型进行了详尽的分析,为立模标高的准确提供奠定了基础:现场监控人员实时反馈施工信息和数据,为参数识别调整和分析解决问题提供了科学依据。实践表明,严密的监控流程和施工过程中专业的监控分析是大桥顺利完工的有力保证。
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