宜万铁路叶溪河大桥梁部线形控制技术

2010-08-03杨孝成

铁道标准设计 2010年8期

杨孝成

(中铁十四局集团有限公司,济南 250014)

1 工程简介

新建宜万铁路叶溪河大桥全长 395.9m,1号、2号墩墩高 93.5m,上部结构为(70+108+70)m一联三跨预应力混凝土变截面连续箱梁和 4孔 32m后张法预应力混凝土梁。箱梁横截面为单箱单室直腹板,箱梁顶板宽 10.7m,底板宽 5.7m。连续梁桥主梁按双线Ⅰ级铁路设计,采用三向预应力体系,全预应力混凝土构件。全桥共分 63个梁段,中支点 0号梁段长度13m,挂篮悬浇梁段长度分成 3.0、3.5、4.0m和 5.0 m,合龙段长 2.0m,边跨直线段及合龙段共长 7.70m,最大悬臂浇筑块体重1484kN。0号块采用预埋托架法施工,其余梁段采用挂篮悬臂对称施工。该桥为宜万铁路 25个重点工程之一。

2 挂篮施工时的线形控制和监测

2.1 线形控制基本原理

线形控制基本原理是根据计算提供梁体各截面的最终挠度变化值(竖向变形),设置施工预拱度,据此调整梁体模板安装时的前缘高程。

第 i梁段的实际立模高程

Hlmi=Hsji+Hypgi+fgl

式中,Hlmi为 i梁段的立模高程;Hsji为 i梁段的设计高程;Hypgi为综合各种因素影响增设的施工预拱度;fgl为挂篮变形值。

Hypgi值根据以往施工和控制经验,主要因素有以下几方面:

(1)各梁段自重在 i梁段产生的挠度总和;

(2)张拉各梁段预应力在 i梁段产生的挠度总和;

(3)混凝土收缩、徐变在 i梁段引起的挠度;

(4)施工临时荷载在 i梁段引起的挠度;

(5)使用荷载在 i梁段引起的挠度。

2.2 监控目的及主要内容

2.2.1 监控目的

(1)采取科学有效的措施对箱梁挠度实施监控,预测分析、实时调整,以达到大桥实际线形尽可能地吻合设计线形。

(2)通过在箱梁、主墩关键部位埋设应力传感器进行大桥应力监控,确保大桥的安全施工。

2.2.2 监控主要内容

(1)箱梁高程监控;

(2)箱梁平面线形监控;

(3)箱梁和薄壁墩控制断面应力监控;

(4)温度监测;

(5)材性试验;

(6)管道摩阻损失的测定。

上述 6个方面监控以箱梁高程监控和应力监控为主。

(1)箱梁高程监控

主桥箱梁高程控制是线形控制的重点之一。高程控制的目标是准确提供每一个箱梁节段的立模高程。由于悬臂施工中箱梁挠度受混凝土容重、弹性模量、收缩徐变、日照温差、预应力、结构体系转换、施工荷载和桥墩变位等因素影响,导致箱梁计算挠度与实测挠度有差异,因此,实际立模高程应根据挠度实测结果,进行参数识别,正确分析每一个影响挠度的因素后给出。对于影响因素的“灰色”部分,若不能正确分析,则采用预测分析手段,如灰色理论或线性回归方法。

本桥高程控制精度为:箱梁施工完成后裸梁顶面高程与对应设计高程高差＜±3cm;箱梁合龙前合龙段两侧箱梁相对高差＜1.0cm。

(2)箱梁平面线形监控

主桥平面线形监控主要是监控每施工一个箱梁节段,桥轴线实际平面坐标是否与设计平面坐标吻合。平面线形控制的精度要求为:桥轴线平面偏差＜1cm。具体测量要求:测距精度 ±(2mm+2ppm);测角精度±2″。平面线形控制属常规测量监控,比箱梁高程控制要简单,因为影响因素相对少,容易控制。主桥平面监控测点设在箱梁顶面中心。

(3)箱梁和薄壁墩控制断面应力监控

主桥应力监控主要是确保大桥的安全施工。应力测试断面布置如图1所示。

图1 测点布置示意

测点断面设在箱梁根部和薄壁墩根部 2个最不利位置上。全桥应力测点布置 2个主墩共 2个测试断面,每个断面上 8个测点,全桥主墩测点共 16个;上部箱梁共 4个测试断面,每个断面上 8个测点,全桥箱梁测点共 32个;全桥总计测点 48个。箱梁顶、底板上的测点均按纵桥向水平布置,腹板上的测点纵向按 45°方向布置;墩顶、底断面测点均按竖向布置。测点采用质量可靠、性能稳定的钢弦式传感器。

2.3 施工中的线形控制

2.3.1 节段混凝土施工线形控制

设计要求采用两组挂篮对称进行,对称移动,浇筑混凝土时,对称浇筑梁段的不平衡重不得大于 1个梁段的底板重力。施工中采用泵送混凝土至 0号块时,设置三通泵送管向两端分流,分流支管内设置活动插板,可随时调节两端混凝土的入模速度,较好地解决了平衡、对称浇筑问题。此外,在梁段混凝土浇筑时,还需要尽量保证两侧腹板内混凝土的均匀浇筑,防止偏重倾斜。控制浇筑混凝土时的自由下落高度在 1m范围内,以尽量减少冲击荷载的影响。

2.3.2 节段预应力张拉施工线形控制

根据设计要求,在节段混凝土强度达到设计强度的 90%后,按照先张拉纵向预应力束,再张拉顶板横向预应力束,最后张拉腹板内的竖向预应力筋的顺序进行。张拉过程中遵循对称张拉的原则,既要尽量保证悬臂两端张拉作业的同步进行,又要使箱梁两侧的预应力束尽量对称张拉。本桥施工中采用 4台千斤顶对箱梁两侧和 T构两端同时分级张拉。预应力张拉采用张拉力和伸长值双控,实际伸长量控制在设计要求范围内。

2.3.3 挂篮行走过程线形控制

在箱梁腹板两侧设辅助线,该线平行对称,行走时轨道中心在辅助线中线上,桥轴线轨道中心线的延长点采用经纬仪控制,挂篮就位后用全站仪对挂篮中线及翼缘板边线重新进行复核,并进行调整,保证使挂篮走行到位后的中线位置与即将灌注施工梁段的中轴线偏差在 5mm内。挂篮行走按左右对称原则,整体均衡缓慢滑移。控制两端挂篮的走行距离偏差在 0.5m以内。

2.4 施工中的线形监测

施工线形监测主要进行高程监测控制和平面线形监测控制。为此特成立线形控制小组,由施工、监理、监控等单位抽调有关人员参加。其中,施工单位负责原始数据采集和具体施工放样,监控单位负责数据的分析和整理,并提供下一节段梁体施工放样的数据,监理单位负责具体数据的检查和核对,监测工作分梁体节段施工监测和全桥联测 2种。

2.4.1 梁体节段施工监测

在 0号块梁顶设置控制点,每节梁段距前端 50 cm,按左、右对称设置 2个高程观测点(腹板中心),梁顶中部埋设钢板并在板顶划十字丝,作为梁体轴测控制观测点。为减少观测数据离散性,对观测点需要做明显标识并注意保护。在梁体施工中跟踪观测 3种施工工况,即挂篮走行后、预应力张拉前、预应力张拉后。获取正在施工的梁段和已成梁段在每种工况下的变形值,与理论计算值进行比较、分析后,提供较合理的施工立模高程。

2.4.2 全桥施工联测

联测是将已完成的悬臂施工段线形情况进行全体监测。本桥施工联测从 5号块开始,在每次联测时,都需要复测 0号块梁顶的施工控制点。联测结束后,需分析比较各梁的变形情况和两合龙悬臂段变形偏差情况,及时调整未施工梁段的立模高程和中轴线位置,以满足最终合龙精度的要求。

2.5 合龙段施工线形控制

(1)合龙段的施工线形,受各施工梁段线形误差积累、施工时外界环境温度变化和预应力张拉的影响。梁体合龙段按先边跨后中跨的顺序进行施工,合龙段混凝土施工采用力矩平衡法施工。

(2)为了减少外界环境温度变化对悬臂端合龙精度的影响,合龙段混凝土浇筑选择一天中温度最低时进行,在施工当天及其后 3d内,合龙悬臂梁体顶面和箱室内应进行洒水养护并覆盖降温。

2.6 合龙段施工监测

连续刚构桥合龙段的施工是悬臂施工的最后环节,非常关键。合龙段的施工过程中,由于昼夜温度变化、新浇混凝土的早期收缩,已完成结构混凝土的收缩、徐变及新浇混凝土的水化热的影响,结构体系的变化以及施工荷载对尚未达到强度的合龙段的混凝土的质量有直接影响,因此,必须重视合龙段的构造措施及施工控制,使合龙段与两侧梁体保持变形协调,在施工过程中能传递内力,确保施工质量。

2.6.1 边跨合龙段高程控制

当悬臂施工的各个节段浇筑完成后,下一道工序是合龙段施工。对于边跨合龙段,一端是悬臂施工的13号块,另一端是边跨现浇段。边跨合龙段高程监控的关键是准确提供边跨 13号块的立模高程,因为现浇段箱梁先于 13号块施工。

边跨现浇段采用落地支架施工,支架存在弹性变形和非弹性变形。虽然采用压重方法消除支架的非弹性变形,但不能完全消除。根据预压结果取支架的弹性变形为 H1,非弹性变形为 H2,那么现浇梁段端部的施工为

H立模高程=H设计+ΔH+H1+H2

式中,ΔH为根据边跨箱梁位置进行预测后的调整值。

边跨箱梁 13号块立模高程的确定,仍然采用公式:Hlmi=Hsji+Hypgi+fgl,只是立模高程的预测需要从11号块开始实施,否则很难预测准确。

边跨合龙段施工在吊架上进行。为使合龙后主梁受力有利,箱梁悬臂端加配重。配重为合龙段混凝土一半的重力。

2.6.2 中跨合龙段的高程控制

边跨合龙后,接着进行中跨合龙段施工。本桥中跨 13号块高程的提供由监控单位在充分考虑边跨合龙后、加中跨配重、中间顶推施工等施工环节和可能出现的偏差基础上,经过周密计算分析后给出。

本桥施工中,实际高程与理论高程误差在 1cm范围内,且中跨两侧高程控制在 1cm内;中跨合龙时,两侧各配中跨合龙段混凝土一半的重力,混凝土浇筑时同时卸载,保证合龙段两侧悬臂的平衡。

2.6.3 中跨水平顶推施工

在边跨合龙和中跨合龙前均在中跨施加向边跨的水平顶推力,其作用为调节主墩内力和增强抵抗长期收缩徐变挠度。施工具体要求如下。