浅析T型刚构桥挂篮施工线型控制

2011-10-18李井

大众科技 2011年6期

关键词：挂篮梁体腹板

李井

（广西阳鹿高速公路有限公司，广西桂林 541004）

浅析T型刚构桥挂篮施工线型控制

李井

（广西阳鹿高速公路有限公司，广西桂林 541004）

以桂林马家坊漓江大桥为背景，通过现场施工桥梁的测量、结构受力动态分析、施工工艺的控制，提高了线形预测的精度，可为同类型桥梁的施工提供参考。

大桥；连续刚构；线形控制；施工

桥梁施工是桥梁建设的关键环节，桥梁施工技术的高低则直接影响桥梁建设的发展。随着交通事业的发展，桥梁建设任务将更加艰巨，施工难度越来越大。为实现设计目标而必须经历的施工过程中，将受到许许多多确定和不确定因素(误差)的影响，如何对施工状态进行实时识别(监测)、调整(纠偏)、预测，使施工系统处于控制之中，这对设计目标安全、顺利实现是至关重要的。

（一）工程概况

马家坊漓江大桥，主桥上构采用 57+96+57m三向预应力混凝土连续刚构箱梁，每幅主梁为单箱单室直腹板变高度箱梁，桥轴线梁高由根部5.5m，按二次抛物线Y=0.015X2+2.5m变化到跨中2.5m，箱梁顶板宽14.58m，底板宽7.0m，两侧悬臂板宽 3.79m；箱梁底板厚度由根部 0.8m，按二次抛物线Y=0.00129X2+2.2m，变化到跨中0.3m，腹板厚度由0.7m变化到跨中0.4m，抛物线顶点位置均为跨中合拢段处。该桥的箱梁外观抛物曲线美观实测高程曲线与目标曲线基本吻合，平面偏差较小，单幅 5个截面的应力实测结果与有限元计算结果吻合。可概括为施工过程中同时施展的施工监测控制和施工工艺控制。

（二）施工监测控制

大桥主梁线型测量包括高程和平面测量，测量结果经过与计算模型的分析对比，运用最小二乘法和卡尔曼滤波调整及优化计算模型的物理参数，从而预测出以后各节段的预抛高，并用以指导施工。

1.高程及平面位置测量点的放置和工况测量

根据需要，分别在大桥主梁中墩12#墩和13#墩的0#块梁面设好控制点，作为箱梁高程的临时水准基点又作为主轴线平面控制点。每一节梁段横断面位于梁端中心线两侧（顶板与腹板交角上），距离梁块前端10cm处设2个高程（挠度）观测点，且每一节梁段模板底板上（腹板处）设定 2个角点用于立模标高测量，平面位置的观测点设在箱梁顶板的两侧翼缘处。

以上各观点见图1。

图1

混凝土预应力箱梁结构在悬浇过程中，每一节段均按下述三个施工阶段的基本工况循环推进：①挂篮前移、立模；②混凝土浇筑、养生；③预应力钢束张拉。因此，现场施工监测分别对上述三个工况：挂篮前移后、混凝土浇筑后（预应力张拉前）、纵向预应力张拉后进行高程、坐标的跟踪测量。测量时间选定在每一工况结束后4～8小时，同时，在每一施工阶段，各工况测量时的温度变化不能太大且应采取以克服温度变化的温度回避的方法，因此，测量一般在 7：00以前和18：00以后进行。相应对应力测试截面，埋入箱梁截面上下缘处的钢弦式应力计也按上述三个工况进行应力跟踪测量，直至全桥竣工。

2.高程（挠度）监测控制与结果

为了消除日照和温差引起的梁体不规则变化，高程测量应在温度变化小、气候稳定的时间段即早上7：00之前完成。并将实测高程与目标高程（根据设计高程、恒载与 1/2活载引起的挠度值以及考虑五年收缩徐变的变化值而确定的）进行对比，得出完成节段实测高程与目标高程的偏差，从而综合分析、判断，确定下一节段预抛高值并发出指令。

3.平面监测控制与结果

由于梁体受混凝土徐变、施工偏差、预应力张拉中局部集中力的影响等因素，容易造成梁体产生局部变形或引起整个梁体偏离桥中心线。为了保证顺利合拢，大桥平面位置采用全站仪进行测量、复核。在施工过程中尤其对挂篮前移就位定位和模板安装的工序检验严格，很好的控制了梁体中心线的准确性。监测结果左、右幅桥的中心偏位值都很小，最大偏位值分别为3.0mm和4.3mm，满足设计与规范要求。

4.合拢段监测控制与结果

挂篮悬臂施工桥梁的合拢段是监测精度的关键部位，合拢段的测量数据能够从侧面反映桥梁施工控制的结果和桥梁的应力状态。马家坊漓江大桥 57+96+57m连续刚构箱梁，先边跨后中跨合拢，左右幅共 6个合拢段。各个合拢的监测控制结果，其合拢精度较高，一般为±1～3mm偏差，仅右幅中跨合拢段中最大偏差为5mm，满足设计与规范要求，为大桥打造了合拢后的成桥线型、应力状态转换的良好基础。

（三）施工工艺控制

连续刚桥上部主要受力构件为梁，反映其受力的因素为截面内力。对于梁来说，通常起控制作用的是截面上下缘的正应力。施工质量影响预应力构件截面的抗弯能力，梁体受力及线型，因此关键工艺无序、措施失控，必导致结构中某些部位的应力储备不足或过大，高程（挠度）出现异常变化，从而形成线型偏离，甚至形成安全隐患。

1.挂篮、立模方面控制要点

（1）0#块上组装完毕的施工挂篮（菱形挂篮，自重40t），按最大梁段重量的 40%、100%及 120%作分级加载的承重预压实验，以消除非弹性变形，测出弹性变形值，绘出分级加、卸载与位移的关系曲线，最终为立模标高提供预抛高值的数据考量。

（2）T构两端挂篮应同步前移，速度宜控制在0.10m/min内，不同步差一般为40～100cm，最大不得大于1/2梁段（梁段长度 3m、4m）。。

（3）挂篮就位后，即可进行测量放线和工况监测。当底模、外模调整到监控指令的“立模标高”后，即可绑扎钢筋，安装波纹管和内模作业。

（4）挂篮底盘的前吊杆、后吊杆和挂篮桁架后锚点等安全可靠性必须检查确认，挂篮底盘紧固牢靠，在砼浇筑过程中挂篮悬吊系统、行走及锚固系统任何锚固点不得产生任何松动，以确保施工状态稳定。

2.砼浇筑方面控制

（1）C50混凝土输送导管泵送，塌落度18±2cm，，强制式搅拌机拌合 2～2.5min，泵送间隙允许时间掌握在 15min左右，因故停息最多不超过半小时。

（2）按照“底板—下承托和腹板—上承托和顶板”自下而上的顺序，采用水平层次方法，分层浇铺、振动棒振捣，并要注意关键部位如：波纹管下方、锚垫板与弹簧筋部位、腹板与底板交汇处、梁段竖向接缝面的砼，加强振捣密实。

（3）维持T构的对称平衡、同步连续浇筑砼的交叉作业中，两端挂篮允许一定的不同步差约≤30%载重，须注意先后紧跟连续浇筑，上下层砼衔接须于砼初凝时间内完成，因砼拌合物掺有缓凝剂，可充分利用较长的缓凝时间里，主墩两端挂篮按照交叉往返的程序步骤分别进行两个梁段砼浇筑。

（4）砼内、外模脱模时间，最好在砼达到张拉强度时脱模，但因梁端施工缝凿毛需稍提前进行，而早强砼在模内养护时间又不宜太短（模内养生有利于砼弹性模量增长），故此定为在气温30oC左右的脱模时间不小于60小时。如果过早脱模（过早模外养生），即使达到砼早强要求，但弹模滞后很多，很可能增加张拉后预应力的损失。

（5）梁段砼尽量不设水平施工缝，完成一次成型浇筑，如果分次浇筑，上下部分的两期砼其弹性模量、水缩、徐变等物理力学性能差异较大，不利于整体质量。

（6）梁段施工过程中，要尽量避免不平衡的施工荷载或其集中荷载作用对箱梁线型挠度的影响。

3.预应力张拉方面控制要点

（1）确保锚下设计控制应力的足够、稳定建立，是张拉工艺宗旨。因张拉流程中，钢束按张拉吨位负荷并锚固后，其实已经发生了锚口摩阻和千斤顶段的张拉应力损失，即预应力的锚固值不等于张拉值，为此，一般都采取多张拉2～3%δk的措施，用以克服锚口摩阻和千斤顶部分的应力损失，因此，施工方案措施上应有多张拉策划来维持锚下应力的稳定建立，具体量化为锚固持荷时间控制，如张拉流程达100%控张应力时，纵向预应力束长30m以内的锚固持荷时间为2～3分钟，束长30m以上的锚固持荷时间为3～4分钟；横向、竖向预应力锚固持荷时间为2分钟。

（2）切实预防克服竖向预应力筋的预应力损失较大、损失较快以及容易堵管压浆不通的张拉、压浆通病。由于精扎螺纹钢筋的材质性能和锚固系统都远不如低松弛高强度的钢绞线和钢绞线的锚夹具，且又是竖向施加预应力，所以竖向预应力容易损失且损失很大，故张拉要求一是张拉时需进行反复张拉后锚固，二是张拉后隔2～3d按10%抽检频率进行复拉检查，合格后24小时内压浆。竖向预应力管道安装要特别注意压浆管、排气孔和锚垫板的细心处理，此外竖向预应力的张拉，压浆都不宜过迟，否则都会导致梁体复合抗荷能力削弱，所以要求梁段施工延伸时，只要未被挂篮轨道遮压并有张拉条件的，都应即时进行，避免竖向预应力滞后很多。

4.合拢段施工控制要点

（1）除中跨合拢段采用吊架模板外，主桥边跨直线段、合拢段均采用支架上现浇的方法：现浇梁支架搭设不可单凭经验运用，必须结合施工实际进行支架杆件的强度、刚度和整体稳定性验算，且还应根据实际情况针对边跨施工特点重点实施了支架结构的功能性强化：

①因现浇直线段为8m长度，则混凝土本身收缩和环境气温、日照等因素作用下的变形自由度都较大，为了适应梁段纵向变形的位移滑动，减少梁底平面摩擦，在无条件设置底模元钢类滚动装置的情况下，除底模板采用钢板打磨光洁涂油外，并在底模板安装前于支架上模板下的承托纵梁型钢面上涂满黄油，并当砼强度达2.5MPa后，拆除侧向模板，以减少梁体纵移阻力。

②按设计预应力钢束的布设，待边跨合拢段砼浇筑后，边跨直线段和边跨合拢段纵向预应力束一起进行的一端张拉，则形成在梁体固定端上对梁体自由段（边跨直线段+合拢段=10m），进行纵向张拉施荷。很显然，须对边跨合拢段 2m和连接边跨直线段中的3m共5m范围的支架进行特殊加固，即此范围的纵向、横向立杆最大间距不超过60cm，横杆间距不超过1m，并加设纵横向剪刀支撑。

（2）合拢段施工的配重与置换：每幅箱梁2个边跨合拢段，1个中跨合拢段，合拢段长度均为 2m，合拢施工顺序为先边跨合拢，最后中跨合拢。由于边跨合拢段在落地支架上施工，且主墩与箱梁系 T型刚构，0#块既无支座结构又未设临时托架支撑，故于边跨合拢口的两端不设配重，仅在中跨合拢段考虑施工压重平衡和配重置换：

①因中跨合拢段的吊架模板是利用挂篮底盘和侧模，在合拢口两端的梁段底板上预留底盘吊杆孔，从而不另设吊架系统，据吊杆螺栓位置需要而将挂篮向前移动2.95m，同时以0#块为中心，箱梁最大悬臂长度47m，挂篮自重40t，其中底盘侧模重5t，按照力矩平衡计算，则另一副挂篮从原来位置后退5.69m，以求挂篮压重平衡。

②在中跨合拢前，于合拢口两悬臂端的对称位置，配置临时水箱注水，即按 1/2合拢段梁重配重压载（22.5t），浇筑合拢段砼时，根据砼浇筑量，一边浇砼，一边从水箱中放水，直到砼浇完，水也放光，即在砼浇筑过程中，同时分级卸载，确保合拢段处于稳定施工状态。

（3）边、中跨合拢段施工均采用体外劲性骨架，设计为底板及顶板上靠腹板承托，各2根长度3m的2I32a组焊钢支撑，现场利用既有型2I25a叠焊替代I32a。为缩短劲性管架安装焊接时间，分 2次完成，合拢前将每根劲性管架的一端事先焊好，待合拢时间一到，再焊接固定另一端（安排 2台焊机，快速焊接），劲性管架焊接完成即是实际意义上的合拢。

（4）边、中跨合拢段施工均设置临时锁定束，为了改善合拢前后结构的受力情况和合拢段的变形协调，除按设计位置安装劲性骨架外，当劲性骨架焊接完毕后，及时张拉一部分连续预应力钢束作为临时锁定束，确定张拉 4束合拢束中最短的钢束，按照张拉控制应力20%（即束力50t）进行张拉，边跨合拢2×2束，中跨合拢2×2束。

（5）边、中跨合拢段砼浇筑：由于砼的收缩、徐变及湿度场的影响（如日照不均匀、昼夜温差大等），在合拢段的前后结构和合拢段砼相应要产生各种变形和内力，尤其合拢后结构体系的变化，其变形因素在箱梁中引起的内力易使合拢范围内砼开裂。为了使合拢处变形协调、改善内力作用的不利影响，必须确定最佳合拢时间和采取利于合拢的辅助措施：

①确定最佳合拢时间。须在当天温度最低的时间段浇筑合拢段砼。从温度曲线可知，箱梁体温变化的规律是箱外气温降低时，首先是底板温度降低，此时腹板、顶板温度随之降低，但与底板或相互间仍存在一定的部位温差，而具体合拢时间的择定，并非要求梁温和气温为同一最低温度，而是在稳定的低气温条件下当底板、上游腹板、下游腹板和顶板的温度虽然都与气温相差1℃左右但都趋于稳定，则气温、梁温相对较低且较稳定的时间即为最佳合拢时间。

②辅以预前降温措施。为了有利于梁体降温，在合拢前一天开始对合拢段两端不少于 3个相邻梁段，采取土工布覆盖洒水的办法来减少日晒的影响。

③合拢段采用 C50超强、早强砼，砼配制时较原配合比（C50）提高一级强度等级进行施工配料，且普硅 52.5水泥限于500kg/m3内，使砼2d强度达到设计强度的75～80%。为了减少砼收缩，严格控制用水量，出料口砼塌落度控制在15～18cm内，并加强砼早期养护，保持不少于7d的潮湿状态。

④合拢段砼浇筑与合拢段相邻梁体的施工间隔时间最短不少于2d，边跨合拢前首先是边跨直线段砼已完成至少有48小时左右的时间，留给直线段自适应昼夜温差的伸缩微变，微变稳定状态下再浇筑边跨合拢段砼。当边跨合拢后，主墩上的单 T完成第一次体系转换，即形成有一端支座的刚构悬臂梁，为此中跨合拢前，当边跨合拢段预应力张拉后，至少应有48小时左右的间隙时间，让悬臂梁的固定端或活动端支座参与工作且纵向基本稳定后，再浇中跨合拢砼，继而完成预应力张拉，实现全桥连续刚构箱梁体系转换。

⑤砼强度达到设计强度90%后，宜尽早对合拢段预应力钢束按设计图边跨、中跨合拢束第一批、第二批张拉顺序，并及时压浆。而后解除体外劲性骨架的一端，然后全面拆除。