天峻路高架桥施工控制研究

2011-10-26景亚群中铁十三局集团第五工程有限公司四川成都

中国科技信息 2011年8期

关键词：号块预拱度悬臂

景亚群中铁十三局集团第五工程有限公司，四川成都

天峻路高架桥施工控制研究

景亚群中铁十三局集团第五工程有限公司，四川成都

结合天峻路高架桥施工控制实践，介绍了大跨径连续箱梁桥悬臂浇筑施工监控的目的和意义，并对此桥的监控结果进行分析，施工数据表明该特大桥的施工监控方法和计算方法的有效性以及合理性。

施工控制;预拱度;线形 ;应力

1、工程概况

天峻路高架桥是西宁过境公路西段项目的特大型桥梁，桥址区位于北川河河谷平原上。本桥结构形式为预应力混凝土变截面连续梁桥，桥跨组成为:68m+100m+68m，边中跨比为0.68。主墩处梁高5.8m，跨中及端部梁高2.4m，箱梁高度按1.6次抛物线变化。箱梁采用单箱单室截面，顶板宽13.0m，底板宽6.0m,翼缘悬臂长3.5m。全桥除在梁端及0号块处设置横梁外，其余位置均不设置横隔板，0号块横隔板厚60cm,端横梁厚150cm，箱梁顶板设横坡。上部结构采用对称悬臂浇筑法施工，采用纵、横、竖三向预应力体系。梁段划分为:0号梁段长4.0m,1号梁段长3.0m, 0、1号梁段在支架上浇筑，悬臂浇筑梁段为2～14号梁段，长度分别为8x3.O+5x4.0m，边跨现浇段为16号梁段，长度为16.84m，边、中跨合拢段为15号梁段，长度为2.0m。0号块顶、底板厚度分别为45cm和120cm，腹板厚80cm，其他块件顶板厚度为28cm，底板厚度从根部的75cm 按1.6次抛物线变化至跨中的30cm,1号块至9号块腹板厚60cm,11号块至16号块腹板厚45cm, 10号块为过渡段。桥主跨立面图如下：

图1 桥梁立面图

2、桥梁施工监控的意义和目的

由于预应力混凝土连续梁桥是超静定结构，在基础沉降、温度变化等外因作用下，将引起结构内力的变化。施加预应力会使结构产生内力和变形，由于有多余的约束，不能自由变形，因而引起附加力。同样，由于混凝土的收缩徐变不仅产生预应力损失，而且也会由于变形受约束而引起附加力。这些因素使得实际桥梁在施工过程中的每一状态不可能与设计状态完全一致，结构的变形及受力过程表现为非平稳的随机过程。施工过程中各种复杂的因素都有可能引起结构的几何形状及内力状况的改变。尽管在设计时已经考虑了施工中可能出现的情况，但是由于施工过程的复杂性，事先难以精确估计结构的实际状态。通过在施工过程中对桥梁结构进行实时监测，在已建结构偏离控制目标时及时调整下一阶段的挂篮定位标高，以保证结构线形的平顺，并监控实际内力分布，使箱梁始终处于安全受力范围内。施工监控能确保合拢精度，并使主桥建成后，在设计合拢温度下，桥墩线形垂直，保证成桥后的主梁线形及结构的受力合理，符合设计期望值。

3、控制计算模型的建立

天峻路高架桥第一联右幅为预应力混凝土连续梁桥结构，跨径为68m+100m+68m，采用桥梁通用计算MIDAS对大桥施工工序进行模拟。结构的有限元计算模型如图2。

（1）用有限元法将全桥划分为125个节点，104个单元。其中，主梁材料为C55混凝土，桥墩为C40混凝土，主梁96个单元，桥墩8个单元。

（2）将过渡墩模拟为铰支座，墩下基础模拟为固定支座。

（3）在整个桥施工过程中，每个悬臂梁段的施工为一个阶段，该阶段划分成三个子阶段：a）立模阶段，即挂篮前移阶段。b)浇筑混凝土阶段。c)张拉预应力钢筋。

图2 结构的有限元计算模型

4、施工控制的内容

4.1 挠度监测

主梁挠度变化十分复杂，几乎每时每刻都在发生变化，其变化可归纳为三种类型：一种类型是随外荷载变化，主要伴随施工工序而产生；第二种类型是由于混凝土自身的收缩、徐变特性，使得主梁挠度随时间缓慢变化；第三种类型是随着环境温度的改变。

桥梁施工观测没有固定的模式，各桥观测频度各异，本桥根据实际情况仅对挂篮前移后、浇筑混凝土后、张拉预应力后进行挠度观测，称为3阶段3次观测法。

悬臂箱梁的挠度观测，以精密水准仪（DS1）和铟瓦水准尺，采用水准测量的方法，周期性地对预埋在悬臂中每一块箱梁上的监测点进行监测。监测点在主梁各块件顶板顶面上用短钢筋预埋。箱梁悬浇高程控制流程见图3。

图3 箱梁悬浇高程控制程序图

将箱梁现形的实测值与理论值随时进行对比，分析误差来源，及时调整下一阶段的立模标高，现将四号墩的理论预拱度和实测预拱度给出，见表1和图4、5。

表1 四号墩的理论预拱度和实测预拱度

图4 中跨

图5 边跨

从上面可以看出，中跨理论预拱度和实测预拱度最大差值为12.7mm，边跨理论预拱度和实测预拱度最大差值为5.8mm，满足要求，且结构现形良好。

4.2 应力监测方法

桥梁结构在施工过程中以及成桥状态的受力情况是否与设计相符合是施工控制要明确的重要问题。通常通过结构应力的监测来了解结构实际应力状态，若发现实际应力状态与理论计算应力状态的差别超限就要进行原因查找和调控，使之在允许范围内变化。结构应力控制的好坏不像变形控制那样易于发现，若应力控制不当将会给结构造成危害，严重者将发生混凝土开裂等现象。所以，它比变形控制显得更加重要，必须对结构应力实施严格监控。

现行桥规对应力控制的项目和精度还没有明确的规定，需根据实际情况确定，通常包括：①结构在自重下的应力；②结构在施工荷载下的应力；③结构预加应力；④温度应力；⑤混凝土徐变、收缩应力；⑥其他应力，如基础变位、风荷载等引起的结构应力。实际控制过程中，要视大桥的结构形式及施工技术条件等适当调整主要控制项目。

4.2.1 应力测点的布置和测量方法

测试截面是根据悬臂施工各阶段的受力特点布置的。共选定0#附近、L/4、L/2等处9个测试截面，每个断面布置8个应力传感器，测量工作应在日照温差较小的情况下完成，保证结构的精确性。

4.2.2 应力测试结果

对四号墩0#附近截面应力实测数据进行分析，可知：顶板全为压应力，最大压应力为10.11MPa；底板全为压应力，最大压应力为7.89 MPa，可以发现理论值与实测值基本吻合，满足要求。四号墩0#附近截面B1-B1的应力在每个施工阶段张拉后的理论值和实测值对比曲线如下：

图6 顶板

图7 底板

5、结构稳定性控制

桥梁结构的稳定性关系到桥梁结构的安全，它与桥梁的强度有着同等甚至更重要的意义。世界上曾经有过不少桥梁在施工过程中由于失稳而导致全桥破坏的例子，最典型的为加拿大的魁北克（Quebec）桥。该桥在南侧锚碇桁架快要架完时，由于悬臂端下弦杆的腹板屈曲而发生突然崩塌坠落。我国四川州河大桥也因悬臂体系的桥墩在吊装主跨中段时桥墩承受过大的轴力而失稳破坏。因此，桥梁施工过程中不仅要严格控制变形和应力，而且要严格地控制施工各阶段结构构件的局部和整体稳定。

目前，桥梁的稳定性已引起人们的重视，但主要注重于桥梁建成后的稳定计算。对施工过程中可能出现的失稳现象还没有可靠的监测手段，尤其是随着桥梁跨径的增长，对承受动荷载或突发情况，还没有快速反应系统。目前主要通过稳定分析计算（稳定安全系数），并结合结构应力、变形情况来进行综合评定、控制其稳定性。