满堂支架现浇混凝土连续箱梁桥面平整度控制

张孟春

(中铁十九局集团第二工程有限公司，陕西西安 710032)

随着交通事业的快速发展，高等级公路越来越多，人们对行车舒适性等方面的要求也逐步提高。根据调查数据显示，路面的线形指标基本能满足相应等级公路的技术要求，而桥面的线形普遍较差，影响行车安全与舒适。国内有关混凝土现浇连续梁施工高程控制研究成果较多，也出版了许多学术专著，但主要研究集中在悬臂施工中的各种桥梁受力体系中。然而国内缺少对支架现浇混凝土连续梁线形的理论分析，以及缺少影响连续梁线形的各个因素的控制和方法等系统性研究。本文主要针对支架现浇混凝土连续梁的箱梁平整度控制进行研究。

1 影响现浇箱梁桥面平整度的因素［1，2］

1.1 地基的影响

地基的类型包括特殊土地基、均匀土地基、非均匀土地基、山区地基、可液化地基、大面积人工填土地基等。支架现浇混凝土连续箱梁的施工中遇到较多的是特殊土地基的问题。

地基变形直接影响到满堂支架施工现浇箱梁桥面平整度以及施工的合理性、难易性及经济性。如果地基未充分处理，使混凝土浇筑过程中地基沉陷，支架变形、下沉，从而模板变形、下挠，造成梁底变形、下挠，线形不顺直，影响现浇箱梁顶面平整度。

1.2 支架的影响

现浇梁支架按构造可分为支柱式、梁式和梁柱式;按材料可分为木支架、钢支架、钢木混合支架和万能杆件拼装的支架等。

在现浇连续箱梁的施工过程中，由于支架支撑着模板以及现浇的混凝土，未预压的支架在荷载的作用下会产生不均匀沉降。同时，支架强度、刚度以及稳定性不足，轻则由于不均匀沉降影响现浇箱梁顶面的平整度，甚至梁体开裂，重则引起整个支架的垮塌，给施工造成重大财产损失和人身安全。

1.3 施工工艺的影响

1)地基处理:先将原地表的杂草、杂物清除后翻松50 cm进行地基处理。在处理时，分两层掺8%石灰后进行拌和并用推土机平整碾压。2)浇筑支架基础:下铺5 cm的石屑，然后用低标号混凝土进行浇筑找平，作为支架基础。3)支架搭设:支架可采用重型门式支架或碗扣式支架，选择高强度优质材料，科学合理设计支架形式，并验算支架结构是否稳定可靠。4)预压:预压方案采用支架上预压，沿纵向特征点设置观测点，在横向特征点处布设5点。按要求进行观测，沉降量小于稳定标准后卸载。5)钢筋制作绑扎、预应力管道安装:钢筋加工制作绑扎严格按规范要求进行，其形状尺寸严格按设计图纸执行。钢筋绑扎成形后，放出管道中心位置，绑扎波纹管定位钢筋。6)浇筑混凝土:混凝土浇筑分竖向二次浇筑，先浇筑底板及腹板，然后浇筑翼板及顶板。7)施加预应力:张拉采取张拉力和伸长值双控，以伸长值校核。理论伸长值与实际伸长值之差控制在6%以内。张拉工艺流程为:0→初应力(15%fk)→30%fk→103%fk(持荷2 min锚固)。8)压浆:预应力张拉结束后，应在24 h内压浆，水泥浆应严格控制水灰比、稠度、泌水率。

2 现浇箱梁的数值分析

本文选取某工程一座跨径为4×28 m的满堂支架现浇连续箱梁为对象进行数值模拟。采用Ansys大型有限元分析软件对其进行模拟，混凝土采用Solid95实体单元模拟，预应力钢束采用Link8杆单元模拟，采用分离式模型，即分别建立实体单元和杆单元，最后采用节点耦合的方法使其位移协调一致。全桥模型共56743个单元，146782个节点，其中混凝土实体单元52584个，Link8杆单元4159个，见图1，图2。预应力效应采用降温法来模拟，使用实体单元的方法来模拟不同施工阶段结构参与的情况，这里我们分为以下两个施工阶段:第一施工阶段:搭设第一、二跨及悬臂端(5.4 m)模板，浇筑混凝土、张拉预应力;第二施工阶段:搭设第三跨剩余部分和第四跨模板，浇筑混凝土、张拉预应力。

图1 全桥模型

图2 局部图

各个施工阶段结构的位移和应力如图3～图6所示。

图3 第一施工阶段箱梁位移云图

图4 第一施工阶段箱梁纵桥向应力云图

图5 第二施工阶段箱梁位移云图

图6 第二施工阶段箱梁纵桥向应力云图

由图3可以看出，在第一个施工阶段完成后，第一跨跨中竖向位移最大，而且由于箱梁较宽，所以竖向位移最大发生在跨中两边悬挑翼缘，最大挠度为6.7 mm，竖向位移最大区域呈现三角形状，之后竖向位移随着桥梁横向向内和纵向向外逐渐减小，到两端支座竖向位移为零。由图4可以看出，顶面的纵向应力为压应力，应力分布以椭圆状向外扩散并逐渐减小，底面为拉应力，第一跨跨中竖向应力大于第二跨跨中竖向应力。结构大部分区域应力在允许范围内，部分区域如锚固段应力大于混凝土允许拉应力，呈现名义应力状态。由图5可以看出，在第二个施工阶段完成后，第一、四跨跨中的竖向位移较大，其中第四跨的竖向位移最大。由于箱梁较宽，竖向位移最大发生在跨中两边悬挑翼缘，最大挠度为6.8 mm，竖向位移最大区域呈现三角形状，之后竖向位移随着桥梁横向向内和纵向向支座两端逐渐减小，到两端支座竖向位移为零。根据结构的竖向位移我们可以计算预拱度，从而控制成桥后桥面的平整度。由图6可以看出，在第二个施工阶段完成后，顶面的纵向应力为压应力，应力分布以椭圆状向外扩散逐渐减小，底面为拉应力，其中第一、四跨的跨中纵向应力大于第二、三跨的跨中纵向应力。结构大部分区域应力在允许范围内，部分区域如锚固段应力大于混凝土允许拉应力，呈现名义应力状态。

3 影响现浇箱梁顶面平整度对策研究［3，4］

3.1 地基影响的对策研究

地基中处理难度比较大的为软弱土层。软土地基的设计之前必须认真进行工程地质勘察和土工试验。只有查清土层和土质的情况，才能正确地进行设计和施工。软土地基处理的方法有:换土垫层法、振密、挤密法、排水固结法、堆载预压法、砂井法、真空预压法、真空—堆载联合预压法、降低地下水位法、电渗排水法等。在实际工程中往往采用以上多种方法组合进行地基处理。

3.2 支架影响的对策研究

为消除支架变形对现浇箱梁顶面平整度的影响，先要进行支架的强度、刚度和稳定性检验。然后通过支架预压来消除支架变形，可以减少或者消除支架变形对现浇箱梁顶面平整度的影响。

3.3 施工工艺影响的对策研究

在整个施工工艺中，预应力张拉对现浇桥面平整度有很大的影响，需对预应力张拉前的各项准备工作进行检验，并对预应力张拉质量进行控制。预应力张拉结束后，应在24 h内压浆，水泥浆应严格控制水灰比、稠度、泌水率，在水泥浆中掺入一定膨胀剂。为了验证箱梁压浆是否密实、孔道是否饱满，需对混凝土试件进行试验，使其满足设计要求。

4 结语

本文从影响满堂支架现浇预应力混凝土连续箱梁顶面平整度因素方面进行研究，通过对地基、支架、箱梁的施工工艺等因素的理论分析，并通过计算软件Ansys对箱梁施工工艺进行数值分析，得出竖向位移及其变化规律，为计算预拱度提供依据，以保证箱梁平整度。针对上述讨论的影响桥面线形的各个因素，分别提出研究对策，以改善和提高箱梁顶面线形。

通过上述的理论分析、数值分析以及工程实例讨论，系统的研究了现浇混凝土连续梁桥面线形，为以后的工程实践提供理论性依据和参考。

［1］吴波明.现浇箱梁顶面平整度因素识别及对策［J］.黑龙江交通科技，2010(10)：27-29.

［2］姜 爽.现浇箱型桥梁施工的关键环节控制［J］.黑龙江科技信息，2007(10)：36-37.

［3］吴波明.混凝土现浇连续箱梁顶面平整度控制研究［J］.浙江交通职业技术学院学报，2009(4)：84-85.

［4］吴远康.对现浇梁模板与支架的技术及施工质量控制［J］.科学之友(B 版)，2007(8)：18-21.