高速铁路大跨度连续梁悬臂浇筑及线型控制技术

2012-06-13张成忠

科学之友 2012年1期

张成忠

（中铁三局六公司，山西晋中 030600）

1 前言

在大跨度连续梁桥梁结构施工过程中，由于桥梁结构的空间位置随施工进展不断发生变化，使得施工过程中桥梁结构各个施工阶段的变形不断发生变化。这些因素均将在不同程度上影响成桥目标的实现，并可能导致桥梁合龙困难、成桥线与设计要求不符等问题。因此，为了使成桥后桥梁的线形符合设计的目标线形，保证施工质量和桥梁精确合龙，必须对其施工过程中的变形进行控制。

中铁三局六公司在京沪高速铁路土建工程五标段施工的庄前特大桥跨，即有道路连续梁采用菱形挂篮悬臂法施工。通过施工监控所得的结构参数真实值进行阶段计算，确定出每个施工块（梁段）的立模标高，并在施工过程中根据监控结果对误差进行分析、预测，对下一个施工块（梁段）的立模标高进行适当调整，以此来保证成桥后的线形和合龙精度符合设计要求。

2 工艺原理

2.1 工艺流程

步骤一：连续梁0号块采用支架施工，搭设0号块支架均在承台范围内，因此地基无需处理。1～4号墩身施工完毕至墩顶，在2～3号墩承台范围内搭设碗口式支架，在支架上立模浇筑0号块，将0号块2～3号墩身临时固结、张拉并锚固纵向预应力束T1、T2、F1、F2 及横向、竖向预应力筋。

步骤二：在0块上安装挂篮，在挂篮悬臂对称浇筑1号节段，张拉并锚固纵向预应力束T3、F3、F4及横向、竖向预应力筋。

步骤三：分别以2～3号墩中心线对称线同时移动挂篮至下一节段，在挂篮悬臂对称浇筑2～7号节段。

步骤四：拆除挂篮，安装临时刚性连接构造，现浇边跨合龙段8号节段，张拉并锚固纵向预应力束T10、B10～B12及横向、竖向预应力筋，拆除临时固结，落梁。

步骤五：张拉并锚固纵向预应力束B7～B9，拆除边跨支架，用挂篮悬臂浇筑中跨合龙段8号节段，张拉并锚固纵向预应力束T11、B1～B6、B13及横向、竖向预应力筋。

步骤六：拆除中跨挂篮，进行桥面铺设等。

2.2 施工工艺原理

采用菱形挂篮对连续梁进行悬臂对称浇筑，为保证该挂篮结构受力稳定性，采用SAP84有限元结构分析软件，对挂篮结构模拟加载，检验挂篮各部件受力情况。

3 施工过程及操作要点

3.1 挂篮拼装及预压

将进场的挂篮，按设计进行组装完成，详细检查挂篮各个部件的连接状况，进行预压，在预压过程中，主要进行挂篮整体承载力、挠度及各主要构件的应力、变形等的测试工作，以便为以后的预抛提供理论依据。

3.2 连续梁支座安装

在预压完成后，首先进行支座的安装，支座安装的好坏，严重影响梁体的结构安全，因此，施工时要严格按照设计要求设置。

3.3 主梁钢筋施工

钢筋加工制作在平整的加工场地进行，将制作好的钢筋按先后顺序运至梁底，垂直起吊进行施工主梁钢筋。

3.4 梁体混凝土浇筑

钢筋及预应力管道安装完成检查合格后，再次对挂篮进行安全检查，特别是对各部分连接情况进行检查，并对标高、中线进行一次复核，检查合格后即可准备砼的浇筑工作。

（1）砼浇筑要求：每一梁段砼均采用一次灌注完成，采用悬臂平衡浇筑施工，两悬臂端允许的不平衡重不得大于20 t。

（2）梁段砼浇筑顺序：施工准备—砼拌和、输送—浇筑悬臂端底板砼—浇筑悬臂端底板砼和腹板砼—浇筑悬臂端腹板及顶板砼—浇筑悬臂端顶板砼—养生。

3.5 预拱度设置

桥梁的施工控制主要包括两个方面：线型控制和结构内力控制。在实际施工中，为了使各梁段在恒载、活载、预应力及混凝土徐变等的综合挠度下最终满足设计标高，一般采用预设拱度的方法来解决，即通过将先灌注的梁段预先抬高来考虑后灌注梁段的影响。应力控制是在施工过程中，通过采用合理的预加应力等方法使成梁应力状态与设计相一致。

（1）施工时应设置反拱，并根据挂篮沉降和监控数据及时调整。轨道铺设后，无砟梁桥面的徐变上拱值不大于10mm，下挠度不大于20mm。

（2）连续梁施工阶段挠度值应根据所处位置，对应二期恒载查找对应节段挠度值。

（3）预拱度值按照挠度值反向设置，并综合考虑连续刚构桥悬臂施工时使结构产生挠度的因素，主要包括：①悬臂施工过程中梁段混凝土荷载、预加力、施工荷载等引起的考虑混凝土徐变后的总挠度fn施；②体系转换后各阶段体系的挠度和体系形成后由于静活载及后期收缩徐变引起的挠度fn施；③挂篮承载后的弹性变形b；④温度变化引起的挠度。为使成桥后桥梁的标高与设计一致，施工中可按下式计算箱梁的立模标高：

式中：Hn:施工n梁段的箱梁立模标高；

hn：n截面的设计标高；

fn施：n截面的计算挠度（调整值）；

fn活：n截面的静活载挠度值

b：实测的挂篮弹性挠度；

hn：1-（n－1）截面实测标高与（理论计算标高）之差。

（4）实际施工预拱度设置：①理论计算：设计图纸提供的收缩徐变完成的各节点挠度值+1/2静活载挠度值，在每个节点静活载的挠度值应按照墩中心支点挠度值为0，跨中为1/2静活载挠度值求出二次抛物线公式，然后计算出各节点的挠度数值。②挂篮调整含底板和顶板调整。底板后锚固定后，量出节段位置点，并在腹板处作出两个测点标识，按照提前计算的底板施工标高控制；顶板设6个测点，堵头板中心1个点，翼檐板遮板位置各1个点，在距堵头板10 cm处对应设置3个钢筋测点，用于观测以后每个阶段的施工，验证挠度值计算是否接近施工，为调整施工预拱度提供依据。③挂篮通过预压取得弹性变形量，施工时根据每个节段重量调整弹性变形量值，并根据每次节段砼浇筑前后实测数值及时调整。④梁体挠度计算与预应力张拉、挂篮加固、施工期温度等有关，所以施工各工序控制要尽可能接近设计，减少施工误差，桥面高程允许误差不大于20mm。

3.6 施工误差的调整和措施

施工误差指并非完全由于施工引起，而是在施工期间由于设计、施工等各种因素引起的误差，即不可避免的误差。由于该项误差的存在，在立模、混凝土浇筑、施加预应力、前移挂篮等各个环节中，施工实际挠度与理论挠度有一定的差值，但只要这种差值在允许的范围内，就说明施工与设计处于吻合状态；若二者相差悬殊，则应查明原因，待妥善处理后才能继续施工。

3.6.1 产生误差的原因

一般来说，在施工过程中挠度误差较大可能是由以下几个因素引起：

（1）预应力问题：主要表现在预应力张拉未达到或超过设计值，因此施工前油表和千斤顶必须配套按时校正；预应力管道的位置偏差、预应力管道不顺畅等因素均会造成挠度误差。

（2）挂篮变形问题：挂篮弹性变形计算不准、挂篮未进行预压以消除非弹性变形、挂篮松动等。

（3）模板变形问题：模板变形过大，会导致梁体截面变化，引起混凝土浇筑量增加，从而使施工挠度增大。

（4）混凝土材料的变易性：设计计算时，将混凝土按理想材料考虑，而实际施工过程中，混凝土的弹性模量、容重等均可能同设计时所采用的值存在较大的差别。

（5）基础的沉降：因桥位处地质条件一般比较复杂，在较大的施工荷载和结构自重作用下，基础可能发生沉降，从而引起较大的挠度误差。

（6）施工进度变化的影响：大型桥梁的施工周期一般很长，在此期间，由于气候等问题可能导致施工进度的变化，该因素尤其会对结构的徐变位移造成比较明显的影响。在施工进度推迟的情况下，已施工梁段的混凝土徐变使得结构的位移增大，从而使后续梁段的预留拱度减小，挠度误差增大。

3.6.2 施工误差调整的原则和措施

误差调整的原则：①一次调整值不可过大，一般调整值的大小以不超过梁段长度1%为宜；②各梁段的调整必须协调进行，调整后不得出现倒坡；③施工误差较大时，应分段调整。

3.7 梁体线型控制

施工监控使用“大跨度桥梁施工监控仿真模拟计算机软件CSB”。

通过对已完成施工的结构（桥墩、梁段）进行内力、位移的模拟分析与参数调整，从中获得更符合实际的结构分析参数；通过施工控制量的实测数据，进行计算，得出调整量，纠正偏差。

3.7.1 测试周期

在施工期间，每进行一个施工循环，就进行一个循环的监测，每个循环测：

（1）立模时和混凝土浇筑前测底模、立模标高。

（2）梁段混凝土浇筑后同时测现浇梁段底模和梁顶预埋钢筋头标高，并将该梁段的高程测点从梁底移至梁顶（梁顶标高还要减去露出的钢筋头高度）。

（3）梁段混凝土浇筑后测所有已浇梁顶测点预埋钢筋头标高，据此确定梁顶标高和梁的位移变化情况。

（4）在预应力束张拉前、后进行测试，以判定本循环结构上施加的荷载对结构受力与变形的影响及预应力的作用效果。

3.7.2 具体测试时间

为了消除或减弱环境温度及气流对测试结果的影响，每次测试时间定在大致相同的时间范围，一般宜在早晨6：00前结束当次测试工作（高程与变形的测试宜在凌晨5：00～6：30进行）。

3.7.3 中跨与边跨合龙前各进行主梁前端24 h变形观测

主桥合龙后、桥面铺装后全面进行主桥线形观测。

根据满足施工过程测试控制目的的要求，对图2所示截面或位置布设位移测点。

墩顶主梁截面、每梁段前端都要布置位移测点；立模时测模板（一般设5～7个测点），该梁段混凝土浇筑后测梁顶面（提前埋设钢筋头，每测试断面设3个，分别在梁断面两边缘和中点，见图3）。

图2 位移（标高）测点纵向布置

除位移测点外，对40+64+40m连续梁还要布设应力测点。应力测试截面位于连续梁中间两桥墩两侧的1#块的中间截面上，共4个截面，每个截面测点的具体位置见图4。布点时间选在主梁或主墩钢筋布置基本就绪、混凝土浇筑之前，在每个控制断面合理预埋足够数量的传感元件，并做好相应的防护工作。对于连续梁桥，主要是测试并控制桥梁结构纵向正应力。因此，传感元件沿纵向（桥的里程或桩号方向）布置，直接对焊在主梁上（下）缘纵向钢筋上。