大跨连续箱梁桥转体施工控制

2014-09-20

建筑施工 2014年4期

上海建工集团股份有限公司上海 200080

1 概述

桥梁转体施工方法是20世纪50年代以后发展起来的一种架桥工艺[1]。转体施工通常是利用两边原有的桥墩，现场偏位进行结构施工，然后通过采用转轴及滑道等辅助设施进行中心转动，配以一定的牵引张拉设备，将桥梁结构本身整体平面或竖向旋转到位的一种施工方法[2]。与传统原位施工的方法相比，转体施工法不仅具有结构合理、受力明确、力学性能好且施工所需机具设备少、工艺简单、操作安全等优点[3]，而且对施工周边环境尤其是既有交通干扰较少，采取的施工措施也相对简单，施工速度快、造价低。随着我国高速公路网的逐步完善，近年来一些跨高速公路的桥梁建设越来越多，大跨度连续箱梁桥转体施工技术在我国的应用越来越广泛。

沪宁大桥为上海轨交11号线北延伸工程跨京沪（沪宁）高速公路的主桥部分，与沪宁高速公路成46°角斜交，全长280 m。其上部结构为75.5 m+129 m+75.5 m的3 跨预应力混凝土变截面连续箱梁（图1），采用单箱单室直腹板结构形式；其顶面宽9.5 m，底面宽5.4 m，纵向变高度，主墩点处高8.0 m，边墩点高4.0 m，跨中高4.0 m；纵向预应力采用Φ15.2 mm高强度低松弛钢绞线。

本桥采用平面转体法施工，利用两边主墩桩基及承台，顺沪宁高速走向，在沪宁高速两边偏位搭设支架进行桥梁上部结构现浇，然后通过设置在上下承台间的专用球型钢铰及圆形滑道作为转动和承重载体，将上部结构平面转动就位并固结，最后依次进行两边边跨和中跨的现浇合龙，中间根据结构受力及施工控制需要配以数次预应力张拉。

图1 沪宁大桥总体示意

2 施工控制主要内容

2.1 应力监控

桥梁结构截面应力及转体过程中撑脚应力监控是施工控制的主要内容之一，同时也是施工过程中的安全预警系统，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分析、查找和调控，使之在允许范围内变化[4]。

应力监控测点布置原则如下：主要布置顶板、底板混凝土纵向应力测点；对混凝土的悬臂根部断面，主要承受最大正弯矩，方案以监测为目的，主要布置顶板和底板混凝土纵向应力测点；对于跨中和1/4跨控制截面应力测点布置按照监测要求分别进行设计布置；撑脚应力监控；尽可能利用较少的传感器满足监控的要求。

2.2 变形监控

施工中，要随时进行相关断面及轴线的测量工作。变形观测共分5 个阶段，具体如下：

第一阶段：在箱梁张拉完成后，落架前进行测点布置并进行记录（图2、图3）。

图2 箱体断面应力测点布置

图3 测点平面布置

第二阶段：落架完成后，进行静止24 h观测，并进行记录。

第三阶段：在试转前以静止观测数据为原始值。试转完成后静止2 h进行观测，并记录变化值。

第四阶段：转体过程中，跟踪观测转体段平衡性、轴线位置及墩柱垂直度。

第五阶段：转体完成后，转体完成后静止24 h观测并进行记录，此数值为转体后的各项指标的终值。

2.3 转体过程监控

为确保转体安全，在施工支架拆除、主体结构自由并转体的过程中，整个转动体的自我平衡或附加配重平衡至关重要[5]。无论是球铰体系的制作安装，还是梁体现浇或预应力张拉，均可能有一定程度的差异，从而导致两侧悬臂梁段刚度及质量分布有所不同，并进而产生不平衡力矩，而这将对桥梁转体施工带来一定的安全隐患。因此，在正式转体之前，现场需进行不平衡重称量以及静摩擦系数测定等工作。

2.4 预应力张拉监控

大跨度预应力混凝土箱梁桥转体施工中，大量预应力要在梁体支架现浇后一次进行张拉，因此大跨结构的预应力筋张拉效果是影响预应力构件力学性能的重要环节，对预应力张拉过程进行现场监测是很有必要的（图4）。

图4 预应力张拉测试示意

3 施工控制理论分析

要做好施工控制，首先须对桥梁监控对象进行详细的有限元分析计算，从而确保桥梁施工方案的合理性和科学性。通过对不同施工阶段施工工况下对应箱梁截面应力、位移等参数的计算分析，确定理论预拱度和各阶段危险工况，以此为施工控制关键点提供理论支持，并优化施工控制方案。

3.1 计算模型

本工程采用韩国桥梁专业分析软件Midas Civil进行结构计算分析建模，如图5所示。其工况模拟采用梁段单元方式进行，临时支撑按只受压单元考虑，各杆件质量按设计理论数取值，施工荷载则根据现场实际施工情况选取。计算模型共划分梁单元120 个，根据施工过程，共划分为13 个施工工况。

图5 Midas Civil计算分析模型

3.2 计算结果

（a）应力计算结果：最大压应力为－16 MPa（悬臂根部），未出现拉应力；应力计算值没有超出容许应力范围，符合规范要求。

（b）施工过程中，理论预拱度设置如图6所示，其中跨中最大设置值为36.8 mm，两边边跨最大设置值为13 mm。

图6 预拱度示意

根据以上理论分析，大跨连续箱梁桥悬臂根部应力及跨中位移是施工控制的重点。

4 施工控制过程及成果分析

4.1 球铰安装控制

球铰是整个转动体转动及承重的设施，它的精确安装是实现桥梁转体成功的关键。整个球铰分别由上、下2 个对应凹凸形球型装置及之间的四氟乙烯滑片、中间的固定钢轴以及下球铰支撑钢骨架等组成。

在下承台首次混凝土浇注完成后，首先进行球铰及圆形滑道钢骨架定位钢板的预埋，然后安放定位骨架并将其与预埋钢板焊牢，定位骨架的安装平整度应控制在5 mm以内；其次，进行下球铰安装，利用定位骨架四周的微调螺丝调整下球铰中心位置及球面，使球铰中心销轴套管垂直，同时，将球铰外圈调整到同一水平面位置。安装完成后，对下球铰销轴套管中心及球铰外圈四周高程需进行多次精确测量，固结后要再次复测，确认无误后再进行下承台2 次钢筋绑扎及混凝土浇注。

混凝土浇注过程应尽可能的谨慎小心，要尽量避免扰动定位骨架和下球铰，冒浆孔及振捣孔则根据混凝土浇筑高度依次封闭。在混凝土达到规定强度后根据事先编号进行四氟乙烯滑块的安装，安装前须对下球铰表面及滑块安装坑进行精磨清理。为确保受力均匀并尽可能减少转动时的摩阻力，在滑块之间、下球铰顶面以及转轴四周表面均应均匀地涂抹上黄油四氟粉润滑混合料（配重比120∶1），随后放置中心销轴并安装上球铰，上球铰安装好后应将上下球铰之间的四周间隙进行有效封闭以防止杂物进入。

圆形滑道安装，同样是先安装定位骨架，然后铺上顶面钢板并用调整螺栓进行平整度精调。为保证转动平顺，整个滑道的高程偏差应基本控制在不超过2 mm，且平整度小于0.5 mm/m。

4.2 预应力张拉控制

在桥梁预应力张拉过程中，经常会出现锚头崩裂的事故，为了避免预应力锚头崩裂的产生，特在锚头设置了厚4 cm的钢板并辅以相应的配筋，以此保证锚头集中应力的扩散和均匀传递，并在预应力张拉过程中要求缓慢张拉，取得了很好的效果。

4.3 线形控制

根据对施工过程主要工况下的变形测试结果，并与理论修正模型变形进行比较可知，实测位移变形与理论变形趋势比较吻合；根据理论修正计算结果与实际测量数据如图7所示，最大变形差基本控制在10 mm内。

图7 施工控制标高控制结果

4.4 合龙控制结果

2013年9月7日34#桥墩T构顺利转体就位，根据实测高差控制结果，33#～34#墩边跨合龙高差为9 mm；9月15日35#墩T构顺利转体就位，35#～36#墩次边跨合拢高差为8 mm；在两边跨合龙后，并释放0#块根部约束后，中跨合龙高差为6 mm；合龙高差均控制在10 mm内。且合龙中心轴线控制在＜20 mm。在自然状态下顺利合龙，未采用压重等调整措施。图8为梁体转体就位后的照片。