现浇预应力混凝土连续箱梁下挠事故原因分析及处理

2015-03-13卢小伟

铁道建筑 2015年11期

关键词：梁体现浇箱梁

卢小伟

(中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司，湖北武汉 430050)

现浇预应力混凝土连续箱梁下挠事故原因分析及处理

卢小伟

(中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司，湖北武汉 430050)

一联(37.5+69+37.5)m预应力混凝土连续箱梁施工过程中出现梁体下挠事故，原因为未按批准的施工顺序施工，提前拆除支架所致。详细介绍采用“多点同步顶升回位”的方法使之恢复至设计状态的实施过程，避免爆破拆除已成型桥梁所带来的巨大经济损失及不良社会影响，为类似施工质量事故的处理提供借鉴。

连续箱梁下挠同步顶升

预应力混凝土连续梁桥是目前使用较多的桥梁结构形式之一［1］，根据工程实际情况，通常采用支架现浇、节段挂篮悬臂浇筑、节段预制拼装及整孔预制架设等方法施工。其中，支架现浇法因其施工工艺简单、可控性高、无须挂篮及大型架梁设备等优点，广泛应用于中小跨径桥梁的建设。

然而，由于对支架基础、支架及模板结构以及连续箱梁结构体系的理解与重视程度不够，近年来在支架现浇箱梁施工中，因支架问题导致的安全、质量事故屡见不鲜［2］，事故发生后，处理难度较大。

1 工程概况

某引桥工程全长约5 km，大部分为跨径40 m左右多跨等高度预应力混凝土连续箱梁结构，全线采用支架法现浇施工，其中一处采用一联(37.5+69+ 37.5)m连续梁跨越既有市政道路。

该联(37.5+69+37.5)m变高度预应力混凝土箱梁为单箱三室，整幅设置，桥面宽度33.5 m，横向悬臂净宽8.0 m。中支点梁高3.8 m、中跨跨中及边支点梁高2.5 m，箱梁混凝土强度等级C55，合计4 560 m3。腹板、底板及顶板设置纵向预应力，横隔板挑梁及各横梁设置横向预应力，底板纵向设计有6孔备用孔道。采用满堂支架法施工，先施工中跨及两侧边跨各10.35 m段，后施工两边跨剩余27.15 m段。中跨支架在跨中预留2个宽5 m行车通道，通道采用“混凝土条形基础+钢管立柱”结构形式，通道上方铺设工字钢分配梁后，搭设满堂支架。中跨其余区域及两边跨均采用落地满堂支架，梁体及支架结构简图见图1。

图1 (37.5+69+37.5)m连续箱梁及支架结构示意(单位:m)

2 事故经过

根据经批准的施工方案，现场首先进行了(10.35 +69+10.35)m区梁段的钢筋混凝土施工，并完成了该段的预应力张拉及压浆施工。随后现场对该区段的支架进行了拆除，先拆除通道门洞上方的满堂支架，后拆除两侧满堂支架。在拆除两侧支架过程中发现尚未拆除的支架出现较大变形，属典型的受压弯曲变形，初步判断梁体出现下挠导致支架受压，见图2。现场立即停止支架拆除，并对已拆除的支架进行恢复，防止事故进一步扩大。

图2 支架受压弯曲变形

3 原因分析

事故发生后，组织各方查看现场并召开专题会议进行分析讨论，初步认为本次事故主要是由于现场未按照批准的施工顺序进行施工所致。根据连续梁桥的特点及批复的施工方案，本联施工顺序应为:①(10.35+69+10.35)m区梁段支架、模板、钢筋及混凝土施工;②(10.35+69+10.35)m区梁段预应力施工;③两边跨27.15 m区梁段支架、模板、钢筋及混凝土施工;④两边跨27.15 m区梁段预应力对称施工;⑤拆除全联支架、成桥。

现场未充分考虑该联连续梁中跨较大的结构特点，在尚未形成3跨预应力连续梁受力体系的情况下提前进行中跨支架拆除，从而导致中跨成为“大跨度简支梁+两端带小悬臂”的不利受力体系，产生了较大的下挠现象，对未拆除的部分支架产生压力。

4 事故处理

4.1 梁体几何状态

经恢复支架后的梁体已趋于稳定，经连续观测，梁体最大下挠量81 mm，实测梁体下挠曲线图见图3。对梁体及中墩支座等处进行了检查，箱梁内外表面未发现裂缝，支座没有发生位移。

图3 实测梁体下挠曲线

4.2 梁体受力状态

设计单位对当前状态进行了建模计算，在完成(10.35+69+10.35)m区梁段预应力体系后，即拆除全部承重支架的工况下，最大下挠变形170 mm、上缘最大压应力15.9 MPa、下缘最大拉应力2.69 MPa，梁体处于弹性工作状态。

4.3 处理方案

基于设计单位对目前梁体工况复核，确认梁体处于弹性工作状态，且梁体表面未发现开裂、中墩支座均未产生位移。综合考虑社会影响、经济效益及工期短等方面的因素，结合类似问题的处理经验［3-6］，确定不必对该跨梁体进行爆破拆除。而采用多台千斤顶对下挠梁体进行同步顶升回位，恢复至设计状态的处理方案。

经过计算，根据梁体变形情况，将梁体下挠区域分为4个顶升横断面，每个横断面布置4台200 t自锁千斤顶，总计16台。顶升施工时对每个横断面的下挠补偿值，分20个行程进行按比例分区域同步顶升补偿。单个顶升横断面同步顶升，采用单独一套同步控制系统。顶升施工时需要进行梁体变形及应力监控，指导同步顶升施工作业。

4.4 处理过程

1)顶升支架搭设。经计算，起顶支架利用既有门洞形成2排起顶支架，另外单独设置2排钢管立柱支架，见图4。顺桥向共计4排起顶点，横桥向均为4个起顶点，对应4个腹板中心线。

图4 顶升支架纵断面布置

2)设备安装与调试。在顶升支架顶端逐一安装16台千斤顶，确认支架顶端为水平状态且应纵横向居中布置。对梁体底面起顶区域的弧形部分采用自流平高强砂浆找平，并加垫水平钢板。安装完成后，对千斤顶底面、顶面及梁底起顶部位采用水平尺检查水平度。

逐一安装液压系统、控制系统及监测系统并进行调试，系统初始加载由液压工程师会同土建工程师共同确定并报总指挥。最终由系统操作员输入PLC系统，读取记录控制系统力传感器和位移传感器初值或将其归零。

3)加载顶升。首先进行微加载，即为完成安装调试的顶升设备进行轻微同步加载，每次加压1 MPa左右，直至影响区域内满堂支架支撑力传递至千斤顶上。然后进行试顶升，启动顶升系统后密切观察桥梁是否出现异常状况，设备、仪表是否正常工作，显示读数是否在合理范围内。试顶顶起后，持荷5 min，观察梁体及设备状况。试顶正常后，平稳落梁。

正式顶升时首先将梁体跨中中心线小里程方向挠度值最大区域顶起，待跨中中心线两侧基本对称后，再进行全桥同步顶升。分级分区同步顶升，每一个顶升横截面作为一个区。各级顶升过程中千斤顶的顶升力分级加载，加载轮回数根据每一顶升循环的目标顶升量控制，依据监测结果作动态调整。

各顶升力同时根据油压表及荷载传感器的数据进行控制，同时将顶升位移量作为控制首要指标。当顶升位移量达到目标顶升量时，可不需达到预计加载值。当加载到目标荷载但未达到目标顶升量时应具体分析原因，然后确定下一步加载方案。最终加载以梁体标高全面达到设计标高控制。

4)顶升监测。施工监控贯穿于正式顶升的整个过程，主要包括桥梁标高监测、桥梁水平位移监测、梁体主要受力截面应力监测。

标高监测采用DS05高精度自动安平式水准仪，用来测量每个顶升横断面的实际顶升高度，使顶升到位后桥面标高得到有效控制，并在顶升施工过程中有效地监测桥梁线形偏差。在每个顶升截面上方桥面各布置3个测点，4个顶升横断面，共计12个测点。

水平位移监测采用全站仪，利用坐标法计算箱梁的纵横向位移，通过对顶升过程中箱梁水平位移的监测，确保箱梁的水平位移偏差在可控范围内。在每个顶升截面上方梁体侧面各布置1个测点，4个截面，共计4个测点。

主要受力截面应力监测采用振弦式应力传感器，掌握在顶升过程中梁体不均匀受力状态，保证梁体结构安全，控制顶升姿态，使施工在安全可控的环境下进行。在每个顶升截面梁体底面布置1个监测截面，每个截面沿每个千斤顶平行桥梁轴线方向梁体底面各布置1个纵向应力计，梁体横截面中心线处梁体底面布置1个横向应力计。每个截面共计5个应力计(其中4个纵向，1个横向)，8个截面共计40个应力计。

5)超顶及张拉备用索。加载顶升至设计线形后，针对中跨跨度较大且原设计未考虑预拱度，为改善该联箱梁后期运营状况，顶升到原设计状态后，适当超顶，超顶量控制在5 mm以内。实测超顶量为 1～4 mm。

两边跨梁段施工完成后，启用原设计预留的6孔备用预应力孔道，该6孔12-φ15.24预应力钢绞线张拉后，实测上挠量为3～10 mm。超顶及张拉备用预应力索后的最终桥面线形见图5。