组合支架现浇预应力混凝土连续箱梁施工控制技术

2021-04-17冯文玮

智能城市 2021年4期

冯文玮

（中铁二十局集团市政工程有限公司，甘肃兰州 730030）

1 工程概况

某高架桥工程，上部结构为（51+61+51）m连续管翼缘组合梁，下部桥台为轻型桥台、钻孔灌注桩基础，桥墩为双柱式桥墩，K4+480～K4+780加宽段设置三柱式桥墩，承台厚度的设置标准包含2.5、3 m两类，设置Ф1.5 m和Ф2 m两种形式的灌注桩。预应力混凝土连续箱梁为重点施工内容，应用建模分析的方法，掌握施工情况，以便高效施工。

2 有限元模型的创建

依托MIDAS/Civil有限元软件简化建模，共计468个节点，243个单元。桥梁的横截面为变截面形式，不利于实体模型的创建，为了给钢管横向受力特性的研究提供依据，采用的是等截面的三维实体模型，节点共546个，单元173个。箱梁自重615.2 kN，考虑所创建的模型、钢管的轴向刚度特性，展开计算与分析，确定横排向的碗扣支架轴力，根据此方面的数据可以进一步探讨碗扣支架的横向受力特点。碗口支架横向轴力分布规律如表1所示。

表1 碗口支架横向轴力分布规律表

3 数据分析

3.1 受力情况

根据表1内容展开分析，碗扣支架的受力特点各异，最大发生在腹板最外侧的支架处，达到6.0 kN；最小为翼缘板下部的支架，为4.0 kN。整个施工流程可划分为6个阶段，总工期60 d，具体规划为：

（1）第一阶段，施工内容为4个桥墩，30 d。

（2）第二阶段，组织梁体的浇筑作业，10 d。

（3）第三、第四、第五个阶段均为预应力施加作业，操作对象分别为腹板、底板、顶板，作业时间均为5 d。

（4）第六阶段，在前述各项工作均落实到位且无质量问题后，拆除脚手架，5 d。

综合考虑建模结果以及箱梁在张拉后的受力特性，根据此方面的情况选取具有代表性的截面，对其展开分析，加深对受力情况的认识。

4 组合应力分析

经过预应力张拉作业后，结合掌握的箱梁顶板相关信息，对其组合应力展开分析。以控制截面的顶底板为例，在浇筑施工后，该处的受力相对较小。腹板预应力张拉作业落实到位后，箱梁具备较高的承受能力，可承载全截面的压应力，具体为顶板2.35 MPa、底板2.1 MPa。

在完成顶底板的张拉作业后，底板压力相对较大，在其作用下，箱梁呈上拱的特点，碗扣支架未处于受力的状态。将支架拆除后，顶底板的应力有变动，但幅度较小，压应力在各结构的分布为顶板3.89 MPa、底板7.21 MPa。选取6个截面，分别针对碗扣支架钢管的受力特点展开探讨，以各截面的轴力情况为依据，确定处于最大受力状态下的碗扣支架，具体情况如表2所示。

表2 各阶段受力最大的碗扣支架钢管

在混凝土浇筑初期，混凝土尚未达到硬化的状态，该部分材料的重量在支架可承受的范围内，相比之下，以中墩支架受力最大，达到13.25 kN。经过腹板预应力张拉后，改变了受力状态，跨中处存在上拱现象，跨中支架不再受力，最大受力发生在墩位置的支架处。选取底板和顶板两处的支架，对其最大轴力展开分析后发现，此时碗扣支架的受力发生变化，跨中上拱幅度较大，墩台受力增加，为19.77 kN。

5 施工技术分析

5.1 支架埋置

以钢管桩为基础材料，搭建支架，为保证支架的稳定性，要求埋入土层深度达到6 m以上；配套长度为100 mm×100 mm的斜撑，进一步提高钢管桩的稳定性，以便支架可正常使用。

5.2 钢支墩

钢支墩由钢管组成，单节长度10 m，厚度8 mm。以设计要求为准，在现场精确加工，切割底部，使其具有平整性。在底部加焊钢板，使该部分与钢管的轴线呈垂直的位置关系。施工中最下截的钢管可焊接至基础顶面钢板处，再组织下一节钢管的吊装作业。以设计高度为准，结合最后一节钢管的长度情况，对其进行灵活调整，保证钢管整体高度的合理性。

5.3 钢牛腿

立柱施工期间，按照要求在墩柱上预埋钢板，采取焊接、锚固措施，通过此举处理钢板，提高稳定性。要求预埋钢板面焊接的钢板呈水平的状态，焊接支撑水平钢板，检查焊缝质量，高度需达到6 mm以上，焊缝应具有饱满性，内部不可出现空洞等问题。

5.4 底模平台的制作

利用工字钢制作底模平台，合理布设前、后横梁，在设置好此类横梁后，可发挥出支撑的作用。施工期间，钢牛腿之间用加劲板焊接，稳定连接钢牛腿，确保其能够维持稳定的状态。

5.5 底模支架施工

技术人员利用全站仪测放钢梁中心线，再标示底座十字线；以测放结果为准，稳定放置底座，检测底座的水平程度，通过调节螺丝的方式调整水平面，若无误则配套上托座横杆等辅助装置。

在第一层的横杆和立杆均设置到位后，可进入第二层安装环节，按照此方法持续推进，直至完成各层的安装作业。最后安装上托座，确保其能够满足设计标高要求，若无误则铺设地膜。

5.6 支架搭设

在支架的搭设过程中，需加强对其垂直度的检测与控制，误差应在100 mm内。搭设到位后，进入预压加载环节，以消除非弹性变形，测定弹性变形量，用于分析支架的承载性能，给后续工作的开展提供参考。施工中，最大荷载取梁板设计荷载的1.4倍，加载物为沙袋，每级加载量为20 t。

为便于观测，在跨中梁板、1/3跨及支座等关键的区域布设测点，用于展开沉降观测，汇总得到观测数据，分析预压前后支架的实际情况，判断其是否存在大范围沉降等异常现象，若有不足之处，则由相关人员分析，视实际情况采取优化措施。

加载过程中，工作人员密切观察支架杆体的实际情况，如是否变形或压弯等。受加载的影响，支架方木模板逐步贴合，彼此间的缝隙量减小，初始状态下存在的缝隙在经过约1/3的加载后几乎完全消除，加载量增加至预压荷载的2/3后，背板接触方木的区域存在压痕。

5.7 支架的拆除

支架的拆除需采取先上层、后下层的顺序，遵循先装后拆、后装先拆的原则。拆除的支架构件不可随意堆放，需转至指定的区域，清理杂物并修整，筛选出具有可重复利用价值的构件，分类放置，以便投入后续的施工中。支架拆除过程中应加强防护，不可损伤既有结构。

6 组合支架现浇预应力混凝土连续箱梁施工的关键控制

6.1 线形的控制

平面线形控制的关键内容在于桥梁轴线的控制，需依据规范操作。纵观现阶段的桥梁建设状况，平面线形的控制方法较多，在竖向线形的控制工作中，应充分关注合拢段桥梁的施工情况。若因现场条件特殊或其他原因无法精准控制竖向线形时，易出现合拢难度大、合拢效果差等问题，影响桥梁的整体观感，甚至破坏桥梁的正常使用状态。对此，应确保线形控制的精准性，及时消除误差。

6.2 应力的控制

连续箱梁桥施工期间，工作人员需要充分考虑受力情况，保证实测值与设计值具有一致性，易影响桥梁受力的均衡性，导致其出现承载力不足或其他情况。在施工阶段，若桥梁应力达到上限值，易诱发桥梁裂缝，导致部分构件的承载性能大幅下降。桥梁裂缝的发生概率较大，其在部分特殊的情况下会出现桥梁坍塌事故，造成不可估量的损失[1]。

针对此方面的情况，施工单位在施工中须检测并合理控制桥梁的施工应力，应充分关注自重、温度、沉降量等指标，根据掌握的监测数据做系统性的分析，准确判断桥梁施工情况，在此基础上灵活调整施工方案，采取有效的控制措施。