吳世波
(中鐵十一局集團(tuán)第一工程有限公司,湖北襄陽 441104)
江田特大橋位于合(肥)福(州)高鐵江西德興市境內(nèi),跨越德昌高速公路及201省道。江田特大橋主橋采用跨徑(60 m+100 m+60 m)的雙線高速鐵路連續(xù)箱梁(設(shè)計時速為350 km/h,線間距為5 m),中心里程DK400+652.05,該橋在 DK400+627~DK400+672.1處(4#、5#墩之間)跨越在建德昌高速公路,梁體底板距離路面最小高差為9.64 m,線路與德昌高速公路斜交角41.1°;在DK400+735.3~DK400+745.4處(5#、6#墩之間)跨越 201省道,梁體底板距離路面最小高差為30.56 m,線路與201省道斜交角66.4°。該橋平面位于R=10 000 m圓曲線上,縱斷面位于-3.0‰的縱坡上。其總體布置圖如圖1所示。
江田特大橋主橋為單箱單室變高度直腹板連續(xù)箱梁,中支點(diǎn)處梁高7.85 m,跨中梁高為4.85 m,梁底下緣按二次拋物線變化,橋面設(shè)計為無碴道床,兩側(cè)均設(shè)人行道。箱梁頂寬12 m,箱梁底寬6.7 m。頂板厚度除梁端附近外均為40 cm;底板厚度40~120 cm;腹板厚度60~100 cm。全聯(lián)在端支點(diǎn)、中跨中及中支點(diǎn)處共設(shè)5個橫隔板。
連續(xù)箱梁采用縱、橫、豎向三維預(yù)應(yīng)力體系,混凝土標(biāo)號為C50,采用懸臂澆筑法施工,共分14個節(jié)段,其中0#塊長14 m,1#~13#塊分別長2.5 m×2+2.75 m×1+3.0 m×3+3.25 m×1+3.5 m×4+4 m×2,中跨及邊跨合攏段為2 m,邊跨現(xiàn)澆段9.75 m。
江田特大橋主橋連續(xù)梁施工工藝流程見圖2所示。
根據(jù)《客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)[2005]160號)梁段頂面高程差要求控制在±10 mm內(nèi),由于懸臂施工節(jié)段自重較大,模板間隙變形影響較大,以及掛籃左右變形的不一致性,造成每個節(jié)段施工時掛籃及模板均有非彈性變形的成分,因此給線形控制帶來了一定的難度。結(jié)構(gòu)在最大懸臂狀態(tài)下需進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換,將原來固定的支座轉(zhuǎn)為活動支座,釋放固定支座的轉(zhuǎn)動位移,使得懸臂端的位移發(fā)生變化,這也是線形控制的難點(diǎn)之一。
為了使梁段頂面高程在規(guī)范規(guī)定的誤差范圍內(nèi),在江田特大橋主橋線形控制過程中采取了下述技術(shù)性措施:
(1)采用高精度的高程測量標(biāo)準(zhǔn)。在梁段高程測量過程均采用2等水準(zhǔn)測量,并每半個月對測量基點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核,每個節(jié)段懸臂端進(jìn)行多點(diǎn)布置,監(jiān)測斷面不同位置高程的變化,同時監(jiān)測掛籃左右變形的不一致性。
(2)及時測量鋼筋、混凝土及預(yù)應(yīng)力的物理參數(shù)、箱梁的幾何參數(shù)及環(huán)境參數(shù),通過各參數(shù)的敏感性分析,找出顯著影響主梁位移的關(guān)鍵參數(shù),對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)控制。
(3)對實測的變形與理論變形的誤差進(jìn)行分析,找出誤差產(chǎn)生的主要原因,采用合適的方法預(yù)測下一節(jié)段立模標(biāo)高,并比較每次預(yù)測的變形和實際變形,并對下次預(yù)測進(jìn)行修正。
(4)保持T構(gòu)兩端平衡施工,避免由于不平衡力造成T構(gòu)施工過程產(chǎn)生差異變形量。
圖1 江田特大橋主橋立面布置圖(標(biāo)高:m;長度單位:cm)
圖2 懸澆連續(xù)施工工藝流程圖
采用有限元軟件MIDAS/Civil 2010,將全橋簡化為梁單元進(jìn)行施工過程仿真分析,共劃分147個節(jié)點(diǎn),146個單元,40個施工階段,全橋有限元模型見圖3所示。結(jié)構(gòu)仿真計算包括各施工階段、成橋階段及運(yùn)營階段變形、應(yīng)力計算,其目的在于驗證結(jié)構(gòu)的安全性及確定各施工工況目標(biāo)狀態(tài)和成橋目標(biāo)狀態(tài)。
與監(jiān)測工況相對應(yīng),每一節(jié)段懸臂澆筑施工分為六種工況進(jìn)行模擬:掛籃走行前、掛籃走行后、混凝土澆筑前、混凝土澆筑后、預(yù)應(yīng)力張拉前、預(yù)應(yīng)力張拉后。
針對該橋的實際情況,主要對如下結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析:(1)混凝土自重增加5%;(2)混凝土彈性模量增大10%;(3)截面頂板、腹板、底板增大 2 cm;(4)截面梁高增大 5 cm;(5)預(yù)應(yīng)力增大5%。通過計算分析,得到各參數(shù)變化對主梁成橋累計位移的影響,見圖4所示。
圖3 江田特大佐主橋有限元模型
圖4 各結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對主梁成橋累計位移的影響曲線圖
從圖4可知,主梁預(yù)應(yīng)力增大5%、混凝土自重增大5%對成橋狀態(tài)下主梁標(biāo)高都有較大的影響,是要重點(diǎn)識別的結(jié)構(gòu)參數(shù);而梁高增大5 cm、截面頂板、腹板、底板增大2 cm、混凝土彈性模量增大10%對主梁成橋累積位移影響很小,屬結(jié)構(gòu)非敏感性參數(shù),在理論計算對結(jié)構(gòu)參數(shù)修正時,可不考慮其影響。
(1)經(jīng)過各節(jié)段的線形監(jiān)測及施工過程控制后,江田特大橋主橋于2011年11月28日順利合攏,橋面高程與設(shè)計高程的誤差在規(guī)范允許范圍內(nèi)。圖5為合攏后的江田特大橋主橋。
圖5 合攏后的江田特大橋主橋?qū)嵕?/p>
(2)主梁自重、主梁預(yù)應(yīng)力是連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)敏感性參數(shù),在施工控制中需要重點(diǎn)關(guān)注;而主梁彈性模量、梁高及截面頂板厚、腹板厚、底板厚的變化,在理論計算對結(jié)構(gòu)參數(shù)修正時,可不考慮其影響。
[1]TZ 324-2010,鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(剛構(gòu))懸臂澆筑施工技術(shù)指南[S].
[2]TB 10621-2009(J971-2009),高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)[S].