陳圣輝

(廈門(mén)路橋工程投資發(fā)展有限公司 福建廈門(mén) 361026)

廈門(mén)高集海堤公路橋施工控制技術(shù)

陳圣輝

(廈門(mén)路橋工程投資發(fā)展有限公司 福建廈門(mén) 361026)

大跨度連續(xù)梁橋具有結(jié)構(gòu)剛度大，整體性能好等優(yōu)點(diǎn)，目前是國(guó)內(nèi)高等級(jí)公路主要橋型之一。本文背景工程廈門(mén)海堤公路橋是一座70+120+70m的3跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，采用懸臂澆筑法施工。該橋施工過(guò)程對(duì)主梁線形、內(nèi)力實(shí)施控制技術(shù)，通過(guò)前進(jìn)分析、后退分析并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，不斷調(diào)整預(yù)測(cè)結(jié)果狀態(tài)，確保結(jié)構(gòu)施工安全并順利合龍。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，橋梁合龍誤差在1cm以內(nèi)，實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論值吻合。

連續(xù)梁橋;施工控制;合龍

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連續(xù)梁橋具有結(jié)構(gòu)剛度大，跨越能力強(qiáng)及行車(chē)舒適度好等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，隨著高等級(jí)公路建設(shè)的不斷進(jìn)行，大跨度連續(xù)梁橋成為了主要橋型之一。由于成橋后的連續(xù)梁橋?qū)儆诔o定結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)成橋內(nèi)力與其施工方法，施工順序等均有著相關(guān)關(guān)系。目前，常見(jiàn)連續(xù)梁橋的施工方法有支架法，頂推法，懸臂法及移動(dòng)模架法等［1］。其中懸臂澆筑法是目前變截面大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋最常用的方法。

在懸臂施工過(guò)程中，每段連續(xù)箱梁總是要經(jīng)過(guò)立模，混凝土澆筑，預(yù)應(yīng)力張拉，掛籃前移等多道工序。因此，主梁結(jié)構(gòu)標(biāo)高位置也總是處于變化中。同時(shí)施工過(guò)程中的不確定因素也將對(duì)結(jié)構(gòu)線形，內(nèi)力等產(chǎn)生一定影響。例如澆筑混凝土方量不足，預(yù)應(yīng)力張拉不夠，臨時(shí)荷載作用，溫度變化等。這些都使得實(shí)際工作條件與設(shè)計(jì)理想條件產(chǎn)生較大的偏差。因此，施工過(guò)程中如果不加以控制，施工成橋后橋梁結(jié)構(gòu)很有可能與設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生較大偏差。

日本是最早將工程控制理論應(yīng)用在橋梁工程管理中的國(guó)家。我國(guó)雖然對(duì)于施工控制技術(shù)研究起步較晚，但發(fā)展迅速。目前橋梁工程施工控制方法主要包括事后控制法、預(yù)測(cè)控制法、自適應(yīng)控制法、最大寬容度法等［2］－［3］。

1 工程簡(jiǎn)介

廈門(mén)高集海堤公路橋主橋?yàn)?0m+120m+70m的變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，如(圖1)所示。主梁箱梁寬度為13.75m，底板寬5.8m，懸臂長(zhǎng)度3.3m，梁高為3.2～7.2m，腹板厚度50～100cm，底板厚度為30～120cm，頂板厚度為30cm。箱梁繞設(shè)計(jì)高程點(diǎn)(內(nèi)側(cè)護(hù)欄同橋面鋪裝的交點(diǎn))旋轉(zhuǎn)形成橋面1.5%的橫坡。

箱梁采用縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用低松弛高強(qiáng)度鋼絞線，其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1860MPa，公稱(chēng)直徑d=15.2mm，彈性模量Ep=1.95×105MPa，松馳率0.035，松馳系數(shù)0.3。預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管成孔。

本段施工順序采用對(duì)稱(chēng)懸臂澆注施工，共13塊梁段。從14#、15#墩對(duì)稱(chēng)向兩側(cè)施工，在13#、16#墩上澆注邊跨現(xiàn)澆段，先進(jìn)行邊跨合龍，再進(jìn)行中跨合龍施工。

圖1 廈門(mén)高集海堤公路橋總體布置圖 單位:cm

2 施工控制方法

廈門(mén)高集海堤公路橋施工控制采用預(yù)測(cè)控制法，遵循施工→測(cè)量→識(shí)別→修正→預(yù)告→施工的方法，(圖2)為施工控制方法流程圖。施工過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試跟蹤，并將量測(cè)結(jié)果與計(jì)算成果進(jìn)行分析對(duì)比，在出現(xiàn)誤差時(shí)，分析誤差出現(xiàn)的原因，并根據(jù)結(jié)構(gòu)線形、應(yīng)力、材料彈性模量、溫度場(chǎng)等的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，確定調(diào)整誤差的措施，并調(diào)整以后的施工目標(biāo)，確保橋梁結(jié)構(gòu)施工安全并符合設(shè)計(jì)要求。

圖2 施工控制方法流程圖

3 施工控制結(jié)構(gòu)分析

施工控制結(jié)構(gòu)分析需通過(guò)理論計(jì)算。(圖3)為采用MIDASCivil軟件［4］建立的三維有限元計(jì)算模型，進(jìn)行懸臂施工過(guò)程進(jìn)行仿真分析。計(jì)算過(guò)程中考慮混凝土收縮、徐變的影響，以及結(jié)構(gòu)體系溫差和環(huán)境整體溫度影響。全橋計(jì)算模型共105個(gè)節(jié)點(diǎn)，86個(gè)梁?jiǎn)卧渲兄髁簡(jiǎn)卧?03個(gè)，主墩單元20個(gè)。模型中在13、16墩頂設(shè)置單向活動(dòng)支座，14、15#墩頂與相應(yīng)主梁梁底設(shè)置固定支座。

圖3 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算模型

對(duì)于懸臂施工梁橋，后一塊件是通過(guò)預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土同前一塊件相接而成，因此每個(gè)階段都是密切相關(guān)的。分析各施工階段及成橋階段結(jié)構(gòu)的外形必不可少。按施工先后順序進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析即為前進(jìn)分析法。對(duì)于采用分段施工的連續(xù)梁橋需給出預(yù)拋高值，以滿足線形的設(shè)計(jì)要求。僅采用前進(jìn)分析法是無(wú)法保證成橋后的橋面線形達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而需通過(guò)倒退分析法來(lái)完成預(yù)拋值的計(jì)算，但倒退分析又無(wú)法進(jìn)行混凝土收縮徐變，結(jié)構(gòu)非線性等計(jì)算。因此，廈門(mén)海堤公路橋進(jìn)行施工控制結(jié)構(gòu)分析時(shí)應(yīng)結(jié)合前進(jìn)分析、倒退分析、實(shí)時(shí)跟蹤分析三種方法，不斷調(diào)整結(jié)構(gòu)線形，確保成橋后滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

為了確保主梁合龍精度及成橋后結(jié)構(gòu)線形，需要根據(jù)對(duì)各個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)確的仿真計(jì)算，以確定主梁的預(yù)拱度。施工控制的預(yù)拋值應(yīng)考慮各個(gè)施工階段、二期荷載產(chǎn)生的累計(jì)豎向位移，以及成橋運(yùn)營(yíng)階段由于車(chē)輛荷載、收縮徐變等引起的主梁豎向位移。關(guān)鍵施工階段的主梁結(jié)構(gòu)豎向變形值如(圖4)所示，同時(shí)求算上述各累計(jì)豎向變形的反量即可為結(jié)構(gòu)的預(yù)拋值。圖中可見(jiàn)，在中跨跨中最大預(yù)拋值11.2cm，邊跨跨中最大預(yù)拋值5.7cm。

(a)最大懸臂施工階段

4 施工控制成果

本橋的施工控制在安全性滿足要求的前提下，主要對(duì)結(jié)構(gòu)變形、內(nèi)力實(shí)施控制，同時(shí)又以線形控制為主，應(yīng)力控制為輔。

如(圖5)所示，每梁段端部頂板布設(shè)3個(gè)標(biāo)高觀測(cè)點(diǎn)。施工量測(cè)采用精密水準(zhǔn)儀及精密水準(zhǔn)尺進(jìn)行實(shí)施。限于篇幅，(表1、表2)僅示出了部分監(jiān)控成果，掛籃變形按1.2cm計(jì)入。從中可見(jiàn)，實(shí)施施工控制技術(shù)后，主梁各高程監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)際線形與理論線形相差不大，最大偏差9mm，小于1cm，確保了結(jié)構(gòu)安全與線形。

合龍塊是結(jié)構(gòu)從靜定轉(zhuǎn)換到超靜定狀況的紐帶，合龍段的施工質(zhì)量將直接影響施工控制質(zhì)量及結(jié)構(gòu)內(nèi)力情況。相關(guān)規(guī)程也對(duì)合龍塊兩端標(biāo)高差容許值進(jìn)行了規(guī)定，不大于2cm。(表3)示出了本橋中跨跨中合龍誤差?？梢?jiàn)最大合龍誤差值6mm，小于誤差限值，線形控制成果較好。

同時(shí)施工控制過(guò)程中還布設(shè)7個(gè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)截面，確保施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)安全。主要包括連續(xù)梁橋的懸臂根部、中跨跨中截面，邊跨L/3截面。每個(gè)截面箱梁上各布置6個(gè)應(yīng)變計(jì)，如(圖6)所示。應(yīng)變計(jì)采用混凝土埋入式振弦應(yīng)變計(jì)。

限于篇幅，(圖7、圖8、表4)僅列出14#墩懸臂根部截面在L/4塊施工、最大懸臂施工、中跨合龍等3個(gè)階段的應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果。其中圖中工況1指混凝土澆注前，工況2指混凝土形成強(qiáng)度，工況3是第一批縱向預(yù)應(yīng)力張拉后。圖中數(shù)據(jù)表明，施工過(guò)程中，實(shí)測(cè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值均小于有限元計(jì)算的理論應(yīng)力，且應(yīng)力變化規(guī)律與理論值吻合。最大壓應(yīng)力值分別為－14.96Mpa，小于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度值 －22.4Mpa。可見(jiàn)，施工控制很好地確保了結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的安全性。

圖5 梁段高程監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

圖4 結(jié)構(gòu)豎向變形及預(yù)拱度設(shè)置

表1 14#墩5#塊(L/4)監(jiān)測(cè)成果 單位:m

表2 14#墩8#塊(3L/4)監(jiān)測(cè)成果 單位:m

表3 中跨合龍誤差 單位:m

圖6 梁段應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

圖7 14#墩主梁懸臂根部截面5#塊(L/4)施工階段應(yīng)力圖

表4 中跨合龍14#墩主梁懸臂根部截面應(yīng)力

圖8 14#墩主梁懸臂根部截面最大懸臂施工階段應(yīng)力圖

5 結(jié)論

廈門(mén)海堤公路橋施工過(guò)程中采取預(yù)測(cè)控制法對(duì)主梁線形、結(jié)構(gòu)內(nèi)力實(shí)施了控制，確保了結(jié)構(gòu)線形與安全性。理論分析采用前進(jìn)分析法、后退分析法，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)量測(cè)，通過(guò)不斷調(diào)整結(jié)構(gòu)狀況，保證了結(jié)構(gòu)的順利合龍，確保了成橋后結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，實(shí)施施工控制技術(shù)后，主梁各施工階段梁段標(biāo)高以及合龍誤差均在1cm以下，線形與設(shè)計(jì)值吻合良好。同時(shí)施工過(guò)程中，結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)應(yīng)力小于有限元計(jì)算理論值，變化規(guī)律與理論值吻合，施工過(guò)程中最大壓應(yīng)力14.96Mpa，小于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度值，保證了施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)安全性。

［1］范立礎(chǔ).橋梁工程(第二版)［M］.北京:人民交通出版社.2012.

［2］葛耀軍.分段施工橋梁分析與控制［M］.北京:人民交通出版社.2003.

［3］徐君蘭.大跨度橋梁施工控制［M］.北京:人民交通出版社.2000.

［4］橋梁工程軟件MIDASCIVIL應(yīng)用工程實(shí)例.北京:人民交通出版社.2011.

The construction control technology of Gaoji Haidi Road Bridge in Xiamen

CHENShenghui
(Xiamen road and bridge construction investment development Co.，LTD，Xiamen 361026)

Large continuous girder bridge is onemain bridge type of high road in China，with the high stiffness and integrity.Gaoji Haidi Road Bridge is a three－span prestressed concrete continuous girder bridge，with the span of70+120+70m.During cantilever construction phase，the elevation of the girder and the stress of the structure aremonitored and controlled.Based on the theoretical analysis by forward processmethod and backward processmethod and the field observation data，the bridge＇s status is forecasted and adjusted.The control results show the precision in closure is within 1cm and the rules ofmeasured are comparatively close to their calculated values.The construction technology ensures the safety of the structure and the closure precision.The research results can be also set as references for other similar bridges.

Continuous Girder Bridge;Construction control;Closure

U445

A

1004－6135(2015)11－0088－04

陳圣輝(1979.4－ )，男，工程師。

2015－08－27

陳圣輝(1979.4－ )，男，工程師，主要從事工程管理方面的工作。