劉 洋

(浙江交工宏途交通建設(shè)有限公司 杭州市 310051)

隨著我國(guó)橋梁建設(shè)的快速發(fā)展，其施工質(zhì)量越來(lái)越受到廣泛關(guān)注?；炷吝B續(xù)梁橋或者連續(xù)鋼架構(gòu)橋梁，目前還是以掛籃懸澆法施工方式為主。在采用掛籃懸澆法施工過(guò)程中，混凝土連續(xù)梁橋施工方法難度較大，工藝復(fù)雜，相比其它連續(xù)橋梁施工而言，其質(zhì)量要求更高。以長(zhǎng)沙市某混凝土連續(xù)箱梁大橋建設(shè)工程為依托，對(duì)主橋合龍段前后過(guò)程中的施工工藝設(shè)計(jì)、應(yīng)用以及對(duì)各工藝在實(shí)際施工過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)論述，并結(jié)合施工方案制定了施工監(jiān)控技術(shù)方案，將監(jiān)控實(shí)測(cè)值和有限元軟件模擬理論值進(jìn)行對(duì)比分析。

1 工程案例

某大橋全長(zhǎng)330m，主橋由6個(gè)跨度應(yīng)力轉(zhuǎn)變成截面連續(xù)梁橋，其引橋主要以5～6孔為一聯(lián)的30m先簡(jiǎn)支后連續(xù)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁。此大橋的主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是6跨一聯(lián)30m+4×50m +30m的 260m預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)梁，如圖1所示。該橋直腹板是運(yùn)用單箱雙室斷面，單幅箱梁頂板寬度達(dá)到16.8m，底板寬度達(dá)到了11.98m，其兩翼板懸臂長(zhǎng)度為2.48m，其梁根底梁為2.78m，跨度梁高度為1.59m，它的腹板與底板的厚度分別為0.5m、0.25～0.5m。箱梁底板厚度與高度均是依照二次拋物線進(jìn)行有規(guī)律變化，箱梁是運(yùn)用三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，縱橫向預(yù)應(yīng)力都是使用低松馳高強(qiáng)鋼絞線。以跨中合龍段作為施工技術(shù)與監(jiān)控分析對(duì)象，施工塊位置見(jiàn)圖1。

2 連續(xù)梁橋合龍段施工技術(shù)

2.1 合龍段施工總體設(shè)計(jì)

連續(xù)梁橋合龍之后，其體系將發(fā)生變化，轉(zhuǎn)化形成整梁橋的整體，在合龍施工過(guò)程中，梁橋的懸臂會(huì)最長(zhǎng)，其根部的預(yù)應(yīng)力會(huì)達(dá)到最大值，這對(duì)于整個(gè)梁橋受力而言最為不利。若多跨連續(xù)梁橋進(jìn)行合龍段施工時(shí)，不僅能一個(gè)孔一個(gè)孔進(jìn)行合龍，也能多個(gè)孔一塊進(jìn)行合龍；不僅能從一邊依照順序合龍，也可從中間向兩側(cè)合龍。選擇的工程案例中合龍段施工順序，是依據(jù)此工程中設(shè)計(jì)圖紙，其順序是先兩邊跨度→次跨度→中跨度，合龍段施工使用吊籃配重，此吊籃不同于傳統(tǒng)吊籃，是最新制造的鋼質(zhì)吊籃，其模板是為改制之后新型模板，改制之前是邊跨直線段模板。

2.2 合龍段之前施工工藝

在完成橋梁邊墩主體施工之后，接著對(duì)邊墩T型懸臂進(jìn)行施工如圖2所示，還要將邊跨直線段鋼管樁支架平臺(tái)拼裝加入其中，等工序結(jié)束后，再對(duì)邊跨直線段13#塊進(jìn)行澆筑，另一方面分別澆筑到11#塊與12#塊時(shí)(11#塊是指邊主墩箱梁對(duì)稱的懸臂，12#是指主橋箱梁T型懸臂對(duì)稱)，在12#塊段上預(yù)埋合龍段托架吊帶孔與勁性骨架預(yù)埋件，最后產(chǎn)生了合龍之前兩個(gè)邊跨直線段+3個(gè)T型結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 合龍之前T型結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 合龍段施工過(guò)程

合龍段施工工藝具體流程見(jiàn)圖4。

圖4 連續(xù)梁橋合龍段施工流程示意圖

如圖4所示，鎖定1是指邊跨度段與懸澆段之間的鎖定；澆注是指澆注邊跨度上的混凝土；鎖定2是指對(duì)次邊跨度的臨時(shí)鎖定；折除主要是指對(duì)邊跨度上的貝氏支架進(jìn)行拆除；拆除+鎖定是指拆除臨時(shí)錮錨，再鎖定支座；鎖定4是指兩邊的中跨度合龍段進(jìn)行鎖定；體系轉(zhuǎn)換是指依據(jù)設(shè)計(jì)相關(guān)要求，依次對(duì)稱張拉中跨的第二批連續(xù)預(yù)應(yīng)力鋼筋，產(chǎn)生六跨度連續(xù)結(jié)構(gòu)形成主跨的體系轉(zhuǎn)換。

(1)鎖定，對(duì)邊跨度段與懸澆段之間臨時(shí)鎖定，使用梁體外聯(lián)結(jié)構(gòu)，而且還將張拉預(yù)應(yīng)力約束至T6，從而以預(yù)應(yīng)力抵消兩側(cè)由于溫度下降而導(dǎo)致的減小拉力。

(2)澆注邊跨合龍段混凝土，此合龍段混凝土倘若張拉具有一定強(qiáng)度，則張拉邊跨頂板就會(huì)產(chǎn)生負(fù)彎矩束，隨之又出現(xiàn)張拉正彎矩束。

(3)拆除，對(duì)邊跨度上的貝氏支架進(jìn)行拆除，對(duì)16#與20#墩頂臨頂端臨時(shí)錨固進(jìn)行清除，然后對(duì)其永久性縱向支座進(jìn)行鎖定，從而使其結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成單懸臂梁。

(4)鎖定4，指對(duì)兩邊的中跨度合龍段進(jìn)行鎖定；體系轉(zhuǎn)換是指依據(jù)設(shè)計(jì)相關(guān)要求，依次對(duì)稱張拉中跨的第二批連續(xù)預(yù)應(yīng)力鋼筋，產(chǎn)生六跨度連續(xù)結(jié)構(gòu)形成主跨的體系轉(zhuǎn)換。

(5)拆除+鎖定，是指拆除17#與19#墩臨時(shí)錨固，對(duì)永久性縱向支座進(jìn)行鎖定，使其結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成為單懸臂的雙孔連續(xù)梁。

(6)鎖定4，是指兩邊的中跨度合龍段進(jìn)行臨時(shí)鎖定。張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束T7，對(duì)17#與19#墩的永久支座鎖定，再澆注混凝土。當(dāng)混凝土達(dá)到張拉強(qiáng)度之后再對(duì)臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束T7進(jìn)行解除。則出現(xiàn)張拉邊跨頂板負(fù)彎矩束，隨之出現(xiàn)張拉正彎矩束。

(7)體系轉(zhuǎn)換，指依據(jù)設(shè)計(jì)相關(guān)要求，依次對(duì)稱張拉中跨的第二批連續(xù)預(yù)應(yīng)力鋼筋、產(chǎn)生六跨度連續(xù)結(jié)構(gòu)形成主跨的體系轉(zhuǎn)換。張拉應(yīng)該依據(jù)先長(zhǎng)束，后短束；先頂板之后再底板，最后再腹板；先邊跨后次邊跨，最后才中跨這樣的順序進(jìn)行操作，邊跨度合龍段結(jié)束之后示意圖，如圖5所示。在體系轉(zhuǎn)換過(guò)程中，在進(jìn)行中跨與次跨合龍段之前，第一步就是對(duì)勁性骨架進(jìn)行清除，此勁性骨架主要是存于邊跨與次邊跨之上，實(shí)現(xiàn)體系轉(zhuǎn)換，接著再依據(jù)邊跨合龍段施工工藝進(jìn)行實(shí)際施工，其合龍段常見(jiàn)如圖6所示。

圖5 邊跨合龍段之后模型式示意圖

圖6 合龍段常見(jiàn)結(jié)構(gòu)示圖(單位：m)

3 合龍段施工監(jiān)控分析

3.1 監(jiān)控方案

為確保大橋合龍過(guò)程中的結(jié)構(gòu)安全，還須對(duì)合龍段進(jìn)行施工監(jiān)控，結(jié)合工程案例特點(diǎn)，認(rèn)為在橋梁施工監(jiān)控過(guò)程中必須對(duì)其進(jìn)行事前預(yù)測(cè)分析，也就是在橋梁合龍段正式施工之前對(duì)該施工計(jì)劃進(jìn)行具體分析，要準(zhǔn)確模擬施工過(guò)程，才能在整個(gè)橋梁合龍段施工安全與穩(wěn)定方面從宏觀上進(jìn)行把控。針對(duì)合龍段施工進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)控，監(jiān)控重點(diǎn)內(nèi)容包括合龍段梁內(nèi)順橋向的應(yīng)力分布情況。以中跨合龍段為例進(jìn)行分析，如圖7得知，圖中數(shù)字為中跨度合龍段應(yīng)力計(jì)算編號(hào)，在這些編號(hào)中的兩個(gè)編號(hào)106與260是應(yīng)力計(jì)算的橫橋方向設(shè)置的，其余都是順橋方向設(shè)置的。

圖7 中跨合龍段應(yīng)力計(jì)算布置截面示意圖

3.2 監(jiān)控結(jié)果分析

合龍段箱梁應(yīng)力監(jiān)控測(cè)試結(jié)果如圖8所示。

圖8 應(yīng)力監(jiān)控測(cè)試結(jié)果曲線示意圖(單位：MPa)

由圖8得知，其中第一次、第二次與第三次分別屬于張拉后的測(cè)試結(jié)果，而557#、527#、220#、260#、662#、215#、154#、106#、117#與108#分別為測(cè)試點(diǎn)編號(hào)。合龍段順橋向每個(gè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力在張拉10d出現(xiàn)波動(dòng)較大，張拉經(jīng)過(guò)20d之后，其波動(dòng)慢慢縮小，從測(cè)點(diǎn)方位而言，預(yù)應(yīng)力孔道臨近測(cè)點(diǎn)應(yīng)力波動(dòng)較雙翼兩端偏大。在中跨合龍段預(yù)應(yīng)力鋼束張拉之后，其體系結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性變化，由原來(lái)的靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成了超靜定結(jié)構(gòu)，合龍段則承擔(dān)著最大的彎矩，且合龍段上部結(jié)構(gòu)還要被預(yù)應(yīng)力鋼束所束縛著，箱梁底與頂板都遭受擠壓；此外，由于外界溫度與合龍段之初混凝土內(nèi)部的水化熱形成溫度次應(yīng)力，這些因素會(huì)促使各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力在張拉之后的10d之內(nèi)形成比較大波動(dòng)。由于時(shí)間不斷變化，合龍段混凝土逐漸凝結(jié)與水化熱結(jié)束之后，水熱化隨著溫度應(yīng)力與混凝土收縮應(yīng)變對(duì)合龍段所起到影響逐漸變小。當(dāng)張拉超過(guò)20d，對(duì)合龍段產(chǎn)生影響原因包括鋼絞線疏松、混凝土收縮變化以及孔道壁與錨索之間的摩擦等而產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損耗等。這些因素還互相制約與影響，所以，其變化相對(duì)而言并不大。

合龍段橫向設(shè)置的測(cè)點(diǎn)最終結(jié)果體現(xiàn)了梁體頂板、底板所承受拉應(yīng)力，頂板所承受的拉應(yīng)力較大，達(dá)到底板的1.5倍，張拉后10d內(nèi)應(yīng)力變化波動(dòng)偏大，其原因是合龍時(shí)，與合龍段臨近的懸壁端梁體受壓時(shí)，合龍段長(zhǎng)度不長(zhǎng)，體積不大，且應(yīng)力較集中，致使應(yīng)力轉(zhuǎn)移較急，自由收縮受到約束，使得梁體頂與底板形成拉應(yīng)力。隨著時(shí)間的變化，合龍段混凝土應(yīng)力分布比較均勻，當(dāng)張拉超過(guò)20d，應(yīng)力化幅度慢慢變小。

施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)還表明，合龍段施工過(guò)程中的箱梁頂板與底板橫橋向都產(chǎn)生了拉應(yīng)力，最高值達(dá)到2.509MPa，底板最高拉應(yīng)力為1.679MPa，合龍段順橋向都是處于擠壓，頂板最高壓應(yīng)力達(dá)到了9.670MPa，底板最高壓應(yīng)力達(dá)到了17.671MPa，其應(yīng)力指標(biāo)都沒(méi)有超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定值，合龍段施工箱梁的應(yīng)力全部在可控制的范圍內(nèi)。

3.3 監(jiān)控值與理論值比較分析

為了進(jìn)一步了解大橋合龍段在合龍施工當(dāng)中的受力特點(diǎn)與驗(yàn)證施工監(jiān)控技術(shù)的合理性。依據(jù)長(zhǎng)沙某大橋的箱梁參數(shù)，利用有限元軟件MIDAS Civil建立中跨合龍段的三維數(shù)值模型，一共鋪設(shè)2042個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)4886條線3666個(gè)面。運(yùn)用到實(shí)際工程當(dāng)中進(jìn)行模擬加載分析其合龍段的應(yīng)力規(guī)律。中跨合龍段模型見(jiàn)圖9。

圖9 中跨合龍段數(shù)值模型

依據(jù)以上分析可知，對(duì)于施工情況，讀取張拉完成之后合龍束后的第一次實(shí)際測(cè)試值，與數(shù)值模型應(yīng)力理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，如圖10所示。

圖10 中跨度理論值與實(shí)際監(jiān)控值對(duì)比

如圖10得知，理論值與應(yīng)力監(jiān)控曲線變化趨勢(shì)幾乎一樣，差異不大，其結(jié)果比較接近。另一方面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果偏大，應(yīng)力較小的監(jiān)測(cè)位置與理論數(shù)據(jù)結(jié)果計(jì)算值得到的位置基本一致，進(jìn)一步說(shuō)明了模擬計(jì)算結(jié)果比較具有一定可靠性，且具有實(shí)用借鑒與參考價(jià)值。

4 施工重點(diǎn)注意事項(xiàng)

在合龍段進(jìn)行施工過(guò)程中，因?yàn)槭┕D中比較重視合龍段的臨時(shí)勁性骨架，每支鋼接桿務(wù)必要安排一臺(tái)安流電焊接進(jìn)行施工，而且規(guī)定在4h內(nèi)完成，另一方面還要對(duì)焊接施工時(shí)的氣溫有很明顯的要求，所以，合龍期間，時(shí)間不會(huì)很長(zhǎng)，在合龍段一側(cè)的固結(jié)清除之后，剛性支撐力基本上等于溫差所產(chǎn)生的軸向力。而倘若合龍段兩側(cè)支座出現(xiàn)固結(jié)，此外由于澆注合龍段時(shí)間內(nèi)溫度變化明顯，就會(huì)導(dǎo)致橋梁體內(nèi)出現(xiàn)數(shù)千噸的溫度內(nèi)力。從而使得剛性支撐沒(méi)有辦法進(jìn)行承受。若澆注后依然沒(méi)有對(duì)合龍段兩側(cè)的固結(jié)進(jìn)行解除，就會(huì)使得箱梁梁體遭受到巨大的溫度內(nèi)力而遭受破壞。

5 結(jié)語(yǔ)

以湖南長(zhǎng)沙某大橋?yàn)槔?，?duì)合龍段的主要施工工藝設(shè)計(jì)與應(yīng)用，以及各工藝在實(shí)際施工過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)分析。在預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁各工藝實(shí)際施工過(guò)程中，合理采用合龍段施工技術(shù)與施工方案，通過(guò)對(duì)施工過(guò)程監(jiān)控合龍段的結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化施行監(jiān)控，是確保連續(xù)梁橋順利合龍有利的手段之一。因此，需要對(duì)合龍段受力理論進(jìn)行分析，并結(jié)合監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確保橋梁順利施工。