陳 晨

(中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司，天津 300450)

1 工程概況

商登高速為連接連霍高速與鄭少高速的交通干線，是河南省交通網(wǎng)絡(luò)中的重要骨架，也是連接豫東豫西的大通道，主線全長222km，商登高速鄭州段唐莊互通1號橋位于唐莊鎮(zhèn)，大橋全長235m，上部構(gòu)造采用(46+85+46)m分離式雙幅預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁。

本橋箱梁各主要結(jié)構(gòu)尺寸為：0號塊高5.5m，跨中高2.5m；0號塊底板厚1.2m，跨中底板厚0.32m，箱梁高度及底板厚度按2次拋物線變化。箱梁澆筑節(jié)段長度依次為：0號塊11.9m+9×3.95m，中跨合龍段長2m，邊跨現(xiàn)澆段長4.42m。箱梁頂板在0號塊中間位置厚0.5m，與1號梁段接頭位置厚度0.3m，其余梁段均為0.3m；腹板在0號梁段厚0.9m，0號塊與1號塊位置漸變?yōu)?.6m,其余梁段均為0.6m。箱梁頂寬12.6m，底寬7m，頂板懸臂長2.8m，懸臂端部厚0.2m，根部厚0.65m，箱梁頂設(shè)有3%的橫坡。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工工藝

主橋箱梁采用掛籃施工，掛籃懸澆節(jié)段長9×3.95m，懸澆節(jié)段最大重量為153.1t。懸澆梁施工工藝和施工流程見圖1、圖2。

圖2 常規(guī)掛籃懸臂施工示意圖

0號塊施工采用托架方案，底板部分墩內(nèi)、外側(cè)每側(cè)均設(shè)置裝配式牛腿4榀，翼緣板部分每側(cè)各設(shè)置裝配式牛腿2榀。底板部分牛腿托架上鋪設(shè)Ⅰ25b工字鋼橫梁，主墩外側(cè)間距80cm、主墩內(nèi)側(cè)間距75cm；翼緣板部分牛腿托架上鋪設(shè)Ⅰ40b工字鋼，工字鋼間距90cm。底板部分工字鋼頂面設(shè)置調(diào)坡桁架片，工字鋼與調(diào)坡桁架片采用點(diǎn)焊連接。調(diào)坡桁架片采用∠75×6角鋼及φ48×3鋼管焊接制作；翼緣板工字鋼頂面直接搭設(shè)φ48×3鋼管腳手架支撐頂模，腳手架縱、橫、步距均為90cm，頂面設(shè)置I12.6工字鋼分配梁。0號塊側(cè)模及翼緣板采用定型鋼模，底模采用定型鋼模，內(nèi)模采用定型鋼模，內(nèi)外模采用對拉桿連接。托架布置見圖3、圖4。

圖3 0號塊托架側(cè)面布置

圖4 0號塊托架翼緣板布置

在0號塊托架搭設(shè)完成鋪裝模板前采用堆砌加載法對托架按梁體混凝土荷載分布大小對稱進(jìn)行預(yù)壓，分四級預(yù)壓：第一級為梁體重量和施工荷載重量的0.5倍，第二級為梁體重量和施工荷載重量的0.8倍，第三極為梁體重量和施工荷載重量的1.0倍，第四級為梁體重量和施工荷載重量的1.2倍，主要是檢驗(yàn)托架的承載能力是否能滿足施工的需要，并在預(yù)壓過程中取得托架的彈性變形值同時消除托架的非彈性變形。托架墩柱外側(cè)承受總重量：G總=G0號塊+G模+G人+G設(shè)備=107.5t+1t+1t+1t=110.5t。托架墩柱之間承受總重量：G總=G0號塊+G模+G人+G設(shè)備=224.77t+3t+1.5t+2t=231.27t

綜合考慮了以上各種因素，確定的預(yù)壓荷載系數(shù)為120%，即基準(zhǔn)載荷分別為110.5tf和231.27tf。預(yù)壓荷載采用混凝土塊或者其他重物進(jìn)行模擬，并按混凝土箱梁的重力分布加載在托架上，加載分別按箱梁重力的0.5倍、0.8倍、1.0倍和1.2倍進(jìn)行，采用水準(zhǔn)儀測量出相應(yīng)各測點(diǎn)的標(biāo)高值。在施加模擬荷載后，每隔6h觀測一次測點(diǎn)標(biāo)高，卸載標(biāo)準(zhǔn)為48h內(nèi)累計沉降量小于2mm。完成荷載預(yù)壓前、荷載預(yù)壓中、變形穩(wěn)定期、卸載后觀測點(diǎn)的標(biāo)高觀測值，并以此計算出托架在荷載預(yù)壓前至變形穩(wěn)定期的總位移值、變形穩(wěn)定期至卸載后的變形模量、荷載預(yù)壓前至卸載后的非彈性位移量。

3 應(yīng)力施工控制

橋梁施工過程中，橋梁結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力張拉、施工荷載等各階段施工荷載，都是隨著施工進(jìn)程的發(fā)生而逐漸發(fā)生的，不同的施工階段，由于荷載的增加次序、預(yù)應(yīng)力張拉以及結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換，都會改變橋梁的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形狀態(tài)[1-3]。橋梁結(jié)構(gòu)后期的成橋受力狀態(tài)與施工荷載變化過程存在緊密的聯(lián)系，因此，研究不同施工階段及橋梁成橋狀態(tài)的結(jié)構(gòu)受力特性及變形是橋梁施工中的首要任務(wù)[4-5]。

結(jié)構(gòu)分析計算是施工控制的核心依據(jù)，利用三維空間結(jié)構(gòu)分析程序計算分析施工全過程、成橋狀態(tài)的內(nèi)力及變形等，考慮結(jié)構(gòu)空間的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)對變形和內(nèi)力的影響[7]。本文采用橋梁分析軟件Civil Midas 2015計算分析程序，建立橋梁的平面計算模型，對橋梁施工階段至運(yùn)營階段的各階段結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行靜力分析。橋梁主橋施工階段計算模型見圖5，主橋總體計算模型見圖6。

圖5 主橋施工階段計算模型

圖6 主橋結(jié)構(gòu)總體計算模型

計算時，模型滿足下列假定：模型的尺寸和邊界條件與施工過程保持一致；按單幅橋進(jìn)行數(shù)值計算；忽略普通鋼筋對結(jié)構(gòu)受力的貢獻(xiàn)，主梁簡化為預(yù)應(yīng)力構(gòu)件；忽略主梁橫向和豎向的預(yù)應(yīng)力；計算時采用一般支撐模擬固定支座及活動支座[8]，對于支座剛度的缺失問題，可采用忽略彈性邊界條件，邊界位移條件采用剛性約束的方式進(jìn)行解決。

圖8 最大懸臂張拉頂板應(yīng)力

圖9 直線段張拉底板應(yīng)力

圖10 直線段張拉頂板應(yīng)力

圖11 主橋中跨合龍底板應(yīng)力

圖12 主橋中跨合龍頂板應(yīng)力

在左幅箱梁上布置7個應(yīng)變測試斷面，右幅箱梁上布置7個應(yīng)力測試斷面。左幅應(yīng)力測點(diǎn)42個，右幅應(yīng)力測點(diǎn)42個，主梁縱向應(yīng)力測點(diǎn)合計84個(見圖13)。以3-3斷面為例，進(jìn)行測點(diǎn)布置(見圖14)。

圖13 大橋主橋應(yīng)力測試斷面

圖14 3-3斷面應(yīng)力測點(diǎn)

主梁應(yīng)力實(shí)測值在-1.5～-0.1MPa之間，實(shí)測值最大值發(fā)生在測點(diǎn)編號為355044處，實(shí)測值與計算值差值在-0.5～-0.1MPa之間，滿足規(guī)范求(見表1)。

表1 3-3截面主梁應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果 單位：MPa

4 橋梁施工變形

橋梁的合龍線性受到多種因素的影響，在實(shí)際橋梁施工中，構(gòu)架尺寸誤差、材料容差、張拉誤差等眾多因數(shù)都直接或者間接地對大橋合龍產(chǎn)生誤差積累，進(jìn)而造成合龍困難，此外，施工步序的變化以及偶然施工荷載的發(fā)生都會改變橋梁的結(jié)構(gòu)線性，進(jìn)而影響每個施工階段的構(gòu)件標(biāo)高，導(dǎo)致最終成橋出現(xiàn)誤差，特別是采用懸臂工法的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，為滿足規(guī)范設(shè)計和規(guī)范要求，應(yīng)該對各個施工階段的線性進(jìn)行控制。

從主橋各個施工階段的變形曲線(見圖15)中可以看出，無論何種施工階段，位移極值都發(fā)生在懸臂端，施工階段最大豎向位移約為25mm，在橋墩附近位移變形值較小，約為2mm。橋梁在中跨合龍時與二期橋面鋪裝恒載時，變形較為接近，表明橋梁合龍后變形穩(wěn)定。

圖15 主橋主要施工階段位移

5 橋梁合龍標(biāo)高控制

對中跨3-3斷面合龍時，兩側(cè)混凝土懸臂箱梁塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(見表2)。由《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3650—2020)可知，同跨對稱點(diǎn)控制高程不應(yīng)大于20mm，從表2中可知，合龍最大差值為12mm，滿足規(guī)范要求。

表2 主橋主要施工階段位移

橋梁合龍施工完成后，對每個梁端的頂?shù)装逄幉贾酶叱虦y點(diǎn)，觀測頂?shù)装宓母叱套兓?，并與理論計算值進(jìn)行比較。頂?shù)装宓臉?biāo)高理論計算值與實(shí)測值的比較見圖16、圖17。

圖17 箱梁頂板的高程理論值與實(shí)測值曲線對比

從圖16和圖17可知，橋梁的線性控制較好，理論計算值與實(shí)測值之間誤差在規(guī)范的容許范圍之內(nèi)，兩線形較為吻合，由此說明，本文橋梁合龍后高程計算結(jié)果精度較高，能夠較好地反映橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，對施工的標(biāo)高控制效果具有較高的指導(dǎo)價值，對橋梁施工階段的變形能夠在施工前具有預(yù)見性地識別。

6 結(jié) 論

商登高速鄭州段唐莊互通1號橋，屬于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，施工過程中主梁豎向線形偏差及軸線偏移、合龍后的橋面線形、避免施工過程中主梁出現(xiàn)過大的應(yīng)力等問題，均需通過施工監(jiān)控監(jiān)測來解決。此外，實(shí)際施工時，截面誤差、材料容重誤差、彈性模量誤差、張拉誤差等各種施工誤差和施工步驟的改變以及偶然施工荷載的作用都會引起橋梁結(jié)構(gòu)線形與內(nèi)力的改變，影響結(jié)構(gòu)在施工和成橋時的狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的安全。本文通過有限元模型對大橋進(jìn)行施工過程模擬分析，并進(jìn)行應(yīng)力和施工位移監(jiān)測。施工監(jiān)控結(jié)論表明：施工階段主梁壓應(yīng)力最大值出現(xiàn)在中跨合龍階段，最大值為7.82MPa，主梁拉應(yīng)力最大值出現(xiàn)在最大懸臂階段，最大值為0.078MPa；無論何種施工階段，位移極值均發(fā)生在懸臂端，施工階段最大豎向位移約為25mm，在橋墩附近位移變形值較小，約為2mm。橋梁在中跨合龍時與二期橋面鋪裝恒載時，變形較為接近，表明橋梁合龍后變形穩(wěn)定；橋梁合龍后橋梁的線性控制較好，理論計算值與實(shí)測值之間誤差在規(guī)范的容許范圍之內(nèi)，理論計算能夠反映施工的橋梁結(jié)構(gòu)的真實(shí)情況。