董曉兵

(1.橋梁智能與綠色建造全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430034;2.中鐵大橋科學(xué)研究院有限公司,湖北 武漢 430034)

1 工程概況

帕德瑪大橋鐵路連接線位于孟加拉國中西部,是孟加拉國東西部客貨運(yùn)輸交流的又一個主通道,新建鐵路正線全長168.6 km。線路起于既有達(dá)卡站,經(jīng)馬瓦、通過在建的帕德瑪大橋、邦嘎至杰索爾。

帕德瑪大橋鐵路連接線節(jié)段梁分為V1,V2,V3高架橋,包含581孔38 m跨度簡支箱梁和28孔34 m跨度簡支箱梁。箱梁主體采用C50混凝土,38 m標(biāo)準(zhǔn)跨箱梁劃分為12個節(jié)段,除兩端墩頂節(jié)段中心長度為2.69 m外,其余節(jié)段中心長度為3.25 m。箱梁節(jié)段采用單箱單室截面,箱梁頂板寬8.45 m,底板寬4.8 m,梁高2.4 m,頂板厚22.5 cm,底板厚25 cm,腹板厚35 cm～55 cm。如圖1所示為箱梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段橫斷面圖。

2 有限元模型

采用有限元分析軟件MIDAS Civil建立計(jì)算模型(見圖2),主梁采用梁單元模擬。恒載按設(shè)計(jì)取值,活載采用印度鐵路規(guī)定的25 t軸重荷載。

結(jié)構(gòu)主要施工步驟為:1)節(jié)段梁預(yù)制完成后梁場內(nèi)存梁90 d,運(yùn)至現(xiàn)場后架橋機(jī)進(jìn)行逐段吊裝;2)節(jié)段梁懸掛拼裝調(diào)整線形,張拉體內(nèi)預(yù)應(yīng)力;3)臨時支座轉(zhuǎn)為永久支座,架橋機(jī)過跨進(jìn)行下一跨施工;4)收縮徐變6個月后施加二期恒載。

3 總體施工方案

3.1 節(jié)段梁預(yù)制施工技術(shù)[1]

3.1.1 節(jié)段梁預(yù)制施工順序

38 m標(biāo)準(zhǔn)主梁分為12個預(yù)制節(jié)段,在專用臺座中預(yù)制1號節(jié)段(墩頂節(jié)段),預(yù)制完成后采集其預(yù)埋的6個測點(diǎn)的相對坐標(biāo),將1號梁作為匹配梁進(jìn)行2號節(jié)段的澆筑,2號梁混凝土完成澆筑后,采集匹配梁(1號梁)和新澆筑梁段(2號梁)的局部坐標(biāo),計(jì)算該預(yù)制過程中的匹配誤差,然后再將新澆筑梁段(2號梁)作為匹配梁,匹配梁的定位需考慮前一節(jié)段的匹配誤差,重復(fù)該步驟,完成一跨其余節(jié)段梁的預(yù)制匹配施工。

短線法節(jié)段預(yù)制匹配階段的施工控制的核心就是不斷識別線形誤差和調(diào)整誤差,以使得整體預(yù)制線形達(dá)到理論控制目標(biāo)的過程。

3.1.2 匹配梁調(diào)整及定位

圖3為預(yù)制匹配時待澆梁與匹配梁位置關(guān)系圖,匹配梁段為待澆梁段相鄰的上一已澆筑節(jié)段。新澆梁段在達(dá)到一定的強(qiáng)度后,脫開內(nèi)模和側(cè)模,通過卷揚(yáng)機(jī)、倒鏈牽引和底模臺車的頂升動作相互配合脫離固定端模,移至匹配位置進(jìn)行定位。匹配梁定位采用底模臺車進(jìn)行匹配梁三維精確定位,匹配梁匹配坐標(biāo)需根據(jù)預(yù)制誤差進(jìn)行計(jì)算。匹配梁位置調(diào)整好后將底模4個螺旋支腿旋下?lián)斡诘孛?同時測量匹配梁與固定端模間的距離,保證頂緊支腿過程中匹配梁位置不發(fā)生變化。再次測量匹配梁測釘坐標(biāo),測量誤差不超過3 mm后合龍側(cè)模,如達(dá)不到要求,則頂升千斤頂重新定位匹配梁。

考慮到混凝土澆筑過程匹配梁會因混凝土側(cè)壓力產(chǎn)生位移,匹配梁定位后,首先將匹配梁底模與待澆梁模之間用拉桿連接,再將匹配梁后端限位支架螺旋千斤頂與匹配梁段后部下端頂緊,防止匹配梁段在混凝土側(cè)壓力作用下縱向位移。

3.1.3 待澆梁混凝土澆筑

匹配梁就位、模板調(diào)整固定后,鋼筋骨架吊裝后澆筑混凝土。澆筑順序?yàn)?底板→腹板→頂板(含翼緣板)?；炷练謱訚仓穸炔怀^450 mm。底板澆筑時采取中央往兩側(cè)澆筑,在澆筑時預(yù)留約5 cm暫不澆滿,待腹板澆筑一定高度后,再進(jìn)行補(bǔ)料澆筑。腹板澆筑時,適當(dāng)降低混凝土坍落度1 cm～2 cm,以防止混凝土向底板上翻。底板與腹板倒角混凝土布料及振搗采取在內(nèi)模下方倒角處開設(shè)三個約15 cm×15 cm的方孔,通過該處觀察混凝土的布料情況并經(jīng)此處對混凝土振搗密實(shí)。

在頂板混凝土終凝前進(jìn)行6個測量控制點(diǎn)埋設(shè),在混凝土終凝后、梁段移動前采集測量點(diǎn)的相對坐標(biāo),作為下一梁段匹配的依據(jù)。

3.2 節(jié)段梁架設(shè)施工技術(shù)[2]

首先在拼裝墩位處安裝LG75型架橋機(jī),按照節(jié)段梁懸掛順序依次吊裝(見圖4),調(diào)整節(jié)段位置和標(biāo)高,接縫處滿涂環(huán)氧樹脂膠,保證膠體壓力不小于0.3 MPa至環(huán)氧樹脂膠固化,最后張拉預(yù)應(yīng)力,支座灌漿后體系轉(zhuǎn)換完成,架橋機(jī)卸載前移過孔。

標(biāo)準(zhǔn)孔跨架設(shè)主要步驟如下:

1)將節(jié)段梁存放至墩位處采用三點(diǎn)支撐進(jìn)行存放,支座、千斤頂擺放就位,利用架橋機(jī)進(jìn)行節(jié)段吊掛。

2)逐塊吊掛節(jié)段梁并懸吊于架橋機(jī)主梁上,相鄰塊段上下交錯,最后吊裝B節(jié)段,懸吊于A,C節(jié)段下方。近端首節(jié)段墩頂D節(jié)段精確定位,并臨時鎖定;吊起C節(jié)段與D節(jié)段試拼裝后退開,匹配面雙側(cè)涂膠后拼裝對位,安裝節(jié)段梁精軋螺紋鋼以及千斤頂,張拉臨時預(yù)應(yīng)力。按上述步驟逐塊調(diào)整其他節(jié)段、節(jié)段涂膠、張拉臨時預(yù)應(yīng)力。

3)完成整孔箱梁節(jié)段膠拼后將墩頂千斤頂抄墊密實(shí),穿體內(nèi)預(yù)應(yīng)力束并按設(shè)計(jì)順序張拉預(yù)應(yīng)力;千斤頂起頂支撐整孔箱梁,由中間向兩端拆除提梁吊掛扁擔(dān)吊桿,架橋機(jī)不再承受節(jié)段梁自重荷載。落梁于正式支座上至設(shè)計(jì)高程,支座底板灌漿完成一孔架設(shè),架橋機(jī)走行過孔后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力孔道壓漿。

4 施工計(jì)算分析

鑒于篇幅,以38 m標(biāo)準(zhǔn)跨P269-P271墩跨為例。

4.1 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果[3-4]

根據(jù)施工過程結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果可知,箱梁頂板最大壓應(yīng)力為6.84 MPa,箱梁底板最大壓應(yīng)力為15.30 MPa,施工過程中未出現(xiàn)拉應(yīng)力,結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài),滿足規(guī)范要求。表1為主梁在關(guān)鍵施工過程中的箱梁頂、底板應(yīng)力。

4.2 位移計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知,由于自重、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變對主梁結(jié)構(gòu)變形會產(chǎn)生影響,主梁在二期恒載施工完成后跨中上拱17.7 mm,箱梁頂面總壓縮量為8.7 mm。圖5為主梁在制造階段的主梁制造拱度曲線,為確保在二恒施工后主梁頂面與設(shè)計(jì)線形相符,主梁預(yù)制施工不考慮運(yùn)營階段預(yù)拱度,因此,主梁無應(yīng)力制造線形為跨中拱度向下預(yù)設(shè)17.7 mm,單跨總梁長增加8.7 mm,以確保結(jié)構(gòu)線形平順。

表1 主梁在關(guān)鍵施工過程中的箱梁頂、底板應(yīng)力 MPa

5 線形控制結(jié)果

5.1 節(jié)段梁預(yù)制線形控制結(jié)果

5.1.1 節(jié)段梁預(yù)制長度控制[5-6]

節(jié)段梁架設(shè)施工中,伸縮縫太寬或過窄都對后續(xù)施工及線形控制造成影響,因此,控制單個梁段以及整跨總梁長至關(guān)重要,但由于模板剛度不足、匹配誤差等施工因素影響,單個梁段實(shí)際預(yù)制軸線長度與理論軸線長度不完全一致,如不及時調(diào)整累計(jì)誤差較大時就會對整跨總長度控制造成影響。因此,提出待澆梁段軸線理論控制長度按照已預(yù)制梁段累計(jì)長度進(jìn)行負(fù)誤差動態(tài)控制,具體計(jì)算公式如下:

(1)

其中預(yù)制最后一榀梁段梁長修正值Δl還需考慮梁段架設(shè)時節(jié)段間膠拼厚度Δl1、已預(yù)制梁段累計(jì)實(shí)測長度與擬合計(jì)算累計(jì)長度的誤差Δl2、最后一榀梁脹模誤差Δl3,以P269-P270跨最后一榀梁1號梁為例:

Δl1取12個梁段的節(jié)段間膠拼總厚度,即Δl1=-11×0.001 m=-0.011 0 m。

Δl3根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取最后一榀梁脹模誤差,即Δl1=-0.002 0 m。

即最后一榀梁1號梁的梁長修正值Δl=Δl1+Δl2+Δl3=(-0.011 0+0.002 5-0.002 0)m= 0.010 5 m。

因此,1號梁修正后理論制造梁長為:l1=L1+Δl=(2.684 7-0.010 5)m=2.674 2 m。

由表2可知,1號梁在制造完成后擬合計(jì)算梁長為2.674 m,實(shí)測梁長2.673 m,與修正后理論制造梁長2.674 2 m偏差較小,驗(yàn)證了該梁長計(jì)算方法的有效性。同時,在多跨節(jié)段梁完成架設(shè)后,跨間接縫寬度偏差較小,驗(yàn)證了節(jié)段預(yù)制過程中單個梁段及單跨總梁長控制計(jì)算方法的有效性。

表2 P269-P270跨節(jié)段理論制造梁長、擬合計(jì)算梁長和實(shí)測梁長表

5.1.2 節(jié)段梁預(yù)制坐標(biāo)誤差控制

以P269-P270跨為例,圖6為軸線和高程預(yù)制誤差統(tǒng)計(jì)柱狀圖,根據(jù)上述施工方法,預(yù)制梁軸線誤差范圍在-2.5 mm～2.1 mm內(nèi),±2 mm內(nèi)測點(diǎn)數(shù)占比97.0%;高程誤差范圍在-0.9 mm～3.3 mm,±2 mm內(nèi)測點(diǎn)數(shù)占比81.8%,節(jié)段預(yù)制精度總體較高,且在梁段預(yù)制施工中高程線形控制較軸線線形控制更為困難,在預(yù)制施工中需加以注意。

5.2 節(jié)段梁架設(shè)線形控制

根據(jù)實(shí)測結(jié)果,實(shí)際成橋線形總體與理論線形變化趨勢一致,但實(shí)際成橋線形總體略低于理論線形,最大偏差為-5.8 mm,位于跨中梁段位置。實(shí)際成橋線形總體略低于理論線形,主要是由于梁體混凝土彈性模量比計(jì)算值高,預(yù)應(yīng)力張拉起拱量較理論計(jì)算值小,導(dǎo)致跨中高程低于理論值,因此在后續(xù)其他梁段預(yù)制需要根據(jù)實(shí)測結(jié)果進(jìn)行反饋修正,適當(dāng)減小跨中反拱值6 mm,確保架設(shè)線形與理論線形更加吻合。

6 結(jié)語

1)依托帕德瑪大橋鐵路連接線項(xiàng)目,介紹了38 m跨徑箱梁節(jié)段預(yù)制的施工順序、臺座安裝、匹配梁調(diào)整定位、待澆梁澆筑、梁段轉(zhuǎn)運(yùn)與存放的預(yù)制施工技術(shù),闡述了整孔逐段拼裝的總體流程和標(biāo)準(zhǔn)跨施工方法。

2)通過對預(yù)制和架設(shè)施工關(guān)鍵過程結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形情況進(jìn)行計(jì)算,表明結(jié)構(gòu)應(yīng)力在施工過程中處于安全可靠狀態(tài),同時以位移分析結(jié)果為依據(jù),計(jì)算了單跨節(jié)段梁反拱設(shè)置曲線和梁長增加量。

3)闡明了節(jié)段預(yù)制單個梁段及單跨總梁長控制計(jì)算方法,并提出待澆梁段長度負(fù)誤差動態(tài)控制法,節(jié)段梁預(yù)制誤差基本控制在±3 mm內(nèi),架設(shè)后線形誤差約為6 mm,施工控制精度較高,滿足相關(guān)要求。