雙嶺特大橋連續(xù)梁懸臂施工控制技術(shù)
2017-10-30
1 工程概況
寧安鐵路雙嶺特大橋全橋里程范圍為DK190+047.95～DK192+728.39，本橋中心里程為DK191+388.17，孔跨布置為75×32+1-（60+100+60） m預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，全長(zhǎng)為2680.44 m，連續(xù)梁主跨跨越國(guó)家滬渝高速沿江段。主橋結(jié)構(gòu)3跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，全長(zhǎng)221.5 m，計(jì)算跨徑布置為60 m+100 m+60 m，中支點(diǎn)處梁高7.85 m，跨中10 m直線段及邊跨15.75 m直線段梁高為4.85 m，梁底下緣按二次拋物線變化，邊支座中心線至梁端0.75 m。主梁箱梁采用單箱單室、變高度、變截面直腹板形式。箱梁頂寬12.2 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，按直線線形變化；腹板厚60～80cm、80～100 cm，按折線變化；全聯(lián)在端支點(diǎn)，中跨中及中支點(diǎn)處共設(shè)5個(gè)橫隔板，橫隔板設(shè)有孔洞，供檢查人員通過。
2 施工控制技術(shù)的重要性
隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展，經(jīng)常需要在大江、大河、湖泊、高等級(jí)公路、輸氣油管道甚至是海灣上修建更多更大跨徑、更為經(jīng)濟(jì)合理的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁。自架設(shè)體系施工法的廣泛應(yīng)用使得預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁得到了較大的發(fā)展，尤其是懸臂施工方法的廣泛采用，必然給橋梁結(jié)構(gòu)帶來(lái)較為復(fù)雜的內(nèi)力和位移變化。為了保證橋梁施工的安全與質(zhì)量，橋梁施工控制是不可缺少的。
盡管在設(shè)計(jì)中己經(jīng)考慮了施工過程中可能出現(xiàn)的狀況，但由于施工中出現(xiàn)的諸多因素事先難以精確估計(jì)，必須在施工中根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際反應(yīng)及狀態(tài)予以考慮。以懸臂澆筑的連續(xù)梁橋?yàn)槔?，影響因素有結(jié)構(gòu)自重、幾何尺寸、材料參數(shù)、掛籃重量、施工偏差、混凝土收縮徐變、溫度變化、風(fēng)力風(fēng)向等。如果上述因素與理論取值不符，而又不能及時(shí)識(shí)別，就會(huì)引起施工控制目標(biāo)的偏差，必然導(dǎo)致在下一階段懸臂施工中采用錯(cuò)誤的糾偏措施，從而引起誤差積累。所以，在施工過程中對(duì)橋梁進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果對(duì)施工過程中的控制參數(shù)不斷進(jìn)行調(diào)整是十分必要的。
3 施工控制的原理
橋梁的施工控制是一個(gè)施工→量測(cè)→判斷→修正→預(yù)告→施工的循環(huán)過程，為了能夠控制橋梁的外型尺寸和內(nèi)力，首先必須安排一些基本的和必要的量測(cè)項(xiàng)目，其內(nèi)容包括主梁各施工工況的標(biāo)高、主梁部分控制斷面的應(yīng)力、結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)、氣溫以及對(duì)混凝土材料的一些常規(guī)試驗(yàn)。在每一工況返回結(jié)構(gòu)的量測(cè)數(shù)據(jù)之后，要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和判斷，以了解已存在的誤差，并同時(shí)進(jìn)行誤差原因分析。在這一基礎(chǔ)上，將產(chǎn)生誤差的原因予以盡量消除，給出下一個(gè)工況的施工控制指令，在現(xiàn)場(chǎng)施工形成良性循環(huán)。
4 懸臂施工控制技術(shù)
4.1 線形控制
橋梁的實(shí)時(shí)線形測(cè)量是施工控制、監(jiān)測(cè)的重要工作之一。撓度線型監(jiān)測(cè)包含對(duì)主梁高程、跨長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)的線形、結(jié)構(gòu)變形及位移和主梁軸線偏位等部分內(nèi)容。撓度監(jiān)測(cè)資料是控制成橋線形最主要的依據(jù)。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，在每個(gè)施工塊件上布置2個(gè)對(duì)稱的高程觀測(cè)點(diǎn)，這樣不僅可以測(cè)量箱梁的撓度，同時(shí)可以觀測(cè)箱梁是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。在施工過程中，對(duì)每個(gè)截面需進(jìn)行立模、混凝土澆筑前，混凝土澆筑后、鋼筋張拉前、鋼筋張拉后的標(biāo)高觀測(cè)，以便觀察各點(diǎn)的撓度及箱梁曲線的變化歷程，保證箱梁懸臂端的合龍精度及橋面變形。高程控制點(diǎn)布置在離塊件前端10 cm，采用16鋼筋在垂直方向與頂板的上下層鋼筋點(diǎn)焊牢固，并要求垂直。測(cè)點(diǎn)（鋼筋）露出箱梁混凝土表面5 cm，測(cè)量磨平并用紅油漆標(biāo)記。
4.1.1 測(cè)試儀器的選擇
高程監(jiān)測(cè)是指用精密水準(zhǔn)儀對(duì)主梁各塊件控制點(diǎn)的標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，以此來(lái)精確控制各塊件的預(yù)拱度。還可以測(cè)出主梁塊件的扭曲程度。另外，使用經(jīng)緯儀對(duì)主梁軸線進(jìn)行測(cè)量。主梁的線型監(jiān)測(cè)以線型通測(cè)和局部塊件標(biāo)高測(cè)量相結(jié)合，在主梁塊件澆筑、及掛籃移動(dòng)后等施工階段進(jìn)行。
4.1.2 零號(hào)塊件高程測(cè)點(diǎn)布置
4.1.3 各懸臂澆筑節(jié)段高程測(cè)點(diǎn)布置
4.1.4 觀測(cè)時(shí)間與項(xiàng)目
墩頂偏位在主梁每懸臂施工完成4～5個(gè)節(jié)段進(jìn)行一次復(fù)測(cè)。
合龍前，對(duì)全橋主梁頂面標(biāo)高、作一次全面復(fù)測(cè)。
合龍后、橋面系施工完成后，分別對(duì)全橋主梁頂面標(biāo)高、墩頂偏位各作一次全面復(fù)測(cè)。
為了盡量減少溫度的影響，撓度的觀測(cè)安排在早晨太陽(yáng)出來(lái)之前進(jìn)行。在整個(gè)施工過程中主要觀測(cè)內(nèi)容包括：立模、混凝土澆筑前后、預(yù)應(yīng)力張拉前后以及拆除掛籃后、邊（中）跨合龍前、最終成橋的各項(xiàng)標(biāo)高值。以這些觀測(cè)值為依據(jù)，進(jìn)行有效地施工控制。
4.1.5 立模標(biāo)高的設(shè)定
4.2 應(yīng)力控制
在雙嶺特大橋上部結(jié)構(gòu)的控制截面布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，以觀察在施工過程中這些截面的應(yīng)力變化及應(yīng)力分布情況，根據(jù)當(dāng)前施工階段向前計(jì)算至竣工，預(yù)告今后施工可能出現(xiàn)的狀態(tài)并預(yù)告下一階段當(dāng)前已安裝構(gòu)件或即將安裝的構(gòu)件是否出現(xiàn)不滿足強(qiáng)度要求的狀態(tài)，以確定是否在本施工階段對(duì)可調(diào)變量實(shí)施調(diào)整。由于電阻應(yīng)變傳感器在混凝土振搗時(shí)極易被損壞，即使不損壞，其絕緣度也無(wú)法保證，另外，在混凝土表面貼片也不能保證可靠，容易發(fā)生漂移，不能保證長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)時(shí)讀數(shù)的可信性。所以，在主梁各斷面應(yīng)力監(jiān)測(cè)用鋼弦應(yīng)變計(jì)，鋼弦應(yīng)變計(jì)為一密封式字保證體系，與外界物質(zhì)并不直接相關(guān)，測(cè)試是通過測(cè)其頻率即可得到混凝土的應(yīng)變，從而得到應(yīng)力。 4.3 溫度控制
由于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)溫度是一個(gè)復(fù)雜的隨機(jī)變量，它與橋梁所處的地理位置、方位、自然條件（如環(huán)境溫度、當(dāng)時(shí)風(fēng)速風(fēng)向、當(dāng)時(shí)日照輻射強(qiáng)度）、組成構(gòu)件的材料等等因素有著密切的關(guān)系，設(shè)計(jì)中很難預(yù)測(cè)施工期間的結(jié)構(gòu)實(shí)際溫度（只能根據(jù)施工進(jìn)度安排和當(dāng)?shù)丶从袣夂蚯闆r預(yù)估，若施工計(jì)劃改變和氣候變化更難預(yù)估），因此，為保證大橋施工達(dá)到設(shè)計(jì)要求內(nèi)力狀態(tài)和線形，必須對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)際溫度進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)時(shí)要特別注意對(duì)結(jié)構(gòu)局部與整體溫度相結(jié)合的測(cè)量，只有掌握了施工結(jié)構(gòu)整體溫度分布狀態(tài)才能有效地克服溫度對(duì)施工結(jié)構(gòu)行為的影響。
橋梁結(jié)構(gòu)處于一個(gè)變化的溫度場(chǎng)中，理論上說由于溫度變化，橋梁的截面應(yīng)力和主梁標(biāo)高每時(shí)每刻都在變化，這就給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)不確定的因素，要完全解決溫度問題，有很大的難度。針對(duì)雙嶺特大橋的溫度監(jiān)測(cè)，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，我們通過對(duì)氣溫的測(cè)量，推算結(jié)構(gòu)溫度的影響，也取得了較好的效果。具體做法是在進(jìn)行其它測(cè)試任務(wù)時(shí)，采用氣溫表測(cè)量箱內(nèi)和箱外的溫度，測(cè)量精度控制在0.5 ℃以內(nèi)。
4.4 截面尺寸控制
根據(jù)誤差分析的結(jié)論，混凝土超方對(duì)懸臂施工的連續(xù)梁橋來(lái)說，影響很大，必須盡可能地減小，因此，超方的測(cè)量也是非常重要的。除了應(yīng)變和標(biāo)高數(shù)據(jù)能夠反映超方的現(xiàn)象，對(duì)每一節(jié)段梁截面測(cè)量也是一個(gè)好方法。
4.5 混凝土彈性模量試驗(yàn)
4.5.1 混凝土彈性模量的測(cè)量
4.5.2 容重的測(cè)量
混凝土的容重的測(cè)試是采用現(xiàn)場(chǎng)取樣，采用實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)方法進(jìn)行測(cè)定。
4.6 預(yù)應(yīng)力控制
預(yù)應(yīng)力水平是影響預(yù)應(yīng)力橋梁（如連續(xù)梁、連續(xù)鋼構(gòu)橋等）施工控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的主要因素之一。監(jiān)測(cè)中主要是對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的張拉真實(shí)應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力管道摩阻損失及其永存預(yù)應(yīng)力值進(jìn)行測(cè)定。對(duì)于前者，通常在 張拉時(shí)通過在張拉千斤頂與工作錨板之間設(shè)置壓力傳感器測(cè)得；對(duì)于后者，可在指定截面的預(yù)應(yīng)力筋上貼電阻應(yīng)變片測(cè)其應(yīng)力，張拉應(yīng)力與測(cè)得的應(yīng)力之差即為該截面的預(yù)應(yīng)力管道摩阻損失值。針對(duì)該橋，我們通過監(jiān)視預(yù)應(yīng)力鋼筋壓力泵的壓力表讀數(shù)和預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉伸長(zhǎng)長(zhǎng)度進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力檢測(cè)，進(jìn)行指導(dǎo)預(yù)應(yīng)力筋的張拉。
4.7 穩(wěn)定控制
目前橋梁的穩(wěn)定性已經(jīng)引起了人們的重視，但主要注重于橋梁建成后的穩(wěn)定計(jì)算。對(duì)施工過程中可能出現(xiàn)的失穩(wěn)現(xiàn)象還沒有可靠的監(jiān)測(cè)手段，尤其是隨著橋梁跨徑的增長(zhǎng)，受動(dòng)荷載或突發(fā)情況的影響，還沒有建立有效、成熟的快速反應(yīng)系統(tǒng)，因此，很難保證橋梁的施工安全。目前主要通過穩(wěn)定分析計(jì)算（穩(wěn)定安全系數(shù)），并結(jié)合結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形情況來(lái)綜合評(píng)定、控制其穩(wěn)定性。施工中，除橋梁結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性必須得到控制外，施工過程中所用的支架、掛籃、吊裝系統(tǒng)等施工設(shè)施的各項(xiàng)穩(wěn)定系數(shù)也應(yīng)滿足要求。
4.8 安全控制
橋梁施工過程中的安全控制是橋梁施工控制的重要內(nèi)容，只有保證了施工過程中安全，才談得上其它控制與橋梁的建成。其實(shí)，橋梁施工安全控制是線形控制、應(yīng)力控制和穩(wěn)定控制等各種因素的綜合體現(xiàn)，只有橋梁的變形、應(yīng)力、穩(wěn)定以及各種影響因素得到了控制，其安全也就得到了控制（由于橋梁施工質(zhì)量問題引起的安全除外）。由于結(jié)構(gòu)型式不同，直接影響施工安全的因素也不一樣，在施工控制中需根據(jù)實(shí)際情況，確定其安全控制的重點(diǎn)。
4.9 與控制有關(guān)的其它資料收集
橋面臨時(shí)荷載的布置和澆筑混凝土方量的資料。
通過對(duì)橋面臨時(shí)荷載和混凝土澆筑方量資料的收集，便于施工控制單位作出正確的誤差分析，使計(jì)算模型更接近于實(shí)際結(jié)構(gòu)。
5 雙嶺特大橋施工控制的目標(biāo)
本項(xiàng)目工作的目標(biāo)是：把大跨度橋梁施工控制的理論和方法應(yīng)用于雙嶺特大橋工程的實(shí)際施工過程，對(duì)該橋施工期間的線型、混凝土應(yīng)力等內(nèi)容進(jìn)行有力的控制和調(diào)整，即：根據(jù)施工全過程中實(shí)際發(fā)生的各項(xiàng)影響橋梁內(nèi)力與變形的參數(shù)，結(jié)合施工過程中測(cè)得的各階段主梁內(nèi)力（應(yīng)力）與變形數(shù)據(jù)，隨時(shí)分析各施工階段中主梁內(nèi)力和變形與設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)值的差異并找出原因，提出修正對(duì)策，以協(xié)助施工單位安全、優(yōu)質(zhì)、高效地進(jìn)行施工，并確保在全橋建成以后橋梁的內(nèi)力狀態(tài)與外形曲線與設(shè)計(jì)盡量相符。整個(gè)施工控制過程見流程圖（見圖3）。
6 結(jié)語(yǔ)
本文主要介紹了雙嶺特大橋施工控制技術(shù)，通過監(jiān)測(cè)手段得到各施工階段的實(shí)際內(nèi)力與變形，從而可以跟蹤掌握施工進(jìn)程和發(fā)展情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中可能存在的較大偏差，消除事故隱患，確保橋梁的質(zhì)量和安全。
參考文獻(xiàn)
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