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2024-09-20 星期五

连续梁桥梁关键工序质量控制和线形控制

发布日期:2013-09-03 信息来源: 浙江致远建设工程咨询监理有限公司 张 佑 良 赵月丹 浏览次数:417

摘要:中国桥梁工程中.连续梁桥梁关键工序质量控制和线形控制是关键,文章对比阐述了连续梁桥梁关键工序质量控制和线形控制。着重抓施工质量问题和线形控制问题,分析了两者重要性,并结合实际工程,探讨了两者技术调整措施。

一、  工程概述
        金华市通济桥拼宽改造工程 连续箱梁结构为31+3×49.2+31=209.6三跨变截面预应力混凝土连续梁桥。上部结构:主桥为单箱双室断面直腹箱型截面,顶板宽度为15.48米,底板宽度为10米,以中腹板中心线为基准梁高线,调整两边腹板高度使箱梁顶板从既有桥侧向外1.5%放坡,顶板厚28cm。既有桥侧悬臂宽2.73m,与既有桥预留2cm变形缝,外侧悬臂宽2.75m,悬臂端部厚0.2m,根部厚0.5m。从合拢段至中支点,底板厚由0.25渐变至0.5m。箱梁腹板厚 0.4m、0.6m两类,从0.4m至0.6m板厚之间,板厚采用两节段渐变过渡。
        主梁在端支点、中支点和跨中分别设横隔墙,隔墙厚依次为1.1m和1.8m和0.6m。在既有桥侧悬臂预留50cm后浇带段,待全桥合拢后,一次现浇。
箱梁采用纵向预应力体系。同时在端支点横梁和中支点横梁局部配有横向预应力。纵向预应力钢束可分为顶板束、腹板束、底板束。其中腹板束采用12-ΦS15.2钢绞线;顶板悬臂束采用9-ΦS15.2钢绞线及12-ΦS15.2钢绞线;中跨底板合拢束采用15-ΦS15.2钢绞线,中跨顶板合龙束采用12-ΦS15.2钢绞线;边跨顶、底板合拢束采用12-ΦS15.2钢绞线;端支点横梁采用5-ΦS15.2钢绞线和15-ΦS15.2钢绞线;中支点横梁采用9-ΦS15.2钢绞线各12-ΦS15.2钢绞线。
 二、 施工组织
        0#段采用落地支架施工,支撑架系统在承台上和处理后的地基采用Ф48mm钢管满堂搭设在处理地基上;1#~5#梁段采用三角桁架式挂篮,逐段悬臂浇注;次中跨、中跨合拢段采用合拢吊架施工,吊架底篮及模板采用挂篮的相应部件。
三、 主要工序施工及质量控制
1、 0#块平衡段施工(0#块施工)及质量控制
        边跨平衡段采取就地设立支架,在支架上立模、绑扎钢筋,灌注边跨梁段砼采用常规方法施工。
        因平衡段位于婺江左右两个岸边,满堂门式支架是现浇直线段箱梁砼的主要受力结构,确保有足够的强度、刚度和稳定性,梁体砼浇灌后,其下沉量不大于施工容许量,平衡段支架拟采用Ф48mm钢管满堂支架。支架立杆的纵、横向每排单元间距为600×700cm。为保证支架的整体稳定性和纵向刚度,沿纵横向设置扫地杆、水平连接杆和剪刀撑杆,采用Ф48mm钢管和回转扣件连接;扫地杆离地20cm,水平杆步距150cm,支架横杆上铺设15×15cm方木,方木上平铺8cm钢模板。支架外侧设密目安全防护网;底模及侧模采用8cm钢模板;芯模采用钢框架组合模板。 
支架验算
平衡段部分荷载为:
底板: 0.25×10×5.4=13.5m3;
顶板:0.28×10×5.4=15.12m3;
腹板: 1.4×5.4×0.4×3=9.07m3;
倒角:0.3×2×1.4×2+0.2×2×3.2×2=4.24m3;
翼板  2.75×5.4×0.35×2=10.4m3  
箱梁荷载(除翼板砼) 13.5+15.12+9.07+4.24=41.93m3×25 KN/m3 =1048KN
每平方米荷载1048/(10×5.4)=19.41KN/ m2
其它考虑荷载 4KN/ m3,安全系数考虑1.2
Q总=(19.41+4)×1.2=28.09KN/ m2 
 翼板荷载:(10.4m3×25 m3/KN)÷(5.4×2.75×2)×1.2=10.5KN/ m2
钢管支架荷载计算
根据路桥施工手册查得钢管截面积 A=424mm2、回旋半径 i=15.78mm、惯性矩I=1.078×105、抵抗矩4.493×104,〔σ〕=215Mpa。扣件抗滑力8.5KN/只
设计间距为纵向间距600mm×横向间距700mm,横杆步局不大于1500mm
横向水平杆计算
弯曲强度σ=Ql2/10W=28.09×7002/(10×4.493×104)=30.6Mpa<170 Mpa
抗弯强度f= Ql4/150EI=28.09×7004/(150×2.1×105×1.078×105)=2.5mm<3mm
纵向水平杆计算
 Mmax=0.267Fl=0.267×18.01×0.5=2.4 KN/m
弯曲强度σ= Mmax /W=2.4/4.493×104=53.4Mpa<170 Mpa
抗弯强度f=1.883×(Fl2/100EI)=1.883×((18.01×6002)/(100×2.1×105×1.078×105))=0.54mm<3mm
长细比λ=μl/i=1.5/0.01595=94 (查表得ф=0.552)
考虑钢管的气腐蚀及搭设时的垂直度取K2=2.0
N=(фA〔σ〕)÷2=(0.552×424×170)÷2=19.89KN
排架受力判断
每根钢管承受荷载面积
0.6×0.7=0.42m2
则每根钢管承受的压力为
N’实=FA=31.7×0.42=13.31KN<N计=19.89KN 满足要求
注 实际施工时在肋板下排架间距为35cm×60cm
扣件抗滑力(实际施工时每根立杆顶部设置两只扣件)
8.5KN/只×2=17KN>13.31KN满足要求
翼板排架间距 70cm×70cm=0.49m2
N’实=FA=21KN×0.49=10.29KN< N计=19.89KN满足要求
即翼板部分采用钢管支架搭设,经验算满足规范要求。

2、悬浇梁段施工及质量控制
        本工程1#~5#梁段采用三角桁架式挂篮逐段悬臂浇注,挂篮由主桁系统、前后横梁、吊挂系统、底平台系统、模板系统、后锚固系统以及行走系统几个部分组成:以工字钢作主体结构,配以新制杆件组拼而成,挂篮前移采用两步到位的方法,施工单箱双室连续箱梁。
(1)有关指标
        单侧挂篮自身量及全部施工荷载之和小于:8570.5KN;根据设计计算本工程挂篮自身重量为:400KN。
(2)挂篮安装
        在0号梁段施工完成后,即可从0号梁段中心向两侧对称安装两套施工挂篮,挂篮安装按设计图进行,前后支座→纵梁主桁→后门架→后锚杆→中门架→后吊杆→前门架→前吊杆→底平台→外侧模及支撑→(梁段钢筋施工)→芯模及端模
(3)、挂篮前移及拆除
        箱梁块件预应力束张拉完成后,应先放松前、后长吊杆,再稍将中间的两根后短吊杆放松(不要密贴),拆除其余短吊杆;同时在已浇箱梁顶的固定支点位置处,用千斤顶起顶主桁梁,安装下一块件施工前支点,在清除支点表面杂物后,涂抹黄油,以减小桁梁前移时的阻力,在灌注悬臂梁段的最后一节砼完成张拉工序后,便可拆卸挂篮,拆卸时,先将工作平台拆除,
3、合拢段施工及质量控制
        合拢段施工采用先边、后次中、后中依次对称进行,边跨合拢段利用平衡段支架及临时刚性连接构件施工;次中中跨、中跨合拢段采用挂篮改装的合拢吊架及临时刚性连接构件施工,合拢段底平台的设置依设计采用预埋构件、挂篮吊架进行施工,箱梁顶应预留进料孔,以便灌注底板砼,中跨合拢段可利用预埋件,再将两根32号槽钢对接在一起,形成一个钢构件,每个合拢段共四根,对称放置,平衡段及5#块施工完成后,安装边跨合拢段的临时刚性连接构件,现浇边跨合段A6。
次中跨合拢段,拆除4#、9#墩旁支架,安装次中跨合拢段的临时刚性连接构造,用悬吊支架现浇合拢段B6;待梁段混凝土弹性模量和强度达到90%的设计值且混凝土的龄期不小于6天时,张拉本阶段纵向预应力束。
        中跨合拢梁段:按照常规施工,此段为最后合拢梁段,会由于张拉、砼收缩徐变和温度等因素的影响,该处合拢梁段悬臂会出现较大高差,欲消除此高差,在允许范围内除上述措施外,另采取两T构使用两套挂篮进行同步施工;从1#梁段施工开始,按照消除合拢梁段处两悬臂端高差来调整悬浇块的高程;一挂篮前进,一挂篮后退。前进挂篮到对边的悬臂端段隔住。后退挂篮作配重来调节连续悬臂梁两端的高差。
        合拢段纵向制孔波纹管是中间联通管,其与两悬臂伸出波纹管连接可采用比照0#梁块段波纹管外套接或内套接方式。穿束时,钢绞线束前端戴上一个铁尖帽子,以方便穿束,波纹管接头处一定要封严,并严格检查确保孔道质量,严防漏浆。
        悬臂连续梁合拢前,合拢段两端悬臂受温度的变化影响可能产生纵向伸缩,使合拢段间距变化,从而导致合拢段砼凝固过程中受到张拉或压缩的超应力影响而产生裂缝,因此,合拢段要按设计温度进行约束锁定。
        合拢段检查合格后,即可灌注砼。因气温变化引起箱梁伸缩及砼凝固过程中的收缩,可导致合拢段砼产生缩裂或压坏,因此合拢段砼灌注时间宜选在日温差较小的阴天或选在一天中温度最低的时刻,最好在凌晨前完成或按设计要求进行,但气温亦不宜低于0℃。
       合拢段浇注砼,应全段面一次完成,且浇注时间亦不得超过4个小时。合拢时箱体内外温度控制,合拢段混凝土浇注后箱体内温度高于室外温度,用排风扇通过预留孔吹入外借的低温。同时通过另一预留孔用用排风扇排出箱梁内热空气,形成对流从而降低箱体内温度。在梁体外侧采用土工布进行多层覆盖。
       在孔道密集的部位,采用插入式捣,插捧震捣相结合并慎重操作,不得漏震、欠震、过震,震捣时不得碰及刚支撑和制孔波纹管,以免造成事故。
       纵向波纹管孔道检查通孔应在砼浇注完毕后进行,对已穿放钢束的孔道,应将钢束来回抽动,以检查波纹管是否漏浆,防止钢束被灰浆凝结。
       纵向预应束张拉:先长束、后短束;先底板束,后顶板束。同一断面:先边束,后中束的顺序左右对称进行。
       正弯矩腹板束是在箱梁顶面槽口锚固,张拉时,千斤顶和油泵置放在箱梁顶面上;正弯矩板束锚固在箱内底板上,须进行箱内张拉,因此,应事先在相应的箱梁顶板上预埋两个钢筋吊环,张拉时,将一根Ф50钢管横向串入环内;使千斤顶悬挂在钢管上,以便进行不同位置的张拉。油泵可置于顶板上,油管路和电缆线,可以由顶板预留孔内穿至箱内。也可使用带支架的钢管手推车,车上配置倒链千斤顶油泵,在箱梁内移动,配合箱内不同位置张拉。
4、体系转换施工及质量控制
        五跨连续梁结构是按平衡悬臂法施工,经过临时支座与桥墩固结,先形成T型刚构(静定);通过T构合拢,钢束张拉及调整支座等手段,将单个块体逐渐转换为设计的连续梁结构(超静定)。本工程设计为从边跨向次中跨、再中跨逐跨合拢的方式,对于桥面标高的调整和控制较为有利,体系转换时将临时支座固结解除,将梁落于正式支座上,并按标高调整支座高度和反力。在施工中,正式支座已按设计要求的位置和标高及位移量进行安装和设置,只要箱梁施工中挠度控制好,一般支座标高不作调整,因此体系转换只涉及解除临时支座,并为使合拢段施工中处稳定状态,需要将正式支座临时锁定和释放。
        体系转换程序:砼块体灌注完成后在4#、9#墩旁搭设边跨现浇支架,并进行预压,安装永久支座,浇筑边跨现浇段A7;张拉端横梁横向预应力束;拆除挂篮,安装边跨合拢段的临时刚性连接构件,现浇边跨合拢段A6;拆除5#、8#墩处临时固结措施,启动永久支座,并将纵向活动支座临时锁定;待梁段砼弹性模量和强度达到90%的设计值且砼的龄期不小于6天时,张拉本阶段纵向预应力束;拆除4#、9#墩旁支架,安装次中跨合拢段的临时刚性连接构件,用悬吊支架现浇次中跨合拢段,拆除6#、7#墩处临时固结措施,启动永久支座,并将7号墩处纵向活动支座临时锁定,解除5#、8#墩纵向临时锁定。待梁段砼弹性模量和强度达到90%的设计值且砼的龄期不小于6天时,张拉本阶段纵向预应力束;安装中跨合拢段的临时刚性连接构件,用悬吊支架现浇中跨合拢段B6,解除7#墩处纵向临时锁定,待梁段混凝土弹性模量和强度达到90%的设计值且混凝土的龄期不小于6天时,张拉本阶段纵向预应力束,拆除悬吊支架及临时墩,现浇既有桥侧悬臂端50cm后浇段。
5、箱梁砼裂缝控制
        混凝土裂缝有温度裂缝、干缩裂缝和外力引起的裂缝等。产生裂缝的主要有材料选用和砼浇筑方法不当,拆模时温差过大,砼养护不良及水分蒸发过块等原因。对此,在箱梁砼施工时砼的选用,采用商品砼,且水泥选用合同规定的品牌。
四、施工线形控制
1挂篮的变形值
        施工挂篮的变形难以准确计算,要通过挂篮荷载试验测定,在挂篮拼装后,采用试压法进行荷载试验,加载量按各梁段重量计算确定,为简化过程,可取最大梁段重量的1.2倍。试验时按50%、80%、100%、120%分级加载,加载过程中测定各级荷载下挂篮前端变形值,可以得到挂篮的荷载与挠度关系曲线。根据挂篮的荷载与挠度关系曲线,可查出悬臂施工中各梁段荷载作用下挂篮将产生的变形,施工临时荷载包括施工挂篮、人员机具等,按3.5KN/m2估算,箱梁砼容重和弹性模量的测定,砼容重随着施工的推进采用常规方法测试。砼弹性模量主要测定砼弹性模量E随时间t的变化过程,即E—t曲线,采用现场取样通过万能试验机试压的方法,分别测定砼在7、14、28、60天龄期的E值,以得到完整的E—t曲线。
2砼的收缩与徐变观测
        砼的收缩与徐变采用现场取样,进行长期观测,在长期观测结果未出来时,采用以前其它桥梁施工中相同或相似条件下同标号砼的试验数据。
3温度观测
       温度观测分为大气温度观测和箱梁体内部温度观测,大气温度观测在与高程测量的同时进行,以便主梁高程代表性的确认。箱梁体内温度观测采用预埋元件进行,考虑到各T构的温度大致相同,选某个典型的截面作为温度测试对象。
4 悬臂箱梁的施工挠度控制
        根据预拱度及设计标高,确定待灌梁段的立模标高,严格按立模标高立模,加强观测每个节段施工中砼浇注前后、预应力张拉前后4种工况下悬臂的挠度变化。每节段施工后,整理出挠度曲线进行分析,及时准确地控制和调整施工中发生的偏差值,合拢前相接的两个悬臂最后2-3个节段在立模时进行联测,以保证合拢精度。
5箱梁段立模标高控制
        箱梁成桥的线型直接影响桥面的铺设标高,因此,悬臂施工时,要严格按设计控制线型,应注意调整立模标高,设置预拱度,还应特别注意新桥线型与既有桥结构线型协调,以便成桥后与设计标高接近。
(1)施工标高控制设计
        箱梁悬臂施工过程中,受各种施工荷载作用,在各梁段产生一定的挠度,主要因素有箱梁节段自重、张拉预应力及挂篮自重。施工时,施工立模标高按设计标高加上挠度值,H施=H设+∑f1+∑f2+f3+f4    H设——箱梁设计标高 ∑f1——后续梁段施工时,箱梁块件自重产生的挠度总和 ∑f2——后续梁段施工时,张拉预应力产生的挠度总和 f3——挂篮自重产生的挠度 f4——箱梁因混凝土徐变、收缩及长期使用荷载而产生的挠度 挠度值根据挂篮设计计算及荷载试验、施工实测资料确定,在施工测量中予以调整。
        设计提供的各荷载阶段的挠度,仅是理论计算值,由于受各方面因素的影响,实际挠度与计算挠度有一定的偏差:由于混凝土是非理想弹性材料,其弹性模量的计算值会有一定偏差;在施工阶段,箱梁块件自重偏差、箱梁断面尺寸的偏差以及张拉预应力的偏差更为明显。
(2)箱梁施工标高调整
        箱梁施工阶段,箱梁块件自重及挂篮自重产生的挠度与计算挠度接近,其弹性挠度不用修正,而张拉预应力产生的挠度与计算值相差较大,实测挠度偏小应对计算挠度进行修正。
6合拢段线型控制
        合拢前对相连两个块体的中线及各梁段的标高进行测量,调整中线在在平衡段浇注时我们对标高进行严密控制,减少平衡段与连续梁之间的施工时间间隔,在边跨连续梁段施工接近平衡段时标高,轴线采用连测法来控制边跨合拢的标高,并视标高情况,并在适当位置采用压重的方法,将标高调整到符合设计要求的标高

五、   结   论
        事实上,限于我国某些城市市政桥梁(如浙江西部地区)较少采用挂蓝施工连续梁桥,为更好控制连续梁施工,必须对关键工序质量控和线形进行严格控制,对实际工程指导有着非常现实的意义。