连续刚构桥悬臂浇筑施工挠度控制的因素分析

１８８　西部探矿工程　２００８年第２期　连续刚构桥悬臂浇筑施工挠度控制的因素分析　高　帅　（中铁十九局集团第二工程有限公司，辽宁辽阳１１１０００）　摘要：结合白涧河大桥悬臂浇筑的施工方法，重点阐述了采用挂篮对称悬臂施工中结构预拱度设置　的方法，影响挠度控制的一些主要因素，从而确保结构合拢精度和成桥后的线形。　关键词：连续刚构桥；悬臂施工；挠度控制；因素分析　中图分类号：Ｕ４４５．４文献标识码：Ｂ文章编号：１００４－－５７１６（２００８）０２－－０１８８－－０４　目前，大跨径连续刚构桥最常用的施工方法为悬臂　浇筑施工，此法属于典型的自架设施工方法。对于悬臂　浇筑，最重要的任务之一就是对挠度的计算与控制。为　确保结构合拢精度和成桥运营状况下的线形结构状态，　参数的选取及悬臂浇筑过程中预拱度的设置就显得至　关重要。结合白涧河大桥的施工实例，简述挂篮悬臂浇　筑混凝土挠度控制的方法。　１工程概述　土连续刚构箱梁桥，由上、下行的两个单箱单室箱形　断面组成，箱梁根部高度７．５ｍ，跨中梁高３．Ｏｍ，其　问梁高按二次抛物线变化。采用纵、横、竖向三向预　应力体系。箱梁顶板厚跨中为０．２８ｍ，根部为　０．４ｍ，箱梁底板厚跨中为０．３ｍ，根部为１．Ｏｍ，箱梁　顶板宽１２ｍ，底板宽６．５ｍ，箱梁腹板厚跨中为　０．３ｍ，根部为０．８ｍ。主桥３个桥墩均采用双薄壁　空心墩及直径为１．８ｍ的钻孔灌注嵌岩桩基础。６　号墩高７５ｍ，没有横系梁；７号墩高１０４ｍ，设三道横　白涧河特大桥是太原至高速公路济源至晋　城（省界）段上的一座大型桥梁，桥梁全长为７５３ｍ。　桥墩最高为１０４ｍ，全桥位于半径Ｒ一１２２５ｍ的圆曲　线上。主桥上部结构７５＋２Ｘ１３５＋７５ｍ预应力混凝　系梁；８号墩高６１ｉｎ，没有横系梁。横桥向长均为　６．５ｍ，顺桥向单薄壁６、８号墩宽２．５ｍ，７号墩宽３ｍ。　墩壁厚横桥向均为０．８ｍ，顺桥向均为０．５ｍ。　图１　白涧河大桥型示意图　２对挂篮的施工控制　在悬臂浇筑混凝土的过程中，挂篮体系的变形对挠　度的影响是不可轻视的。挂篮体系的变形一般是由挂　篮体系在混凝土自重作用下的弹性变形以及挂篮系统　各连接杆件因松动等原因引起的几何变形所组成。一　般情况下，挂篮体系的弹性变形可由理论计算得到，但　对于几何变形，由于其影响因素较多且不确定，故它的　值难以由计算获得。对于挂篮体系的弹性变形，一般可　以通过空间有限元杆系程序近似地计算悬臂浇筑各节　段作用下的挂篮变形然后可以绘制挂篮弹性变形与节　段重量的关系曲线。对于挂篮体系的几何变形可以通　过挂篮预压试验消除其影响同时拧紧连接螺栓。另外　从挂篮预压资料中可以了解挂篮在模拟荷载作用从加　载到卸载过程挂篮体系的弹性变形和几何变形，这对于　悬臂浇筑过程中挂篮变形的预抛高有重要的指导意义。　从施工现场可以体会到挂篮体系的变形起着举足轻重　的作用。为避免挂篮体系的几何变形难以计算，一般要　求施工单位在挂篮定位时紧固挂篮，同时应进行挂篮的　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第２期　西部探矿工程　１８９　预压实验。方法简述如下：以挂篮施工过程中所承受的　最大荷载作为控制荷载，同时考虑模板、工作平台、施工　机具等其它荷载，由挂篮设计方进行等效荷载设计，确　定挂篮的每个前主吊控制荷载。主桁杆后锚钢筋的应　力及挂篮挠度的容许控制值也由挂篮设计方提供。利　用０＃块上的锚固钢筋及钢绞线形成简易加力架，用张　拉千斤顶分别对前主吊带进行同步加载。一般按照最　大荷载分５级进行加载。利用精密水准仪测出各测点　在各级荷载作用下的变化值，并绘出荷载一变形曲线　图。对于其他不同荷载下挂篮的变形值可以此曲线图　线内插近似得出，进而来修正桥梁的预抛高值。　３悬臂浇筑施工的挠度控制　３．１主梁预拱度的设置　连续刚构桥在悬臂浇筑施工时挠度的组成比较复　杂，主要有各主墩分段悬臂浇筑时Ｔ构体系的挠度；挂　篮体系受载后的变形值；成桥后由恒载、活载及体系后　期收缩徐变引起的挠度。由于挠度的计算涉及到计算　图式；临时荷载模拟；混凝土浇注过程的模拟；预加力位　置和张拉的模拟；后期恒载、活载的影响以及长时间的　徐变的影响等等，所以挠度的精确计算实际上极其复　杂，因而在施工控制之前应反复的校核计算数据并与设　计数据进行比较。而在施工控制过程中也应根据实测　的标高数据修正结构分析参数，这对正确的立模标高的　提出具有重要的意义。因为实际施工中，混凝土容重等　的设计参数的实际真实值与在建立数值仿真模型计算　时所取得的理论参数值存在着偏差，而这些参数对于模　型计算的准确性影响很大。综上所述，主梁预拱度的设　置包括主梁施工过程中的预变位；挂篮体系变形的预抛　高；成桥后由恒载、活载及体系后期徐变引起的变位。　３．２主梁变形的测量　为正确反映桥梁施工的变位，把梁顶标高作为施工　控制的目标。每节段变位监测点为：距悬臂端部统一按　１０￣２０ｃｍ的翼缘板上。用短钢筋垂直焊接或绑扎固定　在顶层构造钢筋或腹板箍筋上，浇筑完混凝土后，外露　３～５ｃｍ（如下图２）。另外，还应在各个零号块顶建立基　准点，即布置测点网。布置方法见下图３，间距根据零　号块尺寸而定。　３．３主梁的挠度控制　悬臂浇筑每节段施工的标高控制包括４个关键步　骤：挂篮就位（即立摸标高）、混凝土浇筑后的标高、预应　力束张拉前的标高和预应力束张拉后的标高。　３．３．１挂篮就位（即立摸标高）　挂篮就位（即立模标高）为：　Ｈｉ立模一Ｈ；设计＋￡　／２静活载＋ｆｉ　／２后期徐变＋Ｆ；竣工　圈２梁段挠度测点布置圈（单位：ｃｍ）　图３　０　块基准点的布置示意图　式中：Ｈｉ立模——第ｉ梁段施工时模板的放样标高（立模　标高）；　Ｈｉ设计——第ｉ梁段的设计标高，由设计方给定；　Ｆ。竣工——结构某一点在立模之后，由于以后的操　作使该点产生变形，这种变形直到成桥竣工时为止；　ｆｉ１／。静活载——桥梁承受１／２静活载所引起的变形；　ｆｊ后期徐变——桥梁竣工后由于徐变而引起的变形。　３．３．２混凝土浇筑后的标高　混凝土浇筑后各控制点的标高主要用于已建结构　状态的校核，以便修正数值仿真模型中所采用的计算参　数，调整与优化成桥线形，得到待浇节段的施工标高。　一般情况下，此阶段实测值与理论计算值之间的差值是　由混凝土容重值引起的。故可根据实测值来修正模型　中混凝土容重值。　３．３．３预应力束张拉前标高　维普资讯 http://www.cqvip.com

１９Ｏ　西部探矿工程　２００８年第２期　预应力张拉前结构控制标高的测量目的在于获得　反馈数据加以估计。同时这～问题也可转化为混凝土　的容重问题，可用４．３．２中提到的方法予以修正。　４．５预应力束的定位　与利用实测结构参数反馈计算值的差异，因为在混凝土　浇筑完毕后到预应力张拉之前，主梁标高的变化主要由　混凝土的徐变引起的，固可用实测值来修正模型徐变系　数的取值。　３．３．４预应力束张拉后标高　预应力束张拉后的控制标高的测量目的同样在于　获得与利用实测结构参数反馈计算值的差异，此时理论　值与实测值之间的差异由预应力损失的计算误差所引　起的，所以可以由此步骤来修正模型中的摩阻系数和张　由于悬臂浇筑的施工方法决定设计所用的预应力　束的重心与悬臂梁截面的重心比较接近，这就使得预应　力管道定位的准确与否对预应力张拉引起悬臂梁挠度　的变化有显著的影响。预应力管道定位误差将可能导　致预应力张拉引起的梁体变位误差数倍于管道定位误　差。所以预应力管道的定位应该力求准确。　４．６预应力束张拉的影响　拉控制应力的大小。　４影响挠度控制的因素　影响连续刚构桥悬臂浇筑施工挠度控制的因素很　多，下面就主要的几个方面的因素进行简要的分析。　４．１挂篮变形　如前所述挂篮体系的变形对于连续梁桥悬臂浇筑　施工结构挠度的控制有着显著的影响。挂篮体系的变　形一般可以通过计算与预压试验两种途径得到，但应更　注重后者。通过预压试验可以较准确的得到挂篮的变　形值，以便在计算立模标高时能够合理的记人此部分影　响。　４．２混凝土弹性模量Ｅ　混凝土弹性模量Ｅ的取值是影响立模标高的最主　要因素。根据规范，短期荷载作用下受弯构件的刚度对　于全预应力混凝土构件采用。其中Ｅ为混凝土的割线　弹性模量，Ｉ为构件换算截面惯性矩。此规定的实质即　对予全预应力混凝土构件在短期荷载作用下受弯构件　混凝土的弹性模量采用。由于混凝土弹性模量的取值　大小对于结构的计算分析有非常重要的影响，而施工现　场混凝土弹性模量试验要做到试块的受力与真实构件　的受力相一致这实质上有很大的困难，从而一般试验得　到的混凝土弹性模量数值偏大，因而建议一般按规范取　值。　４．３主梁构件的尺寸　主梁构件实际尺寸与其设计理论值可能因模板放　样误差、混凝士浇筑引起的模板走样而产生一定的偏　差。而这种偏差将导致结构截面的几何特征、恒载与理　论计算值存在偏差。因而一般要求在节段施工完成后　进行截面尺寸校核以便修正结构截面几何特征。　４．４结构超重　结构节段实际的混凝土用量可能因混凝土浇筑引　起的模板走样而与理论设计用量产生一定的偏差。而　这种偏差将导致结构节段混凝土超重、恒载与理论计算　值产生偏差。这种偏差可以根据结构节段施工的实测　对于连续刚构桥纵向预应力的张拉一般均采用两　端同时张拉。由于实际的操作过程要做到两端同步张　拉是极其困难的，所以实测的预应力钢束引伸量或悬臂　端预应力引起的结构变位，通常与设计理论值有较大的　出入。因而要确保预应力张拉的同步到位，应该改进预　应力的张拉工艺。　４．７预应力束分批张拉的影响　悬臂节段施工的预应力连续刚构桥在每个悬臂节　段浇筑后都要对本节段的预应力束进行张拉，此张拉力　必然要使梁体产生一定的弹性压缩，从而使以前张拉的　预应力束的预应力发生损失。由于整个梁体施工所分　节段较多，而某一束的预应力损失是其以后各节段张拉　预应力束所引起弹性压缩的累积，故该损失不可忽视。　４．８预应力管道摩阻系数　预应力管道的摩阻系数直接影响预应力损失。据　计算分析表明管道摩阻系数的大小对预应力张拉引起　梁体的标高变化影响很小，摩阻系数增大一倍其引起的　悬臂最大的节段在预应力张拉后标高降低不足。　４．９混凝土收缩徐变　混凝土收缩徐变的影响因素较多，故在建立结构模　型时应把一些确定性的因素估计准确，如加载时间、临　时荷载、永久荷载等。然后可以根据节段混凝土浇筑后　养护期控制点标高变化，获得其实际的影响。　４．１０　超长预应力束的影响　所谓超长束，通常是指长度在２００ｍ以上的预应力　束。白涧河大桥最长的预应力束未超过１４０ｍ，故这一　影响较小。但当今桥梁跨径的发展趋势正向着大跨径　发展，超长预应力束对桥梁挠度的影响也越来越突出。　所以在这里特别指出。　大量的工程实例表明，超长预应力束对主梁的实际　作用效果比理论计算值有较大的偏差。对于挠度，实际　作用效果小于理论计算值。作者认为有两个原因。第　一，理论模型中超长束的摩阻损失计算不够准确。一般　而言，超长束既有竖弯又存在着平弯，这对摩擦损失影　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００８年第２期　西部探矿工程　１９１　某高速公路高填路基的综合治理　金　麒　（福建省交通规划设计院，福建福州３５０００４）　摘要：针对该高填路基的岩土体地质条件及地形地貌条件，采取了拉压复合型预应力锚索及坡脚支　挡，结合排水绿化的综合治理措施，供类似工程参考。　关键词：高填路基；拉压复合型预应力锚索；综合治理　中图分类号：Ｕ４１６．１　文献标识码：Ｂ文章编号：１００４－－５７１６（２００８）０２－－０１９１－－０３　１工程概况　填筑中的路基主要由粘性土、碎石、角砾组成，角砾　粒经为２０～６０ｍｍ，约占１５　～２０　，碎石直径６０～　ｌＯＯｍｍ以上，约占４０　～５０　，角砾、碎石成分为不同　风化程度的粉砂岩、细砂岩及砂砾岩，局部见木条及植　物残骸，揭露厚度为５．００￣２２．３０ｍ。该层局部地段碎　石含量较少，为软弱层。　填土下地层依次为第四系坡积层（Ｑｄ　），下伏基岩　为泥盆系上统天瓦岽上组（１）３ｔ　）的细砂岩、砂砾岩及粉　砂岩等的风化层。　场址未见有褶皱、古滑坡、崩塌等不良地质现象。　２．３水文条件　某高速公路高填路基共７阶，每阶８ｍ，最大填方高　度高达５４．１ｍ。２００５年１１月施工至第一阶（以下所述　阶数均从上至下计），但未达设计路面标高。Ｋ１　２＋３３８　处挡墙可见弧形裂缝，两缝相交成人字形，两缝问的墙　体外移约０．５ｃｍ；Ｋ１２＋５３０～＋５５０段挡墙上部出现一　条约１９ｍ长的裂缝，并外推约２ｃｍ。坡面局部水泥勾　缝处见有轻微破裂凸起现象，部分坡面见有凹陷现象。　坡体第四一六阶坡面渗水严重，线路左侧山谷的地表常　年流水直接渗入路基，存在安全隐患。　考虑到该路基下为村庄，房屋密集，人口众多，且毗　邻坡脚，为保证人民生命财产的安全，必须对该段填方　路基进行稳定性分析及治理。　２工程地质条件　２．１地形条件　本区地下水主要为下部强、弱风化岩层的孔隙一裂　隙水。钻孔中未见地下水，但雨季时地面会有地表水渗　入地下，尤其是Ｋ１２＋４６０左侧山沟中的地表常年流　水，直接渗人路基内，影响路基的稳定；雨季时Ｋ１２＋　５４０右侧山沟会积水，初次钻探时在Ｋ１２＋５３０　＋５５０　段有水从挡墙墙脚渗出，但第二次钻探时未见水渗出。　３治理措施　该路段属于低山地貌，地形为南高北低。其中Ｋ１２　＋３３０～＋５４０段有３条小山沟，山沟近垂直于线路，沟　谷底坡度较缓，自然坡度约１２。～２０。；Ｋ１２＋２５０～＋　３３０段山脊和Ｋ１２＋３３０　＋３５０山谷间的小山脊坡度　较大，自然坡度达３５。～４５。，局部大于４５。。Ｋ１２＋３５０　＋５００段线路坡脚处为何家坡民房。　～采用预应力锚索框架和坡脚挡墙加厚加固路基，设　置土工格栅控制不均匀沉降，同时结合边坡封闭、截水　渗沟、排水平孔等措施引排地表地下水。　３．１锚索框架加固　参考文献：　１－１］范立础，桥梁工程Ｉ－Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００１．　［２］马保林，李子青．高墩大跨连续刚构桥Ｉ－Ｍ］．北京：人民交通　出版社，２００１．　２．２地质条件　响很大。东南大学邵容光教授就曾指出：对于较长的弯　束，预应力的实际摩擦损失可能很大，有时可达到３０　５０　９／６，目前还不容易计算清楚。第二，就是前面５．７　所提到的原因。而且显而易见，跨径越大，施工节段分　的越多，这一影响就越明显。　目前，国内外在关于超长束实际作用效果理论计算　方面还没有突破性的报道，这一问题还有待于进一步的　研究。　～［３］雷俊卿．桥梁悬臂施工与设计Ｉ－Ｍ］．北京：人民交通出版，　２０００．　［－４－］徐君兰．大跨度桥梁施工控制Ｉ－Ｍ］．北京：人民交通出版社，　２０００．