江西铁路桥工程悬臂浇筑连续箱梁线形控制技术

PAGE15小跨度悬臂浇筑连续箱梁线形控制技术【内容提要】跨xx是一座主跨为（40+56+40）的三跨预应力混凝土变截面箱梁。特别是在高速铁路桥梁施工中最为重要的就是在连续梁施工中控制其线形指标,保证整个桥梁的形变尽量与设计曲线向吻合,以此保证桥梁在使用过程中不会因为形变而影响行程速度或者平整度。小跨度悬臂浇筑连续梁由于跨度小、节段少，线形控制要求更为严格，每一节段必须严格控制线形及标高。本文结合该桥在实际施工中的主梁线形控制技术，介绍了箱梁线形控制的计算分析方法、实际立模高程计算过程及高程测控的布点和监控方法。【关键词】悬臂施工线形控制施工技术1.工程概述新建xx铁路客运专线(xx段)跨xx40m+56m+40m现浇预应力混凝土铁路连续梁桥，设计时速为350km/h。连续梁全长137.5m（含两侧梁端至边支座中心各0.75m）。采用CRTSⅠ型板式无碴轨道。梁顶面宽12.0m，梁底面宽6.7m，桥梁建筑总宽度12.28m；防护墙内侧净宽8.8m，桥上人行道钢栏杆内侧净宽11.9m。施工方法采用桥位悬臂平衡浇注施工，边跨直线段采用满堂支架施工。梁体构造：箱梁横截面为单箱单室、变高度、变截面、直腹板结构。边跨直线段和跨中处梁截面高为3.05m，中支点梁截面高为4.35m，梁底下缘按二次抛物线变化，顶板厚度除梁端附近外均为400mm，按折线变化。全桥共设5道横隔梁，分别设于端支点、中支点和中跨跨中合拢段。全桥共分31个梁段，0号块梁段长9.0m，合拢段长2.0m，边跨直线段长11.75m，一般梁段长3.5m～4.0m。大桥预应力混凝土连续箱梁总体布置如图1所示。图140m+56m+40m预应力混凝土连续箱梁总体布置图2.施工控制方法与结构分析2.1施工控制思路与最优计算方法2.1.1控制思路连续箱梁桥在梁段浇注完成后出现的误差，除张拉预备预应力索外，基本没有调整的余地，而只能针对已有误差在下一未浇筑的立模标高上作出必要的调整。所以，要保证控制目标的实现，最根本的就是对立模标高作出尽可能准确的预测，即主要依靠预测控制。无论施工过程如何，总是以最终桥梁成型状态作为目标状态，以此来控制各施工阶段的立模标高。施工控制流程如图2所示。图2施工控制流程图2.1.2控制思路预应力混凝土连续箱梁桥的施工控制是施工―量测―识别―修正―预告―施工的循环过程。在施工控制中，需从受到噪声污染的结构状态中估算出真正的结构状态。同时为了达到施工控制度的基本要求，即它的最优性能指标，可针对施工过程组成随机最优控制系统，对结构状态理论值与实测值之间的误差进行分析、调整、预测。本桥将运用工程控制论的思想，采用最优控制理论与计算机相结合的技术，将特大桥各个施工状态和成桥状态，作为线形离散、确定动态系统最优控制的对象，通过建立随机的数学模型和性能指标，从被噪声污染的状态中估计出真实的状态，并用估计出来的状态变量，不断对各阶段进行调整控制，最终达到最优控制的目的。2.2施工控制结构分析本桥委托中南大学土木工程检测中心采用“桥梁博士”系统3.0版结构分析程序进行理论分析。对于悬臂施工的连续箱梁桥，其后一块件是通过预应力筋与混凝土与前一块件相接而成，因此，每一施工阶段都是密切相关的。分析各施工阶段及成桥结构的外形和受力特性变得必不可少。为了使结构在最终成桥状态时达到设计要求的各项性能指标，确定各施工阶段结构的线形是桥梁悬臂施工中最重要的任务之一，而决定上部结构每一待浇块件的预拱度尤其重要。因为:①合拢前，一个单跨的两个悬臂端部应该尽可能在同一水平上和同一中轴线上；②桥梁在施工和营运状态下，上部结构的标高频繁发生上挠或下挠，因此，在上部结构各个截面的施工中应该预留容许偏差，以期保证在“无限长时间”（约15～20年）以后结构能够保证在设计所规定的标高范围内。由于建桥材料的特性、施工误差等是随机变化的，因而施工条件不可能是理想状态。为了解决上述问题，在大桥的施工中，可从前进分析、倒退分析、实时跟踪分析三方面入手，相互结合，实现成桥结构在线形方面满足设计要求的目标。2.2.1本桥计算参数预应力钢筋参数：标准强度fpk＝1860MPa，锚下张拉控制应力采用设计图纸提供的数值，预应力筋弹性模量E＝195GPa；预应力损失参数：管道摩阻系数为mu=0.23，局部偏差系数k=0.0025，松弛率为2.5%，锚具变形及钢筋回缩值（一端）取6mm；混凝土参数：C50混凝土容重为26kN/m3，弹性模量为35500MPa，混凝土平均加载龄期7天；荷载：二期恒载为120—140(kN/m)包络计算；后期徐变时间为10年。施工方法，按照施工图纸采用悬臂平衡浇注法逐块浇注，合拢顺序为边跨—中跨；边跨采用满堂支架施工；桥面铺装在终拉后60天上桥。2.2.2理论分析结果根据设计资料和施工方法将主桥主梁分为56个单元，30个施工工序，成桥后的全桥有限元模型如图3。在施工控制过程中，计算桥梁施工的控制参数，同时对计算结果与实测结果进行比对，施工过程中对各个基本参数进行识别，并不断调整，以期达到最优效果。图340m+56m+40m预应力混凝土连续梁成桥后有限元模型图主梁各施工阶段的累计挠度、静活载挠度、施工预拱度及主梁各施工阶段的线形见图4~图7；主梁的施工累计位移、成桥挠度和预拱度数值见表1。图4主梁各阶段累计挠度计算值图5活载挠度计算值图6主梁预拱度计算值图7主梁各阶段线形计算值2.2.3计算结论:1、本文计算得到的最大静活载挠度为12.4mm（图5），为跨度的1/4516。2、连续梁立模标高=设计标高+预拱度+挂篮变形（由挂蓝预压及高程实测确定），预拱度等于1/2静活载产生的挠度值加上成桥并考虑10年徐变后的挠度值取负值。3、施工过程中主梁内力均满足规范要求。4、依据表1及算得出各节段划分预拱度值（图8）。图8主梁预拱度计算值表1主梁左半跨各施工阶段累计位移及预拱度表格（mm）附注：1、表内提供的挠度值为各施工阶段的恒载、预应力和混凝土收缩徐变产生的挠度累计之和，未包括墩台变形、变位及温度变化产生的挠度，未考虑挂篮和支架变形。2、正值表示向上的位移，负值表示向下的位移；3、表中位移数值单位为毫米(mm)；4、立模标高=设计标高+预拱度+挂篮变形（由挂蓝预压及高程实测确定）；5、顺桥向坐标单位为米，以主桥左端面为原点。3.施工线形控制的具体实施3.1施工线形控制系统施工监测系统是大跨度桥梁施工控制系统中的一个重要部分，各种桥梁施工控制中都必须根据实际施工情况与控制目标建立完善的施工控制系统。施工控制系统主要包括：结构设计参数监测、几何状态监测、应力监测、温度监测等几个部分，其组成如图9所示。设计参数设计参数几何状态预应力参数温度变化传感元件或其它方式信号监测，数据采集，输出图9施工监测系统示意图3.2施工线形控制的具体实施3.2.1线形控制的实施步骤箱梁悬浇线形控制过程示意图见图10。挠度观测挠度观测扎钢筋，安管道挠度观测签发施工指令设计、监理复核复核、移挂篮立模浇注混凝土张拉后高程观测进入下一个悬浇阶段图10箱梁悬浇线形控制示意图3.2.2线形监测按《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》的要求，对主梁悬臂浇筑过程中的立模标高、局部线形、轴线偏位、同跨对称点高程差、合拢段相对高差、断面尺寸偏差、已浇筑段及成桥后主桥系统控制等指标进行控制监测。根据双方合同约定，该桥线形监控内容主要包括挠度监测、轴线偏位监测。3.2.2.1线形监测线形监测是大跨度预应力混凝土连续梁桥施工控制的核心之一，确定好线形测点很重要。为确保测试结果的准确、可靠，每个施工块件上前端均布置3个对称的挠度观测点（见图11、见图12），以利于在观测箱梁挠度的同时，同时观察箱梁是否发生扭转变形。0#块的高程观测点不但是本块件箱梁顶板设计标高的控制点，同时也是后续各悬浇节段高程观测的基准点，因此每个主墩及次主墩箱梁顶面的高程控制点作加密布置。块段的挠度测点位置设在距块件前端约10cm处、箱梁中线和两个腹板对应的顶面，并尽量与施工单位共用一套测点，以互相校核(具体位置可根据现场情况可适当调整)。测点采用φ16钢筋制作，在垂直方向上与箱梁顶板的上、下层钢筋点焊牢固，并保持垂直，顶部磨圆并保证浇筑混凝土后能露出混凝土面1～2cm，采用红油漆标记。图11箱梁挠度测点布置示意图图120号块测点布置示意图说明：8、9、10为混凝土梁挠度测点，9为混凝土梁挠度和中线偏位测点3.2.2.2模板控制点布置及编号图13模板控制测点布置示意图注：（1）测点编号以线路前进方向为基准自右向左编号。（2）测点位置为节段前端模板。（3）由于底模纵向有一定的坡度，测底模挠度变形时特别注意立尺位置的误差(建议设置转点)。3.2.2.3主梁轴线偏位测量主梁轴线偏位测点布置见图14，对于直线桥梁，可采用视准法直接测量。对于曲线桥梁，则可采用坐标法或极坐标法进行主梁轴线偏位的测量。3.2.2.4测量仪器设备R322NXm型全站仪，精度:±2"、±（2+2×10-6D）mm，D：km。WildNA2自动安平水准仪，精度M：±0.7mm/km。3.2.2.5线形测量注意事项a线形测量过程中，当各墩之间及各墩与施工控制网之间可以联测时，应进行联测，以确保测量数据的可靠、准确。b为尽量消除温度对线形测量的影响，线形测量时间定在温度相对恒定时进行，一般在夜间18：00以后或清晨日出8：00之前，并随季节调整。c施工监控过程中应注意因暂时不平衡力而引起的主梁和墩身线形的变化。d施工监控过程中，应注意各种临时荷载、挂篮等力是否平衡。尤其要注意在悬臂施工时两侧荷载的平衡。在悬臂施工结束及合龙前两端挂篮拆除必须同步卸载，避免因不平衡而导致跷跷板现象，影响合拢和线形。并严格管理各种临时荷载的堆放位置。3.2.3其他部分设计参数的测定3.2.3.1混凝土弹性模量的测试混凝土弹性模量的测试主要是为了测定混凝土弹性模量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实验机试压的方法，分别测定混凝土在3d、7d、28d龄期的值，以得到完整的E-t曲线。3.2.3.2裂缝观测在梁体节段的悬臂施工过程中，仔细检查混凝土表面，若出现裂缝，首先分析裂缝形成原因；对于严重的受力裂缝，则采取有效措施对裂缝进行处理和控制。裂缝宽度观测采用刻度放大镜或千分表等。3.2.3.3挂篮加载试验挂篮是悬臂浇注施工的关键设备，其受力安全非常重要。为了确保施工安全，应对挂篮本身进行加载试验检验。加载方案可根据现场实际情况进行，主要检查挂篮杆件的强度、刚度以及构件连接等项目,得出在等效荷载作用下挂篮的弹性变形和非弹性变形。3.2.4施工监控控制精度参照《高速铁路桥涵施工质量验收标准》TB10752-2010的规定，并结合目前测试仪器的精度，顾及施工作业方便，初步确定施工控制精度如下：1和5为侧模控制点，要求－3mm～＋5mm3’为内模顶棚控制点要求－3mm～＋5mm2、4为辅助控制点，要求－3mmm～＋5mmmA、B为底模控制点，要要求0mmm～＋5mmm悬臂梁段顶面高高程：-5mm≤h≤+15mmm梁段轴线偏位：≤±15mm合拢段两端高差差：≤±15mmm各变高梁梁端长度尺尺寸偏差：：-10mmm≤h≤+10mmm相邻梁段错台：：-b≤5mm3.2.5施工工线形控制制具体实施施要求a加强安全质量意意识宣传，严严格按照监监控指令施施工。b保护测量标志，不不得破坏或或覆盖，影影响测量工工作。c随时记录施工过过程中的异异常现象，以以备分析问问题查找原原因时参考考。d悬浇施工过程中中的配合(1)挂篮立模测测量时，通通知现场监监控人员同同时进行模模板测量复复核。(2)浇筑梁段混混凝土后至至拆动挂篮篮之前，通通知现场监监控人员进进行测量。(3)张拉完成时时，提前通通知现场监监控人员进进行测量。e调模：应尽量固固定人员调调试，争取取既快又准准；吊杆调节螺母最最后应以旋旋进方向固固定；模板调好后不得得再调动固固定螺丝，否否则需重新新测量。内模标高高同样重要要，不能忽忽视，内模模出现问题题引起桥面面混凝土横横断面形成成波浪形，影影响桥面混混凝土高程程和截面尺尺寸。f浇完节段混凝土土，一定要要等测量后后再拆端模模，以便准准确测量模模板的变形形。注意每一一节段前端端3个挠度测测点的设置置，打完混混凝土后如如果超出桥桥面混凝土土面2cmm以上，应应及时用氧氧割割短，保保留高出混混凝土面1～2cm。g立模时注意用钢钢尺检查复复核节段长长度，检查查每个翼缘缘模板高度度尺寸是否否符合设计计要求。h采取措施加强每每节段桥面面混凝土高高程的控制制每节段桥面混凝凝土面积大大，仅以四四周模板高高度为参照照，随意性性很大，难难以有效控控制和保证证桥面混凝凝土的高程程满足设计计要求，必必须加密桥桥面高程控控制点或采采取其他措措施。4.施工线形控制的的信息传输输施工控制的日常常工作中，信信息传递的的准确、可可靠和畅通通是保证施施工控制工工作顺利进进行的前提提。结合本本桥实际情情况，建立立如图144所示的施施工控制过过程中的信信息传递机机制。图14信息传传递程序5.结束语连续梁悬臂浇筑筑施工线形形监控控制中中的一些关关键