轻轨连续箱梁沉降观测及控制技术

轻轨连续箱梁沉降观测及控制技术轻轨连续箱梁沉降观测及控制技术 以津滨轻轨一期工程中高架桥为例 通过支架和地基沉降 观测以及混凝土徐变理论分析 为轻轨现浇连续箱梁施工提供 预拱数据 从而控制箱梁的沉降及变形 保持箱梁的线形 保 证工程质量 并为同类现浇桥梁工程提供有效借鉴 1 工程概况 工程概况 津滨轻轨工程一期全长 45 409km 全线高架桥总长近 40km 基本梁型为现浇连续梁 其中 dk42 533 dk42 758 段高架桥 是全线的试验段 为全线的快速施工提供技术积累 和支持 试验段处于滨海地区 为软土地基 该段桥梁均采用 3 25m 现浇预应力混凝土连续箱梁 为斜腹板单箱单室箱梁 顶板宽 8 9m 底板宽 4 6m 高 1 5m 顶板厚 25cm 底板厚 20cm 跨中标准腹板厚 40cm 由于津滨轻轨工期紧 任务重 结构形式主要为城市高架桥梁 截面为薄壁箱形 主要梁型为 3 25m 20 2 25m 预应力砼以及 3 20m 2 20m 普通钢筋砼连 续箱梁 连续箱梁施工支架不可能每联都进行预压 只能通过 有选择性的局部支架预压试验作沉降观测 为相似地质段后续 连续箱梁施工提供预拱数据 从而简化工序 加快施工进度 津滨轻轨高架桥设计为整体道床 采用无碴轨道 其高程 调节限差仅 1cm 因此连续箱梁工后沉降 徐变和变形大小将 直接影响着轻轨运营的质量 如果超限可能导致梁体开裂 钢 轨破坏 轨道失稳 因此必须严格控制沉降及徐变变形 2 沉降观测沉降分前期基础地基沉降和支架沉降及工后箱 沉降观测沉降分前期基础地基沉降和支架沉降及工后箱 梁沉降 梁沉降 采用精密水准仪 在各种工况下对 a209 a212 3 25m 预应力钢筋砼连续箱梁观测点进行长期观测 通过模拟加载预 压试验取得支架沉降及弹性与非弹性变形的相关数据 通过沉 降观测了解桥梁工后沉降 掌握沉降随时间的变化关系 为后 续箱梁施工搭设支架提供预拱参数 为桥上承轨台施工提供准 确高程 2 1 预压支架沉降观测通过对预应力钢筋砼连续箱梁 a209 a212 模拟加载预压试验取得支架沉降变形的相关数据 2 1 1 支架布置方案 为了便于受力分析及预拱设置 在箱梁中横梁及端横梁处 支架作刚性支撑 直接支撑在墩台上 该处支架弹性变形可视 为 0 其余地方从地面直接搭设支架至梁底 作柔性支撑 2 1 2 支架受力分析 支架预压采取各项荷载 恒载 活载 模拟加载法 a209 a212 3 25m 预应力连续箱梁砼浇注时支架受力分析 如下 1 恒载 砼重 边跨 300 76t 中跨 300 72t 钢模 100t 内模 11t 2 活载 施工活载 4 9t 人群机具均布活载为 2kpa m2 施工时按 4 6m2 范围进行荷载计算 振捣荷载 5 1t 振捣时对水平面板为 2kpa m2 施工时按 5 5m2 振捣围 进行荷载算 3 预压荷载计算 预压重量按恒载及活载的 1 2 倍系数 考虑 q 300 76 2 300 72 100 11 4 9 5 1 1 2 1228t 4 预 压荷载分布侧模 q1 100 2 1 2 75 2 15 0 38t m2 梁中 q2 300 72 11 3 49 5 1 2 25 4 6 2 66t m2 梁翼 q3 49 5 2 1 2 25 2 15 0 55t m2 活载 q4 4 9 5 1 1 2 25 8 9 0 054t m2 5 支架沉降观测 支架预压的模 拟加载顺序 先加载 q1 即上侧模时支架所受荷载 之后加 q2 q4 及 q3 q4 即砼浇注时支架所受荷载 2 1 3 预压沉降观测 观测点布置 在 a209 a212 支架垫木及上部支设模板的 方木上钉铁钉布点 红漆标注 支架预压及沉降观测分四步进行 预压前 对支架进行高 程测量 然后第一步模拟加载 100 1024t 测量支架高程 第二步模拟加载 120 1228t 支架相对稳定 进行沉降观 测 卸载后对支架进行高程测量 2 1 4 预压沉降观测结果 由支架沉降观测资料可知支架经过预压其弹性与非弹性变 形总量为 15mm 18mm 而且纵向沉降由跨中向墩柱附近递减 中间为基本平顺的抛物线 其相对大小在 1 2mm 之内 由墩 位处至梁中 4 5m 范围内则由无沉降增大至梁中的沉降量 横 向的沉降由箱室结构向两侧翼板递减 到外侧的梁体宽度 8 9m 之外的沉降基本在 0 3mm 以内 2 2 箱梁沉降观测 2 2 1 观测时间施工期间轻轨箱梁沉降观测主要在下面四种 工况下进行 承台浇注后 桥墩浇注后 梁体完成后 承轨台 浇注前 基础沉降观测点的布置 在 a209 a212 四个承台顶的四 角上布设四个观测点 测点采用铆钉 四周砌护井 加盖保护 工后沉降观测点的布置 在箱梁 a209 a212 南北两侧挡 墙上每 5m 设置一测点 红漆标注 2 2 2 工后沉降量 由箱梁沉降观测资料可知在施工期间各工况沉降量平均为 6mm 2 3 沉降分析及成果应用根据沉降观测结果 预压支架沉降 值为 23mm 其中 6mm 为平均沉降量 17mm 为平滑抛物线 在梁中 除去两端各 4 5m 范围内 沉降变化值为 1 2mm 可视为直线 由墩中至梁中的 4 5m 范围可视为 17mm 预拱抛 物线设置处 根据支架方案及观侧分析成果 以及对地面状况 支架高 度 每根碗口式脚手架管材的受力状况 对预拱设置作如下建 议 2 3 1 普通地段满堂支架满堂支架地基一般采用 10 灰土碾 压密实 宽度为 11m 处理厚度 0 8 1 0m 地面排水采用 2 单面坡 灰土处理后地基密实度可达 0 85 以上 在用碗扣式脚手架搭设支架的情况下 在每根竖向管材轴 向受压应力在 12 65 20 03mpa 时 根据轻轨桥梁自重及本段 支撑情况求得 其预留沉降及预拱设置为 由于墩位处的支 撑为刚性 故墩位处只设平均沉降 6mm 由墩中向梁中 5m 范 围内 支架预拱由 6mm 增大至梁中的预留沉降 h 其余支撑处 只设预留沉降 h h 值在不同地基及支架高度时 可作如下分类 当地面碾压不实 地面为软土有较小的弹性 支架高度在 6m 范围 h 2 1mm 支架高度在 10 12m 范围内 h 2 6mm 其 余按内插法取中值 2 3 2 特殊地段支架预拱设置 轻轨跨越路口 一般采用工字钢做成门洞或用军用梁 为 保持梁部的线形 不致在这些地方造成下挠或梁中塌腰 路口 地段的预拱可作如下设置 1 采用工字钢门洞过路口的地段 在普通预留沉降的基 础上 门洞部分工字钢可根据计算挠度来设置预拱 如在本工 程中 4 5m 的门洞 工 25 钢的抛物线预拱设置中部数值为 0 9 1 5cm 5 6m 的工字钢门洞 工 25 钢的抛物线预拱设置 中部数值为 1 5 2 0cm 2 军用梁跨路口部分 根据军用梁预压试验 在军用梁 梁长为 20m 时 在军用梁梁中部分其预拱为 3 0cm 在军用墩 处 由于支点在刚性地基处 弹性及塑性变形很小 只设 6mm 沉降 军用梁其他部位 根据试压试验结果作抛物线预拱设置 其他墩位处都作 6mm 的预留沉降 当军用梁梁长为 16m 时 根据经验及 20m 军用梁预压结果 只将军用梁中的 3 0cm 改为 2 5cm 其余设置不变 3 箱梁徐变 箱梁徐变 3 1 收缩徐变分析箱梁混凝土徐变直接影响无碴轨道整体道 床施工工期和质量 因为无碴轨道高程调节限差仅为 1cm 若 成梁后 混凝土徐变过大 造成桥梁高程变化量大 则轨道的 高程可能在它的调节范围 围之外 因此如何控制混凝土徐变 是轻轨桥梁浇筑前需 要解决的一个关键课题 由于箱梁混凝土徐变影响因素较多且极为复杂 下面仅从 几个主要方面作理论分析 荷载力大小 加载时的龄期 加载 延续时间 混凝土的品质以及空气的相对湿度 混凝土在长期荷载下 沿着作用力方向变形会随时间不断 增大 即荷载不变而变形仍随时间增大 由于轻轨桥梁的预加 应力及以后的行车荷载是根据设计来实施的 同时 在津滨地 区 虽然临近渤海 但由于地面降水量小 因此相对湿度不是 混凝土徐变的主要影响因素 可以认为 要控制混凝土徐变发 展 施工中主要要控制混凝土本身的质量 水泥石凝胶体在长期荷载下的粘性流动 并向毛细孔中移 动 同时吸附在凝胶粒子上的吸附水因荷载应力向毛细孔迁移 渗透造成混凝土徐变 混凝土水灰比较小或混凝土在水中养护时 同龄期的水泥 石中未填满的孔隙较小 水灰比相同的混凝土 其水泥用量愈 多 即水泥石相对含量愈大 其徐变愈大 混凝土所用骨料弹 性模量较大时 徐变较小 3 2 收缩徐变控制 通过上述分析 在津滨轻轨施工中 为提高混凝土的质量 控制成梁后的混凝土徐变的发展 我们采取了以下措施 1 材质采用高标号低碱水泥 42 5rp o 在规范要求 范围内 减少水泥用量 488 500kg m3 砼 2 在砼中掺加适量外加剂 提高砼张拉前的强度 7 天 强度达到 50mpa 以上 弹模超过为 36 0gpa 28 天强度超过 55mpa 弹性模量 e 41 1gpa 3 降低水灰比 0 33 0 36 泵送以 0 35 为宜 另外 在现场