曲线桥梁分段悬臂挂篮施工技术

曲线桥梁分段悬臂挂篮施工技术曲线桥梁分段悬臂挂篮施工技术 1 1 概述 概述 随着预应力混凝土工艺的不断完善 采用挂篮悬臂浇注连续梁 节段混凝土来建造混凝土梁桥 实现无支架而靠自身结构进行施工 的方法应用非常普遍 使预应力混凝土连续梁桥 斜拉桥等得到较 快发展 分段悬臂浇注法主要用于跨越铁路 公路 河流 湖泊等施工 难度较大 跨度较大的工程 是目前国内外大跨径预应力混凝土桥 梁的常用施工方法 它的基本施工步骤是 当桥梁墩柱结构施工完 成后 在主墩顶部浇注 0 节段 然后逐段立模浇注混凝土梁节段 分节段张拉预应力钢索 压浆 逐步完成结构体系转换和合龙等 对于空间曲线混凝土梁 采用挂篮悬浇时 其线形需要进一步 仔细控制 新建铁路沪汉蓉通道合肥至武汉段跨麻汉联络线右线特大桥 35 38 墩设计为一联 48m 80m 48m 预应力混凝土单线连续箱梁 箱梁 跨越麻汉既有线路 施工难度较大 连续箱梁位于半径 R 4500m 平 曲线上 同时在半径 R 25000m 竖曲线上 梁底宽 4 2m 梁顶宽 8 4 m 梁高从距墩中心 1 5m 处到跨中按半径 R 252 516m 圆曲线变化 如图 l 所示 全梁共有 12 个节段 其中 0 段 边跨 12 段采用支 架法现浇 1 段 10 段 11 合龙段采用挂篮施工 全桥共有 3 个合 龙段 合龙顺序为先边跨合龙再中跨合龙 最后完成结构体系转换 图 1 主梁节段示意图 2 2 线形控制 线形控制 在悬臂施工主梁线形控制过程中 预应力混凝土曲线梁与直线 梁有显著的不同 对直线梁而言 因为只有竖向位移和挠曲角位移 施工时 只需设竖向预留位移 但对于曲线梁 因为具有空间三 个方向的位移和三个角位移的变化情况 施工时 预留位移理论上 包括空间三个方向的预留位移和三个预留角位移 因此 曲线梁逐 节段悬臂施工线形控制显得更复杂更重要 在施工过程中必须做好 线形监控 保证成桥线形与目标线形相吻合 桥梁中线位于设计的 空间曲线上 2 1 施工线形控制方法 跨麻汉联络线右线特大桥连续梁在悬臂施工过程中采用倒拆正 装法 即通过对从成桥状态倒拆结构的过程进行结构分析 来得到 每一施工阶段的施工控制目标值 然后根据施工控制目标值对结构 受力进行正装施工控制 使施工时结构的内力和变位等同或逼近倒 拆计算中同工况下的结构内力和变位 2 2 理论及计算 2 2 1 竖向预留位移线形控制 竖向预留位移线形控制就是模拟施工现场的实际情况 将梁体 自重 梁体混凝土施加预应力的压缩 徐变 梁体温度变化 墩身 压缩沉降 挂篮的弹性 非弹性变形等因素造成的挠度叠加并反向 加入施工控制过程中 使完成后的梁部线形符合设计要求 施工控 制过程主要是通过立模标高的控制实现的 立模标高可用下式求出 Hn H0 s m g 1 式 1 中 Hn 梁体 n 节段悬臂端截面立模标高 H0 梁体设计标高 即设计成桥线性 s 后续节段施工或体系转换对本节段前端产生的挠度变形 m 1 2 活载预拱度 g 挂篮自重及其自身变形产生的挠度 g通常是挂篮加载试验来获得 在本次计算中按 g 9mm 考虑 s通常表示如下 s d y sc 3c 2 式 2 中 d 后续节段施工时 全部恒载对本节段前端产生的 挠度变形 y 后续节段张拉预应力或体系转换对本节段前端产生的挠 度变形 sc 本节段前端在施工过程中由于收缩 徐变而产生的挠度 变形 3c 本节段前端在使用过程中由于收缩 徐变而产生的挠度 变形 根据分析和计算结果 得出本桥各节段的立模标高 2 2 2 平面线形控制 平面线形控制可分两种方法进行控制 第一种是坐标法进行控 制 根据平面曲线的要素和节段的长度 计算各节段中心线端点的 坐标 使用全站仪测设坐标进行控制 第二种方法是视准线外矢距 法进行控制 就是以相邻两墩中心作为一条视线边 根据平面曲线 的要素和节段的长度 计算墩与墩之间各节段端点理论中心线和视 线的外矢距 使用经纬仪或全站仪在仪器视线的垂直方向量取外矢 距进行控制 2 3 线形控制测量 2 3 1 线形控制测量的内容及观测点布设 线形控制测量内容包括标高测量 中轴线位置测量和施工挂篮 变形测量 线形控制是一个动态控制过程 在预应力混凝土箱梁悬 臂施工中 其自重作用使得悬臂端向下位移 当张拉预应力钢束时 又将使梁体向上位移 同时 由于混凝土结构的徐变与收缩机理 复杂 结构发生的非线性变形不易确定 其次 施工中所用材料的 变异性 实际结构的受力条件及施工中温度变化等因素 将使得悬 臂浇注的箱梁标高与设计高程明显偏离 因此 对于每一个悬浇梁 段进行六种工况的线形控制观测 即挂篮就位及立模后 混凝土浇 注前 混凝土浇注后 张拉预应力钢束前 张拉完预应力钢束后 移动挂篮前 后 为避免日照的影响 测量宜在早晨或傍晚进行 线形测量的观测点布设在每个悬浇段立模腹板前端 20cm 处 每 个横截面上层腹板上布设三个观测点 其中一个点位于箱梁中线上 另两个点以箱梁中线为基准对称布置 均距中心点 2 8m 混凝土 浇注完毕后 测定各工况情况下的标高 并将测得数据进行分析 以便调整下节段立模标高 2 3 2 平面线形测量的控制 平面线形测量的控制采用视准线外矢距法 在 35 38 桥墩的 0 块上 利用施工控制网精确地放样出各墩的理论墩中心点 在其中 一个墩的中心点上架设经纬仪或全站仪 后视相邻的一个墩中心点 定向 利用仪器提供的视线 在每个节段端中心处量取计算的外矢 距值 得到桥梁线路的中心点 注意量取外矢距的方向 见图 2 图 2 平面线形控制示意图 3 3 施工阶段主梁几何线形偏差修正 施工阶段主梁几何线形偏差修正 3 1 结构模型的更新和几何线形修正的计算 每个悬臂施工周期的几何和环境测量将通过以下方法和过程来 进行 1 利用温度场和风的实测数据来生成安装分析模型的荷载组 合 利用荷载组合计算结构的位移 对计算模型及实测结果的目标 数值进行三方面的比较 2 本阶段所增加的位移 3 本阶段末端 所累积的位移 4 根据当前的位移线形 预测桥梁结构在最终阶段 的位移线形 检验节段施工的几何尺寸都在容许误差内 比较结构在本阶段 增加的位移和当前阶段末端所累积的位移 如果发现比较结果中有 偏差值超出误差范围 在确定几何尺寸测量数据及计算荷载无误的 情况下 应当对变异较大的参数 如混凝土收缩徐变等 进行参数敏 感性分析 可以用最小二乘法来计算实际增加位移与预测增加位移 之间的差值 再对模型的参数进行修正 这样 就可以减少模型的 误差 在更新参数的条件下对以上三个方面的目标数值进行重新比 较 确定更新的计算模型 并以此模型进行目标几何线形及下一阶 段预测 如果复测表明是施工几何尺寸或计算荷载有误引起的偏差 值超标 则应修正计算模型中的施工几何尺寸或计算荷载 对其误 差引起的最终目标线形的变化进行评估 若偏离结果是可以接受的 则只需考虑在后续施工节段中对偏差值的影响逐步消减的措施 若偏离结果是不可接受的 则必要时应当考虑返工措施 3 2 结构几何线形调整 最好的几何控制方法是 在节段浇注前立模时进行必要的调整 避免梁体在完成后再进行其它部分的调整 不同于斜拉桥 已施 工完成梁段线形的可调整的量很小 除非在分析认为采用预应力筋调 整是可行且必要时 因此结构线形的调整应尽量在后续施工阶段调 整 具体过程如下 1 再次测量梁体线形 并与预期的恒载位移进行叠加得到梁 体线形 2 如果梁体线形不合理 运用最小二乘法与目标线形优化拟 合确定一定数量的后续施工需要调整的节段及其线形调整量 对施工线形与计算线形的几种偏差方式及其处理方法见图 3 所 示 图 3 几何偏差及其处理方法示意图 4 4 合龙段施工及结构体系转换 合龙段施工及结构体系转换 合龙段施工作为梁体施工的最后一个节段 是连续箱梁施工的 关键 它包含了线形控制 应力控制 体系转换 合龙精度等一系 列重点和难点 因此 合龙段施工尤为重要 4 1 合龙段支架及模板 合龙段采用吊架法施工 为方便和简化施工 直接利用挂篮底 模 侧模和吊杆 拆除中间部分吊杆 以便于挂篮前端通过相邻块 件的悬臂端 然后前移挂篮跨过合龙段 2m 使底模深入相邻块件的 悬臂端 前移到位后利用吊杆将挂篮吊挂于已浇注两端梁段上 形 成合龙段施工吊架进行作业 4 2 合龙前临时锁定 采用劲性骨架方式进行合龙 每个合龙段劲性骨架由 6 根对称 的 I24 工字钢刚接与两箱梁端预埋件焊接而成 在边跨箱梁与 T 构悬臂端施工时及时埋设合龙时刚接构件的预埋件 预埋件由 280m m 280mm 25mm 钢板和 20mm 螺纹钢筋组成 合龙前 对箱梁悬臂 端进行 24h 观测 以便选择在气温较为稳定的天气施工 同时 安 排在一天中气温较低 温度变化较稳定时进行合龙段劲性骨架的锁 定 焊接要迅速完成 焊接时在预埋件周边混凝土浇水降温 避免 烧伤混凝土 为缩短合龙时的焊接时间 进行骨架安装后预先焊好 一端 合龙前再焊接另一端 4 3 合龙段混凝土施工 主梁合龙段施工影响因素较多 而且复杂 在混凝土强度增长 过程中 将承受来自纵向两侧已浇注梁段的拉 压作用 应尽可能 缩短合龙段工期 同时 为保证合龙段施工时的混凝土处于稳定状 态 在浇注之前各悬臂端采用水箱或土袋压重 并依桥轴线对称加 载至合龙段混凝土的重量 在浇注过程中分级等量卸载 混凝土浇 注温度宜选择在一天当中气温最低且相对稳定的时候 跨麻汉联络线右线特大桥连续梁线形监控采用 SCDS 设计软件进 行分析计算 在合龙段对称配重 20t 的情况下计算得悬臂端挠度为 7 16mm 不加配重情况下计算理论值为 5 92mm 即两悬臂端偏差 1 24mm 由于偏差很小 合龙段施工未进行配重 全桥合龙后 通过 实测标高与理论值比较 线形结构满足要求 4 4 结构体系转换 边跨合龙段混凝土浇注完成并达到设计强度的 50 后拆除主墩 顶临时固结支座 张拉全部边合龙束 使梁体从双悬臂体系转为两 单悬臂体系 中跨合龙