跨航道连续梁桥顶推拆除施工监控研究

跨航道连续梁桥顶推拆除施工监控研究

1桥梁清理的施工难点由于桥梁设计成本高、交通能力低，部分桥梁无法满足当前的交通要求，因此必须拆除桥梁。桥梁结构荷载大、结构体系复杂,对于按建桥逆作业法的机械拆除法,虽然从理论分析上是可行的,但是旧桥经过多年运营,不同程度地存在损伤或病害,其强度、刚度、稳定性都有不同程度的下降,拆除时不可预见因素也较多,因此桥梁拆除工作本身是一项技术难度很大,且具有较大安全风险的特种工程施工。目前国内在桥梁拆除过程中的施工方法和工艺还不够系统、完善和成熟。桥梁拆除工作具有以下特点和难点:(1)反向顶推拆除过程中,梁体各个截面上、下缘受力反复变化(如初始在墩顶的截面,受负弯矩作用,当顶推至跨中时,截面承受正弯矩作用,继续顶推至下一墩顶时,又承受负弯矩作用);(2)钢导梁最不利工况不一定出现在每个顶推拆除阶段的始末;(3)梁体、桥墩会发生偏移。为保证主桥在拆除过程中的安全,需进行施工监测。本文以佛开高速公路某预应力混凝土连续箱梁为例,介绍了反向顶推法拆除桥梁过程中施工监控的内容与方法及应注意的事项,并结合仿真分析的相关成果,选取主桥上部结构关键截面及下部结构开展施工监测技术研究,重点分析桥跨结构及临时结构在整个施工过程中的受力及位移变化规律,确保结构处于安全可控状态。2桥梁底顶顶推工艺佛开高速公路某大桥全长1375m,宽24.2m,主桥上部结构为40m+7×50m+40m的预应力混凝土连续箱梁。梁体采用C50混凝土,采用ASTM预应力钢绞线,A416-87a标准(Ryb=1860MPa);下部结构为双柱式桥墩,钻孔灌注桩基础,桥墩采用C30混凝土。主桥划分为26个节段进行分段预制,首段和末段梁长均为14.8m,标准梁段长16.667m,采用逐段浇筑、逐段顶推法施工成桥。目前,北江通航能力需从原有的Ⅲ级提升至Ⅳ级,大桥需拆除重建。拆除桥梁施工顺序:(1)凿除铺装层、防撞墙;(2)拆除28号~29号、38号~40号引桥上部结构;(3)搭设工作平台,制作钢导梁;(4)安装钢导梁;(5)在主桥各墩安装千斤顶,整体顶升,把支座更换为滑板支座;(6)安装顶推千斤顶,采用多点顶推,按原设计分段,每移动一个梁段,暂停顶推;(7)在工作平台上凿除该梁段;(8)重复(6)、(7)步骤,直到拆除完毕。主桥拆除采用多点连续顶推技术,该工艺的特点:(1)多点,施工过程中将水平顶推力分散到各个桥墩,避免水平顶推力集中在某个桥墩上,导致因桥墩受力过大而需要加固或修筑临时反力墩;(2)分级,施工时千斤顶顶出力大小按摩阻力大小变化幅度分成4级,逐级升压,水平千斤顶缓慢对梁体施力,确保整个顶推过程中箱梁结构处于可控状态;(3)同步,顶推施工时通过统一指挥、同时操作实现各桥墩千斤顶的同步顶推;(4)连续,顶推时将2台千斤顶纵向串联,再通过自动控制装置来实现交替牵引,确保箱梁拆除施工期间顶推的连续、不间断作业。该桥主桥总体结构布置见图1,反顶推拆除方案示意见图2。3监控内容3.1电压监测主要对该桥的梁体应力和钢导梁应力进行监测。3.1.1截面应力测试计算表明,原墩顶截面(29号墩顶除外)在顶推至跨中位置时截面应力处于最不利状态。由于各跨梁体截面结构形式基本一致、截面受力状况大致相同,左、右幅桥各选取11个测试截面,每个截面在箱梁内部上、下缘布置4个应力测点。测试截面及测点布置见图3。3.1.2钢导梁截面应力根据计算结果,每幅桥选取钢导梁与混凝土箱梁连接根部A、B两个截面(A截面处弯矩最大,钢导梁端部A截面局部有补强钢板,在弯矩相近的情况下,B截面受力最不利)以及钢导梁距端部13.1m处的C截面进行应力监测,每个截面在工字形钢上布置4个应力测点。钢导梁测试截面及测点布置见图4。3.2顶推施工过程挠曲变化测点布置位移监测主要内容为梁体标高、梁体水平位移、桥墩倾斜度。选取各跨墩顶及跨中截面监测梁体标高,每个截面布置2个测点,通过测试高程变化了解顶推施工过程中的结构竖向挠曲变化情况。在各跨墩顶截面布置1个位移测点。主梁位移测点布置见图5。为防止梁体顶推过程中,由于摩擦力过大引起墩柱较大偏位导致墩柱失稳或其他破损,现场测试时在29~37号墩帽梁顶部每侧布置2个测点,测试墩柱在顶推过程中的竖向变形及纵、横向位移。4钢导梁桥面铺装施工采用有限元软件MIDASCivil建立全桥空间杆系计算模型,见图6。结构自重取26kN/m3,防撞墙自重取15kN/m,桥面铺装自重取28kN/m。全桥共79个施工阶段,第1~30阶段模拟主桥梁体正向顶推过程;第31阶段模拟主桥拆除防撞墙及边跨40m长的桥面铺装;第32阶段模拟安装钢导梁;第33~79阶段模拟主桥梁体反向顶推拆除过程。边界条件设置:29号墩约束顺桥向、横桥向、竖向的平移自由度及绕顺桥向的旋转自由度;30~37号墩约束横桥向、竖向的平移自由度及绕顺桥向的旋转自由度。5监控结果的分析5.1弯矩交替作用右幅桥1~3号测试截面在顶推过程中的应力见图7。由图7可以看出,在顶推过程中,截面承受正、负弯矩交替作用。测试截面实测上缘最大拉应力为2.05MPa,小于公路桥规限值(2.7MPa);实测下缘最大压应力为23.34MPa,略大于公路桥规限值(21.0MPa)。顶推过程中应力变化较大的测试截面未发现异常开裂现象,说明整个顶推过程中各墩顶截面受力均处在安全范围内。5.2与梁体结合部位受力最不利工况右幅桥顶推至75m过程中钢导梁的应力时程图见图8。由图8可以看出,最不利工况不一定出现在每个顶推拆除阶段的始末,有部分阶段最不利工况出现在顶推过程中。(跨径为40m时,钢导梁与梁体结合部位受力最不利工况发生在顶推至20.2m处;跨径为50m时,钢导梁与梁体结合部位受力最不利工况发生在顶推至17.2m处,这与理论计算值较为吻合。)钢导梁主梁上、下游侧上缘应力从顶推起始至21m处其受力不均匀,最大时相差45MPa,这是由于钢导梁上、下游侧横联局部未设置补强板,导致其横向受力偏弱。当钢导梁端部在过桥墩时,其自身受力体系由连续梁转变为悬臂梁。因钢导梁刚度较小,脱离支座垫石时变形过大(20cm),冲击力致使钢导梁根部应力瞬间变化较大,不能平稳过渡。后在支座垫石后放置三角形钢支撑,使其平稳的过渡。5.3右幅桥横向偏移右幅由29~31号墩顶梁体在顶推过程中的偏位情况见图9。由图9可以看出:右幅桥在后期顶推过程中偏位较大,梁体横向限位架已不能控制梁体的横向偏移;图中曲线出现的2次较为明显的拐点,发生在100m及340m处,这是施工单位对梁体进行了纠偏,效果较为良好。5.4顶推阶段内拉应力分析墩柱在顶推过程中两侧偏位较均匀,未发生扭转现象;墩柱偏位在顶推过程中最大偏位为12.8mm。经计算,作用在墩柱10kN的水平力使墩柱顶部产生0.22mm位移、使墩柱底部截面产生0.113MPa的拉应力。根据实测偏位值反算得到因顶推引起该墩柱底部截面拉应力为6.57MPa,而墩柱承受自重及梁体、盖梁重量,底部截面有6.43MPa的压应力储备,墩柱底部截面拉应力为0.23MPa,小于公路桥规(拉应力1.71MPa)限值。可见,该墩柱受力尚处于安全范围内。梁体反向顶推装置(2台千斤顶纵向串联)安装在各个桥墩盖梁上,选取在顶推过程中偏位较大的墩柱左幅35号墩绘制的变位时程图见图10(梁段划分参见第2节)。由图10可以看出,墩柱在顶推过程中始终围绕初始状态来回摆动