短線法預(yù)制變截面連續(xù)梁橋施工控制研究

賈麗華,郭 維

(華東交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院,江西 南昌 330013)

0 前 言

為推動地方區(qū)域經(jīng)濟聯(lián)動發(fā)展,我國基礎(chǔ)建設(shè)正處于高速發(fā)展的快車道,而橋梁作為基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分,擔(dān)負著跨越各種地形地貌的重任,如何在保證橋梁結(jié)構(gòu)安全的前提下,縮短施工周期,提高施工精度，也成為了一個經(jīng)久不衰的熱點。目前國內(nèi)變截面連續(xù)梁橋多采用懸臂澆筑法施工,此方法雖然簡單方便,但施工精度不高,施工周期長,且對橋址處環(huán)境污染較大。相比懸臂澆筑法,短線法具有以下優(yōu)點：①節(jié)段梁預(yù)制可以與橋墩基礎(chǔ)及墩身平行作業(yè),極大縮短施工周期,大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋體現(xiàn)尤為明顯；②將變截面連續(xù)梁橋上部結(jié)構(gòu)縱向劃分為2.6～4.5 m不等的預(yù)制節(jié)段,每一個節(jié)段的預(yù)制都需要經(jīng)歷4個工序的控制,即校驗固定端模、測量匹配梁位置、澆筑前復(fù)測和澆筑后復(fù)測及采集控制點數(shù)據(jù),極大地提高了節(jié)段梁的施工精度；③節(jié)段梁預(yù)制完成后,預(yù)制工棚中將采用噴淋系統(tǒng)或蒸汽養(yǎng)護系統(tǒng)進行養(yǎng)護,待達到規(guī)定混凝土強度后將節(jié)段梁放置在存梁區(qū)養(yǎng)護3個月,極大地保證了混凝土的質(zhì)量要求；④節(jié)段梁全部在預(yù)制梁廠完成,在預(yù)制過程產(chǎn)生的建筑垃圾可以集中處理,極大地減輕了對橋址環(huán)境的危害；⑤短線法預(yù)制完成后,將采用對稱懸臂拼裝法或逐跨拼裝法架設(shè),不需要搭設(shè)支架而且不影響主航道的正常通行,極大地減少了對通航船只的影響。

隨著我國各種大型架橋設(shè)備的自主研發(fā)以及對短線預(yù)制懸臂拼裝技術(shù)的掌握,現(xiàn)階段國內(nèi)建橋工藝正逐步從懸拼澆筑法過渡到短線法。2003年9月，上海滬閔二期高架首次采用短線法預(yù)制工藝,最后成功架設(shè)；2008年6月，蘇通大橋引橋采用短線預(yù)制懸臂拼裝工藝；近期建成的南京長江第四大橋、嘉紹大橋、魚山大橋以及在建的新安江特大橋主橋均采用短線法預(yù)制節(jié)段拼裝工藝，由此可見這種工法的推廣價值。

1 短線法預(yù)制線形控制理論

短線法預(yù)制線形控制核心理論多采用“六點法”控制理論,即在保證固定端模橫平豎直的狀態(tài)下以及匹配梁放置在準確的位置上,預(yù)制節(jié)段梁頂板上表面安裝6個測量釘作為關(guān)鍵控制節(jié)點以控制橋梁的線形和整體姿態(tài)。

1.1 “六點法”控制理論

“六點法”控制理論是采用每塊預(yù)制節(jié)段梁頂面6個關(guān)鍵控制點的位置以達到確定橋梁線形和整體姿態(tài)為目標,控制點示意圖詳見圖1。其中LI1、I1、RI1表示固定端模上的3個控制點,以I1為坐標原點,I1～RI1為Y軸,I1～FH2為X軸建立局部坐標系。EL2、FL2、BL1、FL1與BR2、FR2、BR1、FR1分別表示現(xiàn)澆段和匹配段上的高程控制點,BH2、FH2與BH1、FH1分別表示現(xiàn)澆段和匹配段上的軸線控制點,沿縱向?qū)⒐潭ǘ四！F(xiàn)澆段和匹配段上的點連成一條折線,組成3條控制線,即左右側(cè)高程控制線、軸線控制線,以代表橋梁整體線形與姿態(tài)。其中，3條控制理論軸線的坐標根據(jù)橋梁設(shè)計值和理論預(yù)拱度值來確定。測量釘一般安裝在距梁邊緣外側(cè)0.012 m的位置。

圖1 控制點示意圖

1.2 節(jié)段梁預(yù)制線形控制

1.2.1 線形控制系統(tǒng)

根據(jù)“六點法”線形控制理論,現(xiàn)階段多采用“測量塔-臺座-目標塔”的線形控制系統(tǒng),俯視圖如圖2所示。

圖2 橋梁線形控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由測量塔、制梁臺座、目標塔、外部固定基準點四部分組成,測量塔-目標塔兩點連線表示橋梁的中心軸線,中心軸線兩側(cè)是高程控制軸線。測量塔-目標塔軸線垂直平分固定端模,且固定端模鉛錘于大地,即固定端模處于橫平豎直狀態(tài)。

測量塔與目標塔也是施工作業(yè)平臺,施工放樣人員將儀器架設(shè)在測量塔上,建立線形控制系統(tǒng)局部坐標系,進行施工放樣作業(yè)。預(yù)制節(jié)段梁廠可以根據(jù)場地的大小、施工周期的長短及節(jié)段梁中心梁高的變化設(shè)置多個預(yù)制臺座同步施工,這將極大的縮短施工周期。測量塔和目標塔實圖如圖3所示。此外，短線法預(yù)制節(jié)段梁模板應(yīng)滿足以下要求：①同一套固定端模(活動端模)、側(cè)模及底模應(yīng)采用質(zhì)量較好的鋼模板,且側(cè)模和底模應(yīng)滿足節(jié)段梁設(shè)計線形的要求,并滿足剛度和承載力要求；②制梁臺座四周應(yīng)該布設(shè)至少4個以上的沉降觀測點,防止制梁臺座在制梁過程中發(fā)生沉降致使預(yù)制的節(jié)段梁發(fā)生“抬頭”趨勢影響節(jié)段梁懸臂拼裝的精度；③匹配梁的調(diào)整應(yīng)采用高精度的調(diào)整裝置；④芯模應(yīng)做成可調(diào)節(jié)的模板系統(tǒng)。

圖3 測量塔和目標塔實圖

1.2.2 節(jié)段梁預(yù)制線形幾何測量

橋梁的整體線形和姿態(tài)是通過節(jié)段梁頂面6個關(guān)鍵控制節(jié)點來實現(xiàn)的,且節(jié)段梁預(yù)制階段是整個橋能否架設(shè)成功最關(guān)鍵的時間節(jié)點,因此，節(jié)段梁預(yù)制線形的幾何測量精度的提高,將方便節(jié)段梁的懸拼架設(shè),本文以首段梁為例,具體闡述節(jié)段梁預(yù)制線形的幾何測量工作。

1)澆筑的首段梁應(yīng)按照設(shè)計圖紙及理論預(yù)拱度值進行施工放樣,待模板安裝完成且通過驗收后方可澆筑。在預(yù)制節(jié)段梁混凝土澆筑初凝前按要求將6個測量釘?shù)奈恢冒卜诺轿弧９潭ǘ四Ｖ芯€必須與中心控制軸線X軸完全重合。

2)待首段梁混凝土達到規(guī)定強度后,采集固定端模、活動端模及澆筑節(jié)段梁上測量釘?shù)娜S坐標,并用鋼卷尺測量出各個測量釘之間的距離,做好記錄。

3)將首段梁澆筑后采集的數(shù)據(jù)與理論值進行對比分析,若存在誤差,通過幾何線形控制軟件計算得出調(diào)整值,并將首段梁放到指定匹配位置處。

4)待固定端模及匹配梁到達指定位置處方可澆筑下一片節(jié)段梁。

綜上所述,節(jié)段梁預(yù)制線形和整體姿態(tài)的控制主要是通過調(diào)整固定端模(活動端模)和匹配梁的位置來實現(xiàn)的。

2 短線法預(yù)制線形控制精度

2.1 節(jié)段梁預(yù)制質(zhì)量標準

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50—2011)和《預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁預(yù)制節(jié)段逐跨拼裝施工技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 111—2006)等規(guī)范,對節(jié)段梁預(yù)制施工允許誤差提出以下精度要求,以確保預(yù)制節(jié)段梁質(zhì)量。誤差允許范圍見表1。

表1 節(jié)段預(yù)制施工允許誤差范圍

2.2 節(jié)段梁預(yù)制誤差

即便在預(yù)制過程預(yù)制線形控制得很好,但難免還是會產(chǎn)生誤差,節(jié)段梁預(yù)制誤差的產(chǎn)生原因可以歸結(jié)如下。

1)測量塔和目標塔發(fā)生橫橋向偏位。測量塔-目標塔軸線表示橋梁整體中心軸線,若測量塔和目標塔其中一個塔發(fā)生橫橋向偏位,預(yù)制節(jié)段梁中心軸線將發(fā)生水平轉(zhuǎn)角誤差。為了避免此種誤差的存在,應(yīng)定期采用外部基準點進行校核。若測量塔和目標塔經(jīng)過外部基準點復(fù)測后確實發(fā)生橫橋向偏位,因為測量塔和目標塔相對制梁臺座是比較難調(diào)整的,所以應(yīng)及時調(diào)整制梁臺座模板,使測量塔-目標塔軸線始終垂直平分制梁臺座模板。若測量塔和目標塔只發(fā)生豎向位移則不用調(diào)整。

2)節(jié)段梁在澆筑過程中縱向發(fā)生脹?，F(xiàn)象,即梁長誤差,高度越高的節(jié)段梁此種現(xiàn)象越明顯。主要有兩方面的原因：①節(jié)段梁采用分層澆筑的方法,下面一層還未初凝時就逐步澆筑下一層,隨著澆筑高度的增加勢必會使模板受壓而脹模；②節(jié)段梁混凝土剛澆筑完會釋放大量的水化熱也會致使鋼模板脹模。根據(jù)以往采用短線法預(yù)制的節(jié)段梁,脹模量一般為5 mm,故在澆筑前調(diào)整匹配梁的位置時,應(yīng)考慮5 mm的脹模量,致使預(yù)制精度提高。

3)制梁臺座發(fā)生不均勻沉降,致使匹配梁段與現(xiàn)澆梁段匹配面發(fā)生折角,當(dāng)預(yù)制節(jié)段梁在懸臂拼裝時產(chǎn)生“抬頭”現(xiàn)象,即轉(zhuǎn)角誤差。為防止此類誤差,應(yīng)該在制梁臺座四周布設(shè)沉降觀測點,并定期監(jiān)測沉降變化量,直至沉降變化量穩(wěn)定。

4)儀器、時間點和人為測量誤差。全站儀盡量采用高精度的儀器。測量人員盡量保證同一個人在同一個時間點測量,從而減少預(yù)制誤差。

2.3 節(jié)段梁預(yù)制誤差調(diào)整方法

在預(yù)制節(jié)段梁過程中,只要一片節(jié)段梁存在梁長或是轉(zhuǎn)角誤差,若在澆筑下一節(jié)段梁時沒有及時調(diào)整,那么誤差將會累計,誤差隨著預(yù)制節(jié)段梁數(shù)量的增加會越來越大。節(jié)段

梁預(yù)制誤差的調(diào)整有兩種方法：①采用一次調(diào)整法,即上一澆筑節(jié)段梁的誤差在澆筑下一片梁時一次調(diào)整到位，此方法雖然操作簡單,但如果誤差較大,采用此種方法做調(diào)整，不僅會影響橋梁結(jié)構(gòu)的承載力性能，而且影響橋梁結(jié)構(gòu)的外觀,如果誤差較小可以采用該方法；②采用多次調(diào)整法,即上一節(jié)段梁澆筑誤差通過后面幾個節(jié)段梁進行多次調(diào)整，該方法可以減小對橋梁結(jié)構(gòu)承載力性能的影響，而且不影響橋梁結(jié)構(gòu)外觀,誤差較大時多采用此方法。

3 結(jié) 論

短線法預(yù)制是一種集施工精度高、施工周期短及環(huán)保等多個優(yōu)點于一身的新型工藝?，F(xiàn)階段，我國基礎(chǔ)建設(shè)正在高質(zhì)量的發(fā)展,橋梁又作為基礎(chǔ)建設(shè)中的重要組成部分,擔(dān)負著跨越各種地形地貌的重任,這種新工藝極具推廣價值。

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