簡(jiǎn)支變連續(xù)橋梁施工控制研究

秦 耕

（招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400060）

雖然簡(jiǎn)支梁在實(shí)際工程中表現(xiàn)出了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工便捷的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在較為突出的伸縮縫問題且其使用過程中往往伴隨出現(xiàn)較多病害。研究表明，傳統(tǒng)連續(xù)梁橋能夠?yàn)樾熊囂峁┝己檬孢m性且結(jié)構(gòu)整體性較好，但施工復(fù)雜、質(zhì)量控制難度大。綜合考慮到橋梁建設(shè)在進(jìn)度、程度、質(zhì)量等方面的要求，當(dāng)前許多設(shè)計(jì)方案都選擇采用簡(jiǎn)支變連續(xù)梁橋，以此來(lái)綜合兩類橋梁結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)勢(shì)[1]。

近些年，我國(guó)在基礎(chǔ)工程建設(shè)方面已經(jīng)取得了一定的成果，但在簡(jiǎn)支變連續(xù)梁橋建設(shè)領(lǐng)域的施工管理卻發(fā)展較為滯后，大多選擇采用傳統(tǒng)模式開展管理工作，對(duì)于工藝管理的精細(xì)化不足且欠缺信息化。針對(duì)這一問題，本研究以簡(jiǎn)支變連續(xù)梁橋施工所涉及到的各個(gè)工序?yàn)榉治鰧?duì)象展開深入探究，結(jié)合信息化技術(shù)健全管理體系，確保經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量等目標(biāo)能達(dá)到預(yù)期[2-3]。

1 預(yù)制梁養(yǎng)護(hù)工況

本文以我國(guó)某簡(jiǎn)支變連續(xù)梁橋項(xiàng)目為例，對(duì)其施工所涉及到的同批次4 片預(yù)制梁展開全過程追蹤控制，該批次預(yù)制梁均為中跨位置未經(jīng)張拉的30 mT 型梁。

1.1 實(shí)測(cè)結(jié)果

通過設(shè)計(jì)方案可知該批次T 型梁的混凝土材料中摻加了適量早期減水劑，以此來(lái)強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的早期強(qiáng)度。實(shí)測(cè)得到各批次梁體彈模、強(qiáng)度均高于預(yù)期要求限值，見表1。

表1 實(shí)測(cè)參數(shù)值

在實(shí)測(cè)過程中將預(yù)制梁置于臺(tái)座上且未附加外荷載作用，因此在該工況條件下不發(fā)生上拱。

1.2 實(shí)測(cè)值與理想值間的施工偏差結(jié)果

將上述工況條件下實(shí)測(cè)得到的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)理想值進(jìn)行比對(duì)，見表2。

表2 主要施工變量的偏差

在上述工況條件下，考慮到混凝土配置過程中摻加了適量早強(qiáng)劑且梁體材料存在一定差異，導(dǎo)致混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能偏差較大。因此，將混凝土實(shí)測(cè)的彈模、容重作為施工過程控制的主要對(duì)象。根據(jù)表2 可以看出，該批次不同梁體的容重均與設(shè)計(jì)理論值較為接近，其中最大偏差小于5‰；但對(duì)于彈模指標(biāo)而言該批次不同梁體具有不同的偏差，且主要集中在-11%～1%的范圍內(nèi)。因此，為了確保張拉過程的可控，本研究主要考慮彈模偏差所帶來(lái)的影響。

彈模的偏差會(huì)對(duì)后續(xù)工況條件造成影響，因此根據(jù)已有研究預(yù)測(cè)彈模因素對(duì)該批次梁體上拱、受力可能產(chǎn)生的影響，見表3。

表3 變形及應(yīng)力偏差結(jié)果

按照表3 中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，①～③梁所發(fā)生的上拱變形偏差均低于1 mm，但實(shí)測(cè)所用儀器的精度僅為1 mm/km，而在跨中底部壓應(yīng)力偏差方面的最大值為-0.03 MPa，這與應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值較為接近，因此即可認(rèn)定①～③梁與預(yù)期設(shè)計(jì)要求相契合，可不再進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。④梁的跨中上拱變形偏差達(dá)到了-1.3 mm，高于儀器-1.3 mm 的精度，需要調(diào)整其參數(shù)?？傮w來(lái)看，在開展后續(xù)工況之前應(yīng)當(dāng)對(duì)④梁做出適當(dāng)?shù)男拚佟哿嚎砂丛性O(shè)計(jì)進(jìn)行施工。

1.3 偏差修正過程及修正措施

按照已有研究[4-5]對(duì)于不同施工變量權(quán)重的分析可知，權(quán)重敏感性由高至低分別為張拉控制應(yīng)力、管道摩擦系數(shù)、局部偏差系數(shù)，因此選定張拉控制應(yīng)力、管道摩擦系數(shù)、局部偏差系數(shù)作為施工控制的關(guān)鍵參數(shù)，以此來(lái)調(diào)節(jié)張拉工序結(jié)束后的瞬時(shí)工況。

根據(jù)張拉應(yīng)力變化規(guī)律的擬合曲線可以得出下式：

其中，Δy1為中跨中梁跨中的變形偏差（mm）；Δy2為中跨中梁跨中底部的應(yīng)力偏差（MPa）；Δx 為控制應(yīng)力系數(shù)。

將表3 中數(shù)據(jù)代入至上式中計(jì)算即可得到：Δx=0.04 mm，Δy2=-0.70，也即在梁體跨中的底部位置存在0.7 Mpa 的壓應(yīng)力增量。

因此，在下一工況條件下應(yīng)當(dāng)采取以下措施進(jìn)行修正：提升④梁張拉過程應(yīng)力控制值至1.04 σ（也即1450.8 MPa）。

1.4 控制結(jié)果

以④梁在修正后實(shí)測(cè)值、無(wú)控制條件下的預(yù)測(cè)值以及設(shè)計(jì)理想值進(jìn)行比對(duì)，評(píng)價(jià)在該工況條件下的施工控制情況，見表4。

表4 控制結(jié)果比對(duì)

根據(jù)上表數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于采取了控制修整措施的T 型梁，其變形實(shí)測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)理想值之間的擬合性最好，偏差僅為2.1‰。在應(yīng)力指標(biāo)中，采取控制修整措施的T 型梁實(shí)測(cè)得到的壓應(yīng)力高于設(shè)計(jì)理想值約7.33%，而為采取控制措施的T 型梁則與標(biāo)準(zhǔn)值更為接近。僅就結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)來(lái)看，在跨中位置施加的壓應(yīng)力可看做鋼束對(duì)梁體的預(yù)壓作用，當(dāng)結(jié)構(gòu)未產(chǎn)生開裂時(shí)有助于提高梁體承載能力。所以，上述控制措施具有積極作用，能夠顯著減小該階段工況條件下的施工偏差。

2 張拉完成工況

2.1 實(shí)測(cè)結(jié)果

仍舊以該批次四片預(yù)制梁最為分析對(duì)象，在張拉工序結(jié)束后結(jié)構(gòu)的瞬時(shí)狀態(tài)實(shí)測(cè)結(jié)果，見圖1。

在該階段的工況條件下，管道、錨具等設(shè)備的實(shí)際使用型號(hào)與設(shè)計(jì)方案一致，因此在選擇管道摩擦系數(shù)、局部偏差系等參數(shù)時(shí)可直接使用設(shè)備的設(shè)計(jì)值，其基本施工變量，見表5。

表5 基本施工變量的實(shí)際值

2.2 實(shí)測(cè)值與理想值間的施工偏差結(jié)果

將上述工況條件下實(shí)測(cè)得到的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)理想值進(jìn)行比對(duì)，見表6。

表6 張拉后的線形及應(yīng)力偏差結(jié)果

對(duì)該階段工況條件下各變量進(jìn)行分析即可發(fā)現(xiàn)，其偏差，見表7。

表7 參數(shù)偏差值

根據(jù)表7 中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于主梁跨中位置的上拱變形及應(yīng)力來(lái)說，僅②梁由于其變形過大需要考慮其偏差帶來(lái)的影響。結(jié)合表8 及實(shí)際施工方案可以發(fā)現(xiàn)，這一偏差產(chǎn)生的主要原因在于施工人員在張拉過程中失誤操作導(dǎo)致②梁結(jié)構(gòu)內(nèi)的控制應(yīng)力較標(biāo)準(zhǔn)值更大。④梁在上一工況條件下采取了修正措施，因此可不計(jì)其偏差所帶來(lái)的影響。在開展后續(xù)工況之前應(yīng)當(dāng)對(duì)②梁做出適當(dāng)?shù)男拚?，而其他梁可按原有設(shè)計(jì)進(jìn)行施工。

2.3 偏差修正過程及修正措施

按照已有研究對(duì)于不同施工變量權(quán)重的分析可知，權(quán)重敏感性由高至低分別為存梁時(shí)間、環(huán)境相對(duì)濕度。同時(shí)，考慮到施工組織計(jì)劃的設(shè)計(jì)，該批次四塊預(yù)制梁的存梁周期定位21 d。因此，選定環(huán)境濕度作為施工控制的關(guān)鍵參數(shù)，以此來(lái)調(diào)控預(yù)制梁。

根據(jù)環(huán)境相濕度變化規(guī)律的擬合曲線可以得出下式：

其中，Δy1為中跨中梁跨中的變形偏差（mm）；Δy2為中跨中梁跨中底部的應(yīng)力偏差（MPa）；Δx 為環(huán)境相對(duì)濕度改變值。

將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)代入至上式中計(jì)算即可得到：Δy1=-2.25，Δx=0.19 mm，Δy2=-0.14，也即在梁體跨中的底部位置存在0.14 Mpa 的壓應(yīng)力增量。

因此，在下一工況條件下應(yīng)當(dāng)采取以下措施進(jìn)行修正：調(diào)整②梁在養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)中的相對(duì)濕度至89%。一般可在存梁區(qū)布置噴頭進(jìn)行灑水、梁體蓋布養(yǎng)護(hù)等方式來(lái)改善濕度條件，但應(yīng)當(dāng)注意構(gòu)件外部裸露鋼筋可能發(fā)生的銹蝕現(xiàn)象。此外，可通過濕度測(cè)量工具譬如傳感器等方式來(lái)提升濕度控制的精度。

2.4 控制結(jié)果

以②梁在修正后實(shí)測(cè)值、無(wú)控制條件下的預(yù)測(cè)值以及設(shè)計(jì)理想值進(jìn)行比對(duì)，評(píng)價(jià)在該工況條件下的施工控制情況，見圖2。

圖2 控制結(jié)果對(duì)比

根據(jù)上圖2 可知，對(duì)于采取了控制修整措施的②梁，其變形實(shí)測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)理想值之間的擬合性最好，偏差僅為0.5‰；而對(duì)無(wú)措施下的②梁，其變形實(shí)測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)理想值之間的偏差約為10.6%。在應(yīng)力指標(biāo)中，采取控制修整措施的②梁實(shí)測(cè)得到的壓應(yīng)力較無(wú)措施下的②梁偏差不大，所以可認(rèn)為該施工控制方法較為有效，能夠顯著降低施工偏差。

3 存梁工況

3.1 實(shí)測(cè)結(jié)果

以該批次四片梁作為分析對(duì)象，實(shí)際存梁時(shí)間為20 d，且實(shí)測(cè)可知環(huán)境相對(duì)濕度約在63%～76%的范圍內(nèi)，其日平均濕度約為72%。以存梁第20 d 末的預(yù)制梁作為對(duì)象測(cè)量，見表8 結(jié)果。

表8 存梁結(jié)束狀態(tài)實(shí)測(cè)結(jié)果

3.2 實(shí)測(cè)值與理想值間的施工偏差結(jié)果

將上述工況條件下實(shí)測(cè)得到的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)理想值進(jìn)行比對(duì)，見表9。

表9 存梁結(jié)束時(shí)的偏差結(jié)果

根據(jù)表9 可以發(fā)現(xiàn)，①～④梁跨中位置的上拱變形實(shí)測(cè)值與理想設(shè)計(jì)值均擬合較好且其偏差低于1 mm；就另一方面來(lái)看，存梁期內(nèi)存梁區(qū)的存梁日均濕度與設(shè)計(jì)要求較為接近，雖然其存量周期較設(shè)計(jì)少一天，但其影響可忽略不計(jì)。

總體來(lái)看，在該工況條件下四片預(yù)制梁均可不加修正，可按照設(shè)計(jì)要求繼續(xù)開展后續(xù)施工。

4 結(jié)論

本文以某工程同批次四片預(yù)制梁為對(duì)象展開分析，基于主導(dǎo)施工效果的基本變量做出了相應(yīng)的評(píng)價(jià)及修正，研究表明該方法對(duì)于強(qiáng)化施工過程控制具有顯著效果，能夠大大提升工程管理質(zhì)量。