支架法施工现浇梁预拱度及线形控制

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　　摘要：研究目的：碧桂路高架桥预应力混凝土连续梁采用支架现浇施工，通过设置预拱度来控制箱梁的纵向线形。在支架施工现浇梁时如何设置预拱度，如何保证梁体的成桥线形是本文研究的目的。
　　研究结论：支架法施工梁体的预拱度值包括弹性变形值和非弹性变形值，通过计算可以得到理论的预拱度值，在施工时通过预压的方法可以得到实测的弹性和非弹性变形值。通过实测和理论的相互验证，精确地得出施工预拱度。
　　通过设置施工预拱度使箱梁的纵向线形得到控制；合理地使用模板施工材料，精确的测量控制可以得到箱梁需要的曲线外形。
　　关键词：现浇梁；预拱度；线形控制
　　
　　现浇梁由于其外形美观、跨径布置灵活、线型流畅，在近年来的城市和公路桥梁设计中越来越多的被采用。支架法施工是指在支架上安装模板、绑扎钢筋骨架、并在现场浇注混凝土的施工方法。由于其施工方法相对简便，造价相对低廉，而且非常适用于整体式结构。因此在桥梁施工，尤其是在城市立交桥和高架桥的施工中得到了广泛的应用。支架的预拱度设置直接影响桥梁的线形是否流畅，施工过程中如何准确设置预拱度是施工线形控制的关键技术。下面以顺德碧桂路高架桥施工为例介绍支架法现浇梁的预拱度和控制线形。
　　1.工程概况
　　碧桂路高架工程是顺德快速干线网的组成部分，路线全长1.168km，包括桥梁1026.11m和路基142m。高架桥采用双幅分离式断面，单幅宽16.5m，中央分隔带宽1.0m，断面全宽34.0m。桥梁共分9联33跨，第1联～第7联为等截面预应力连续箱梁，跨径组合为（4×30）m+（4×30）m+（4×30）m +（30+2×34+30）m+（25.055+32+2×30）m+（3×30）m+（2×30+32+25.055）m，第8联为跨越龙盘路的三跨变截面预应力连续箱梁，跨径组合为（36+52+36）m，第9联为等截面预应力连续箱梁，跨径组合为（3×30）m。除第六联位于水中外，其他联箱梁均在岸上。第1联至第4联箱梁位于R=1250m的曲线上，第5联至第9联箱梁位于直线上。
　　预应力混凝土连续梁采用单箱三室构造，箱梁顶宽15.5m，底板宽6.5m，边斜腹板与悬臂板及底相交处设R=3m及R=1m的圆弧圆顺。等截面连续箱梁高度为1.8m，变截面连续梁高度1.8～3.5m，梁高的变化方程为：H=1.8+6.5325×10-3x1.75。
　　
　　2.现浇梁支架方案
　　本桥现浇箱梁采用支架法进行施工。岸上支架体系自下而上为：硬化处理后的地面→垫板→碗扣式钢管→可调式顶托→纵向12cm×15cm木方→横向10cm×10cm木方→1.2cm厚竹胶板。水中钢管支架体系自下而上为：φ600mm钢管桩支墩→万能杆件梁→14#工字钢→垫板→碗扣式钢管→可调式顶托→纵向12cm×15cm木方→横向10cm×10cm木方→1.2cm厚竹胶板。
　　由于本桥箱梁为鱼腹式断面，且有一联为大跨度变截面连续箱梁，施工时底模的预拱度设置能否与施工实际相一致，施工完成后的箱梁整体线形能否圆顺是本桥施工控制的两个主要方面。
　　
　　3.施工预拱度控制
　　3.1施工预拱度的组成
　　在支架法施工上部结构的过程中以及卸架后，上部结构都要产生一定的挠度变形，为了使上部结构在卸架后能获得设计规定的外形，需在施工时设置一定的预拱度。
　　本桥支架分梁式支架和满堂支架两种。梁式支架的跨中预拱度值包括由以下几部分组成：①梁体的设计成桥预拱度+②万能杆件支架梁的挠度+③各分配梁的变形值+④临时墩的变形值+⑤不同材料接触面的压缩值+⑥基础沉降量。在支墩处的预拱度值是③+④+⑤+⑥（若临时支墩设在已完成的承台上，则不考虑此项）。由于③、④、⑤、⑥在整跨中平行下降，此部分变形是不可逆的，属于非弹性变形。所以在跨中预拱度分配时，仅将①、②两部分之和按二次抛物线进行计算。
　　
　　
　　对于用碗扣式钢管等满膛支架施工现浇梁的预拱度，除上述①、③、⑤、⑥外，增加钢管的弹性压缩值⑦。
　　梁体的设计成桥预拱度①根据《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》的要求设置。对于钢筋混凝土梁，当由荷载短期效应组合并考虑长期效应影响产生的长期挠度不超过计算跨径的1/1600荷载短期效应组合并考虑长期效应影响产生的长期挠度不超过计算跨径的1/1600 时，可不设预拱度；当不符合上述规定时应设预拱度，且其值应按结构自重和1/2可变荷载频遇值计算的长期挠度值之和采用。对于预应力混凝土梁，当预加应力产生的长期反拱值大于按荷载短期效应组合计算的长期挠度时，可不设预拱度；当预加应力的反拱值小于按荷载短期效应组合计算的长期挠度时应设预拱度，其值应按该项荷载的挠度值与预应力长期反拱值之差采用。
　　预拱度按二次线型分配：式中，y为任意点预拱度；f为预拱度（①+②）；x为任意长度；l为总长，c为支墩处的预留值。预拱度的线形如上图所示。
　　3.2非弹性变形值的设定
　　在预拱度的组成中，支架梁的挠度和钢管的弹性压缩属于弹性变形，其它变形属非弹性变形。弹性变形可以通过计算确定，而非弹性变形根据经验值进行预留。非弹性变形的经验参考值如下表1所示。
　　表1 非弹性变形的经验参考数据
　　 部位 参考数值
　　接头承压非弹性变形 钢管接头 每个接头1mm
　　 钢与木 每个接头2mm
　　 木与木 每个接头3mm
　　 木楔 每个接缝1～3mm
　　地基沉降值 基础置砂土上 5～10mm
　　 基础置于粘土上 10～20mm
　　 基础置于砌石或混凝土上 3mm
　　 打入砂或粘土中的桩基础 5mm
　　
　　3.3 支架的预压处理
　　为了确切得出在处理后的地基上支架的沉降量和支架本身的变形量，应在梁体底模铺设完毕后，按每孔梁体自重的120%进行预压，以确定在此荷载作用下地基的沉降量及支架的变形情况。通过计算得出支架的理论沉降量，施工时必须经过预压进行验证。通过预压可以消除非弹性变形，得出弹性变形的准确数值，为所施工的结构更接近设计提供了有利条件，并保证了施工期间的结构安全。经过多年全国各地的工程实践，支架预压已越来越被证实是非常重要的。
　　支架预压一般有砂袋法、千斤顶法、水压法、或加载钢筋、混凝土块的加载法等等。使用起来各有利弊，各具特色。加载时尽量符合浇注混凝土时的状态，按每级加载进行底模变形观测，并做详细记录。全部加载后，不可立即卸载，需等压一段时间（一般为24～72）小时，连续3天累计沉降不超过3mm后，再逐级卸载、逐级测量并详细记录。卸载完成后就可以按加载顺序进行浇注混凝土。
　　本桥采用砂袋法预压，砂袋逐袋称重, 并设专人称量、专人记录；称量好的砂袋一旦到位就必须采取防水措施，准备好防雨布。在加载时派专人观察支架变化情况，一旦发现异常，立即进行补救。加载时分级进行，并及时进行测量观测，加载的顺序应尽量接近于浇筑混凝土的顺序，不可随意堆放。卸载也应分级进行并测量，对以上测量过程应做详细记录。
　　3.4 变形观测与预拱度调整
　　支架搭设完成并铺设好底模后，在底模和地基上分别布设观测点进行沉降观测。沿每跨底模纵向每4 m布置1个观测点，同时在桥跨端头(距墩台1 m处)、1／4跨、1／2跨、3／4跨位置处增加观测点。每个观测断面分左中右设置3个沉降观测点，预压前分别测出每个观测点位置处标高h1，然后进行加载，全部荷载加载后每隔8 h观测1次各测点的标高，这样连续观测48 h测出相应位置的标高h2。卸载后测出相应位置的标高h3，。支架的总变形为h1-h2，非弹性变形为h1-h3，弹性变形为h3-h2。另外，1／2跨中的3个沉降观测点同时作为支架位移观测点，预压完成后在卸载前再次对位移观测点进行坐标测量记录，确定支架预压的位移数据。
　　预压后，根据预压弹性变形(h3-h2)调整底模标高，调整后底模标高为设计标高加上支架弹性变形值。从理论上讲，底模标高是在设计标高基础上加上按二次线型分配的预拱度值，而在实际施工中则按设计标高加上实测的弹性变形值(h3-h2)。
　　4.梁体线形控制
　　4.1 梁体纵向线形控制
　　梁体的底模纵向线形主要通过设置施工预拱度来实现，根据前面预压计算出的变形值在施工时进行调整。变截面箱梁由于梁高变化，侧模的倾角也在30°～52°之间变化，需要测量的精确控制才能保证位置准确。施工时加密测量放样点，在模板安装过程中全程利用全站仪进行跟踪测量，一次调整到位。
　　4.2 梁体底板横向线形控制
　　本桥箱梁断面呈鱼腹形式，底板与腹板交点的圆弧半径只有1m，制作难度较大。为了精确地制造出模板的弧度，施工时底模板采用优质竹胶板，厚度为1.2cm，通过试验能够弯制出所需的弧度。模板下的横向方木加工成与箱梁底面线形一致的形状，弯制好的竹胶板再固定在此方木上，这样就保证了箱梁底板的横向线形。
　　4.3 箱梁顶面高程控制
　　箱梁在混凝土浇筑完成后，在张拉前对整个箱梁顶面高程进行全面测量，并做好记录。在箱梁张拉完并拆除支架后，再对箱梁顶面高程进行测量，并与前面的测量结果相比较，得出梁体张拉和脱架后的变形值。此值与设计值进行比较是否相一致，必要时对箱梁预拱度进行调。
　　
　　5.结论
　　在碧桂路高架桥的施工中通过预拱度计算和预压相结合，得到比较准确的施工预拱度。从已完成的现浇箱梁看，通过用上述方法控制预拱度，最终取得了很好的效果。支架拆除完毕后桥梁标高基本符合设计要求，与前期控制结果吻合，使全桥的线形得到了很好的控制.
　　
　　参考文献：
　　[1] JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]
　　[2] 苏岩.现浇连续箱梁混凝土成型质量控制[J].公路交通技术,2008(5):83－84.

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