悬臂浇筑刚构桥施工预拱度控制.doc

悬臂浇筑刚构桥施工预拱度控制
刘金峰 石新艳 李宏基 李春平
生死崖大桥是双幅55+100+55米的连续变截面刚构桥。箱梁为宽度6米的单箱单室，箱梁高度从5.3米到2.0米按二次抛物线变化；单幅桥面宽12米。采用三角挂蓝悬臂浇筑施工。
一． 预拱度
由于本施工方法是从桥墩上的0号块（多数是桥墩上设支架，在支架上浇筑出1号块）开始，用挂蓝悬挑支模浇筑下一块体混凝土，况且全桥合拢前为长悬臂结构。当进行块体施工时，挂蓝受力后要产生下挠，悬臂结构同样也产生下挠，还有混凝土收缩及温度变化引起的下挠。为保证桥梁成品结构达到设计规定的线形，在施工阶段要对每一块体设置预拱度以平衡上述几项下挠变形量。挂蓝下挠变形量可通过预压试验获得；悬臂结构是变截面，特征数据是变数，可简化计算，准确数据可用专用软件计算获得；另外的收缩、温度影响、徐变等数值到目前仍然是以经验为主的系数数据，因为影响因素多且不可控制。
二． 设计预拱度
生死崖大桥设计图纸中，给出了设计预拱度。
边跨预拱度全部为0，中跨从1号到11号块体预拱度如下表：（单位：cm）
块号
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
预拱
0
2.65
3.45
3.95
4.4
4.75
5.15
5.65
6.25
6.9
7.45
7.9
也就是说边跨和主跨预拱度是不对称的，设计代表解释说：按计算结果，边跨预拱度应该为负值，边跨底板预应力钢绞线张拉后，边跨会向上拱起。按有利原则，预拱度设为0，将来边跨桥面可以略微上拱。
三． 验算预拱度
由于中跨合拢前，上部悬臂结构承载于柔性倾向明显的独立桥墩上，可以认为边跨与中跨竖向变动是互为影响的。我们是第一次施工此种结构的工程，为了更准确、更有把握地进行施工，又委托另外单位按施工实际荷载状况采用<公路桥梁结构设计系统GQJS8.0>进行了验算，结果如下：（边跨从11`～1`；中跨从1～11号块体；单位：cm）
块号
11`
10`
9`
8`
7`
6`
5`
4`
3`
2`
1`
0
预拱
-0.74
-1.88
-3.32
-4.47
-5.11
-5.15
-4.67
-3.8
-2.71
-1.56
-0.35
1.2

块号
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
预拱
1.2
1.88
2.08
2.31
2.53
2.87
3.41
4.26
5.32
6.45
7.24
6.99

与设计预拱度比较可知：1）边跨预拱度设计值确实是遵循有利原则的，应当采用。2）中跨验算值与设计值比较接近，但设计值更具操作性和权威性。所以施工过程中预拱度执行地是设计预拱度，验算起到了核对作用。
四． 施工预拱度控制
在这种悬臂浇筑施工中，对预拱度影响最大的就是：1）施工挂蓝挠度，2）悬臂自身挠度。
（1） 挂蓝预压确定弹性、非弹性变形值 生死崖大桥施工时采用了尝试性的施工工艺，挂蓝有标准型和变异型两种。第一次安装时的变异型挂蓝进行了预压，浇筑1号块时，由于安装方式为平放式，存在非弹性变形值，预压测量值为2厘米，弹性变形值为1.8厘米。从2号块开始的标准型通过预压观测发现，弹性变形值为1.5厘米，而非弹性变形值几乎为0。分析原因认为：挂蓝的锚固方式决定了非弹性变形值很小，仅考虑弹性变形值即可——挂蓝安装时其自身也呈悬臂状，重心又超出前支座点2.5米，使前支座受力产生了预压作用。另外就位后，后锚固点也是垫上支座后利用竖向预应力筋进行了预紧，该预紧力大于浇筑块体时产生的倾翻力值。所以，安装过程中已经把非弹性变形值变成了接近0值。
2号块块体重量是105T，预压时挂蓝弹性变形值为1.5厘米。从2号块到11号块，块体重量渐减为79T。按说随着块体施工，挂蓝弹性变形值应该按推算逐渐减小。在实际施工时，一方面考虑到块体涨模及施工荷载偏大的倾向大一点，另一方面预拱度设置要本着宁高勿低原则进行（桥梁界有句话是：宁厚勿薄、宁高勿低）。所以，从2号块到11号块，挂蓝弹性变形值均定为1.5厘米。
（2）理论上讲，在施工时主要考虑了挂蓝弹性变形和悬臂自身下挠这两项因素，每个块体支模时预抬高这两项值之和即可。将来成桥后，桥面恰好是设计的线形。但事实上，桥面铺装后要增加恒荷载，后期徐变及多种不确定因素的影响都还会造成桥面高程变动，尽管底板预应力束张拉后可以使桥面上拱，但是，使桥产生下挠的因素对桥面的最终结果更不利。况且，桥面一旦下挠，除了继续观察外，几乎没有什么有效补救措施。典型的下挠例子不在少数。
（3）为了确保生死崖大桥成桥质量，管理组带有尝试意义地决定：边跨预拱度按挂蓝弹性变形和悬臂自身下挠值之和设定，并结合施工进行相应调整，使边跨成桥时就达到设计线形和高程，底板预应力束张拉后使桥面上拱，形成有利线形；中跨立模标高按设计预拱度、悬臂自身下挠值与挂蓝弹性变形之和设定，保证合拢时保持设计的预拱度，即成桥时是呈现着设计预拱度的（区别于立模标高按设计预拱度与挂蓝弹性变形之和，那样成桥时是略高于设计线形桥面，很容易出现下挠后果）。设计预拱度值是7.9厘米，对于100米跨度来说，坡度影响是很小的（0.158%），而对于结构来说意义更重要。临标段的桥就成桥后开始下挠，已达10多厘米。
（4）合拢后预拱度 本着以上原则，生死崖大桥施工中测量放线时一方面参考计算下挠值，另一方面根据已施工块体实测结果进行调整。最终预拱度略大于设计预拱度，分析原因是：偏于追求宁高勿低，各个环节均取值偏高。
（5）全张拉后预拱度值
中跨底板预应力张拉完后，全桥高程有所变化，结果是有利的。
五． 后期观测结果
通过合拢后两个月的观察，中跨开始下挠，这个过程就属于徐变，大约要1500天时间才算进入稳定阶段。第一个月下挠7毫米，第二个月下挠1毫米。等下一步8cm厚的铺装层施工完毕后，桥面估计还有3cm左右的下沉量。那时桥面线形将更加完美。
六． 结论
第一次施工这样的桥，是个摸索过程。从开始到结尾都有仓促之感，我们也体会到--各方面积累都需要加强,才能做好更多更难的工作。同志尚须努力！生死崖大桥施工工期管理
丁进生 刘金峰 李宏基
主题词：刚构桥 悬臂浇筑施工 工期管理
生死崖大桥简介 生死崖大桥全长217米，由55+100+55米三跨变截面P.C.连续刚构桥。上下行分离，单箱单室断面，箱梁根部梁高5.3米，跨中2.0米，顶板宽12米，底板宽6.0米，翼缘悬臂3.0米。箱梁高度从1号块到11号块按二次抛物线变化。纵向分段为6×4.0+5×4.5米，0号块长4.5米，中、边跨合拢段分别为2.5、2.21米，边跨现浇段4.0米。全桥位于R=1100米，切线长T=765.055米，外距为E=185.957米的圆曲线上。
一、 悬臂浇筑工艺 挂蓝安装（移位）→钢筋绑扎（预应力波纹管安装）→混凝土浇筑→混凝土养生→预应力束安装→预应力束张拉→管道灌浆→下一块体挂蓝移位
一、 臂浇筑人员设备 作为中建系统的我们，以前以房建施工为主，可以认为是静态结构施工，在施工工艺、施工管理、过程控制以及安全施工各方面均有很成熟的经验。而悬臂浇筑则是动态性结构，特别是桥面高程控制，在合拢以前每个已浇块体都会随着后来块体施工产生下挠，而且箱梁截面特性连续变化，材质、气候、徐变等各种因素共同影响，难以用简捷的数据指导施工，相对来说经验更显得重要。还有悬浇所必须使用的挂蓝，其结构、性能，使用对我们来说都是第一次，有一个从学习到熟练的过程。本次施工所选用的挂蓝是目前常用的几种形式中最简捷的三角形组合挂蓝，其最大特点是受力简明、重心较低、安装方便、锚固简便有效。人员配备成挂蓝安装组、钢筋组、混凝土组、张拉组及辅助人员组。
二、 计划工期 悬浇部分计划工期为每十天完成一个块体，其中包括材料、设备、天气等不可见因素的影响。这种工期安排法也是通过资料查知大部分施工单位通常做法。左幅十一个块体及边跨、中跨合拢段共计十三个双施工循环。工期安排自2002.5.10～2002.9.30日约计140天，其中边跨与中跨合拢段实际施工时并不能连续，安排十天过度期。右幅工期安排自2002.10.10~2003.2.28日约计140天。左幅右幅之间工期断开是因为挂蓝有个拆除和重新安装过程，即先左幅后右幅施工。
三、 施工工期
1、 左幅工期 挂蓝是第一次组装，并且是采用独特工艺的变形结构形式，占用了较长时间，所幸0号块以前的工程有所提前。原预计挂蓝安装自5月1日至10日安装，提前到4月19日开始，至5月3日开始绑扎底板钢筋，5月8日安装箱梁内顶模板，5月13日浇筑混凝土，5月25日完成1号块预应力张拉灌浆。这是一个学习过程，耗时较多，但收益更多，可以说大多数人员完成了从概念到实践的飞跃。自5月26日移动挂蓝开始2号块施工，到8月9号张拉完11号块，每个块体约用时6.8天，其中包括外因影响的短时停工。8月10日完成边跨合拢浇筑，边跨底板预应力束张拉后于8月16日实现中跨合拢浇筑，中跨底板预应力束张拉后开始移动拆除挂蓝及压重。
2、 右幅工期 在施工左幅时已经穿插安排了右幅0号块的施工，挂蓝从左幅退下后直接转到右幅0号块上安装。从8月20日开始安装，到9月1日浇筑1号块混凝土。以左幅施工时间计如果右幅也需要每个块体用时6.8天，那么右幅11个块体将用时75天，加上两个合拢段20天，共计95天。那么最终合拢日期将是12月中旬，事实上本桥所在地区在11月中旬就进入冬季，而规范规定平均气温低于5℃时，不允许进行预应力张拉工作，也就是说不能进行悬臂施工。要么施工几个块体，等明年合拢，各种费用将多花费40万元以上，且不能如期完成业主安排的计划；要么采取措施加快施工进度争取提前合拢。经过权衡，认为加快施工进度争取提前合拢在几个方面均是可行的，也可以避免长期停工带来的诸多麻烦，更有利于保证大桥整体质量。主要采取了以下措施：
A 工艺措施 在施工工艺方面，主要依靠科技的力量。
a采用早强水泥 左幅施工时采用的是P.O42.5晋牌水泥，不具有早强性能。右幅改用P.O42.5R狮头牌水泥，具有早强性，配合添加剂使用，早强性能明显。允许预应力张拉的85%强度由原来的78小时缩短为48小时。
b添加剂 左幅施工时混凝土添加剂是南京产减水剂和山西产混凝土泵送剂，早期强度增长不太理想。右幅时两剂均改为山西产品，重新调整了配合比，结果令人满意。
B工序措施 悬浇工艺要求各工序只能顺序作业，其中有些工序必须白天作业才能保证安全和工程质量，如：挂蓝移动行走、挂蓝测量定位。由此决定了，只能更合理地安排施工工序才能加快进度。通过总结左幅施工经验，一方面重新划分工序时段，规定每一个施工班组所负责的工序必须在要求的以小时为计算单位的时间段内完成。工序间衔接明确专人督促协调，保证不冲突也不浪费时间。另一方面分解各工序段用时，按工作量核定出以小时为单位的用时，与各班组签订工期奖罚协议，当场兑现。实践证明起到了明显作用。
C.设立提示牌 在办公室设提示牌，每天更新，写明各项工作要点；各班组分工及要求完成时间。这样做，直观明了，使各班组都心中有数，配合起来得心应手。
右幅自9月1日1号块施工到10月18日的11号块完成，平均每块体用时4.8天。每块体用时比左幅少用2天，收效是明显的。右幅到10月26日合拢，用时56天。
五．工期管理成果 生死崖大桥施工及时调整工期管理，使全桥总工期由原来的跨冬季施工，提前到冬季前完工。其意义在于：⑴.合理地压缩工期，提高工效，降低成本40余万元。⑵.更重要的是，对于桥梁工程，有效地避免了跨冬季施工，能充分保证工程的内在质量。⑶.探索了桥梁工程工期管理的方法。
计划工期与实际工期比较如下图：
计划工期与实际工期