等高度预应力混凝土连续箱梁支架预压分析

朱得斌

(山西交通职业技术学院工程管理系)



等高度预应力混凝土连续箱梁支架预压分析

朱得斌

(山西交通职业技术学院工程管理系)

以湖南某地项目二标段一座等高度预应力连续箱梁桥为例, 介绍了连续箱梁支架预压的要求、预压荷载、加载范围及加载操作过程, 提出了在加载过程操作中应注意的问题, 为连续箱梁支架预压施工提供参考。

连续箱梁; 支架预压; 加载; 卸载

1 工程概况

本项目二标段连续箱梁桥，跨径组合为23+33+23 m，全长85.16 m，设计起点桩号为K0+374.42 m，终点桩号为K0+460.58 m。

该桥上部结构采用等高度预应力混凝土连续箱梁，左右幅宽度均为19.5 m，左右幅为单箱四室截面，梁高1.7 m，左右幅外侧悬臂板宽度为2.7 m，内侧悬臂板宽度为1.8 m，左右幅间距大于1 cm。

支架的预压加试验是一道非常重要的工序，其目的一方面是进行承载模拟，检验支架及地基的强度和稳定性，确保施工安全，另一方面是消除施工前支架和地基的非弹性沉降变形，同时收集支架和地基的弹性变形和非弹性变形的数据，为箱梁底模施工标高控制和跨中预拱度设置提供准确依据，确保梁体几何线形准确。

2 质量保证

本标段支架预压过程中，沉降监测工作采用精密水准测量方法进行，监测过程中，各项偏差控制及内业数据处理须注意的几个问题：

(1)每次监测所用的仪器及水准尺固定，监测人员固定，监测路线固定，监测环境和条件基本相同；

(2)监测时间及环境：一般应在早晨太阳高照前(清晨七、八点左右)结束，不允许在高温、强光和大风等情况下进行监测。要勤监测、勤记录，及时反馈；

(3)测量时，水准尺气泡要居中，扶尺员应快速稳定地竖直标尺，提高监测效率；

(4)水准测量每次测量在一站内完成，监测值的闭合差控制在1 mm之内。

3 预压要求与规定

3.1 预压要求

(1)支架预压应在支架基础预压合格后进行，且加载范围不应小于现浇混凝土结构物的实际投影面；

(2)支架预压前，应布置支架的沉降监测点；支架预压过程中，应对支架的沉降进行监测；

(3)在全部加载完成后的支架预压监测过程中，当满足下列条件之一时，应判定支架预压合格：

①各监测点最初24 h的沉降量平均值小于1 mm；

②各监测点最初72 h的沉降量平均值小于5 mm。

(4)对支架的代表性区域预压监测过程中，当不满足上述规定时，应查明原因后对同类支架全部进行处理。处理后的支架应重新选择代表性区域进行预压。

3.2 预压荷载

(1)支架预压荷载不应小于支架承受的混凝土结构恒载与模板重量之和的1.1倍。

(2)支架预压区域应划分成若干预压单元，每个预压单元内实际预压荷载强度的最大值不应超过该预压单元内预压荷载强度平均值的110%。每个预压单元内的预压荷载可采用均布形式。

3.3 加载与卸载

(1)支架预压应按预压单元进行分级加载，且不应少于3级。3级加载依次宜为单元内预压荷载值的30%、70%、100%；

(2)当纵向加载时，宜从混凝土结构跨中开始向支点处进行对称布载；当横向加载时，应从混凝土结构中心线向两侧进行对称布载；

(3)每级加载完成后，应先停止下一级加载．并应每间隔12 h对支架沉降量进行一次监测。当支架顶部监测点12 h的沉降量平均值小于2 mm时，可进行下一级加载；

(4)支架预压可一次性卸载，预压荷载应对称、均衡，同步卸载。

4 支架预压监测

支架预压监测是通过对现浇箱梁的施工支架加载预压，检查箱梁施工支架的承载力及其稳定性。通过测试得出在实体荷载作用下支架的弹性和非弹性变形参数，为后期箱梁施工中底模预拱度设置提供依据，保证箱梁结构线形符合施工图纸要求。

4.1 监测内容

(1)支架预压的监测包括下列内容：

① 加载之前监测点标高；

② 每级加载后监测点标高；

③ 加载至100%后每间隔24 h监测点标高；

④ 卸载6 h后监测点标高。

(2)预压监测应计算沉降量、弹性变形量、非弹性变形量。

4.2 监测点布置

监测点用铁钉钉入模板底部的方木加以定位，测出铁钉伸出底模部份长度h。

(1)支架基础和支架的沉降监测点的布置应符合下列规定：

① 沿混凝土结构纵向每隔1/4跨径布置一个监测断面；

② 每个监测断面上对称布置5个监测点(不低于3个点)。

(2)支架沉降监测点应在支架顶部和底部对应位置上分别布置；

(3)支架沉降监测点顶部位置布置方案

监测断面布置在预压跨的两侧墩或台中心线、L/2处的3个断面处(分别用截面a、b、c表示)，每个断面分5个监测点，见图1～图2。

图1 支架沉降监测点顶部位置布设平面示意(单位：cm)

图2 支架沉降监测点顶部位置布设横断面示意(单位：cm)

(4)支架沉降监测点底部位置布置方案

支架基底沉降监测点的布置，应与底模监测点一一对应在同一垂直线上，见图3～图4。

图3 支架沉降监测点底部位置布设平面示意(单位：cm)

(5)支架弹性变形的测定将振弦式应变计焊接在预压跨三个断面中线位置钢管处，用以测量支架预压过程中钢管的弹性变形量。

图4 沉降监测点细部图

4.3 监测记录

(1)预压监测采用的水准仪，按照现行行业《水准仪检定规程》JJG425规定进行检定。

(2)预压监测采用三等水准测量要求作业。

(3)支架沉降监测记录与计算符合下列规定：

①预压荷载施加前，监测并记录支架顶部和底部监测点的初始标高；

②每级荷载施加完成时．监测各监测点标高并计算沉降量；

③全部预压荷载施加完毕后，每间隔24 h时监测一次并记录各监测点标高．当支架预压符合上述规定时，进行支架卸载；

④卸载6 h后，应监测各监测点标高，并计算支架各监测点的弹性变形量；

⑤应计算支架各监测点的非弹性变形量。

4.4 支架预压监测方案

支架预压段标高测量共分为5个工况：

工况一：空载时(加载前)，对各沉降监测点进行一次监测，同时对应变计进行一次数据采集；

工况二：一级加载，荷载加载至加载总重的30%，加载后每隔12 h监测一次，同时对应变计进行一次数据采集，当沉降监测点12 h的沉降量平均值小于2 mm时，方可进行下一级加载；

工况三：二级加载，荷载加载至加载总重的70%，加载后每隔12 h监测一次，同时对应变计进行一次数据采集，当沉降监测点12 h的沉降量平均值小于2 mm时，方可进行下一级加载；

工况四：三级加载，荷载加载至加载总重的100%，加载后每隔12 h监测一次，同时对应变计进行一次数据采集，当沉降监测点12 h的沉降量平均值小于2 mm时，方可进行下一级加载；

工况五：卸载，采取一次性卸载，卸载6h后监测各监测点的标高，同时对应变计进行一次数据采集。

5 预压监测结果分析

5.1 钢管支架监测结果分析

钢管支架监测选取进行预压试验跨跨中具有代表性的钢管支架进行监测，必须保证每排钢管支架中不少于两根，每排钢管支架中选取截面跨中处的钢管支架；利用精密 水准仪采用三等水准测量。监测结果如下：

表1 左幅边跨钢管支架变形值(第一跨)

表2 左幅中跨钢管支架变形值(第二跨)

表3 左幅边跨钢管支架变形值(第三跨)

依据以上数据可知钢管支架处于弹性变形阶段，钢管支架的平均弹性变形为1.5 mm，均处于正常弹性状态。

5.2 底模监测结果分析

底模监测在预压跨布置监测点，边跨预压时测点的布置选取支座截面处与跨中截面处，每个截面布置5个监测点；跨中预压时测点的布置选取支座截面、1/4 L、1/2 L、3/4 L、L五处截面作为监测截面，每个截面布置5个监测点，利用精密水准仪采用三等水准测量。此预压试验采用水袋进行加载，高度约为2 m。边跨采用八个水袋加载，边跨Ⅰ级加载水袋加水高度为0.65 m，Ⅱ级加载水袋高度达到1.4 m，满载水袋高度达到2 m，总重为800 t，预压重量满足要求；中跨采用10个水袋进行加载，Ⅰ级加载水袋高度为0.65 m，Ⅱ级加载高度为1.4 m，满载水袋高度达2 m，总重为1 000 t，单幅边、中跨预压荷载累计重量为3 100 t，单幅结构混凝土重量及施工设备重量最大约为2 800 t，预压重量满足要求。监测结果如下：

表4 左幅边跨(第一跨)

表5 左幅中跨(第二跨)

续表5

表6 左幅边跨(第三跨)

图5 边跨支架预压测点布置示意图

图6 中跨支架预压测点布置示意图

表格说明：表格中“+”表示此测点测量结果为下挠，“-”表示此测点测量结果为上挠，图表中出现上挠的原因由于该模板为木模板在加载时由于采用混凝土试块加载，在前期加载过程中无法达到荷载在整跨模板上达到均铺，导致局部测点出现模板上挠的情况；卸载时测点的实测值为支架非弹性变形值，利用满载时的实测值减卸载时实测值为支架的弹性变形值。

左幅边跨(第一跨)满载时的最大挠度为16.8 mm为跨中截面2号测点，非弹性变形为10.8 mm，弹性变形为6.0 mm，其中该部分的弹性变形由模板的弹性变形和钢管支架的弹性变形两部分组成，由表1、表2及表3中数据可发现钢管支架的弹性变形一般为1.5 mm，可见模板的体系的变形约为4.5 mm。

左幅中跨(第二跨)满载时的最大挠度为16.6 mm为跨中截面2号测点，非弹性变形为11.5 mm，弹性变形为5.1 mm，其中该部分的弹性变形由模板的弹性变形和钢管支架的弹性变形两部分组成，由表1、表2及表3中数据可发现钢管支架的弹性变形一般为1.5 mm，可见模板的体系的变形约为3.6 mm。

左幅边跨(第三跨)满载时的最大挠度为8.5 mm为跨中截面2号测点，非弹性变形为3.1 mm，弹性变形为5.4 mm，其中该部分的弹性变形由模板的弹性变形和钢管支架的弹性变形两部分组成，由表1、表3中数据可发现钢管支架的弹性变形一般为1.5 mm，可见模板的体系的弹性变形约为3.9 mm。

可见该桥边跨满堂支架弹性变形变化趋势基本一致，且处于合理范围内，经比较左幅边跨满堂支架的弹性变形及模板的弹性变形可发现，满堂支架体系的模板弹性变形均值为4.0mm，钢管支架的弹性变形约为1.5 mm。

6 结论与建议

6.1 结论

(1)本次支架预压试验的加载范围大于现浇混凝土结构物的实际投影面，加载的荷载重量满足方案要求。

(2)本次支架预压试验的加载进行了有效的分区加载，加载过程符合规范要求。

(3)支架预压试验过程中支架的弹性和非弹性变形，均在合理的范围内，变化趋势较为合理，基本满足要求。

6.2 建议

(1)本桥由于钢管支架多次重复使用，结构连接部位可能出现较大间隙，导致加载过程中结构可能出现较大变形，因此后续施工过程中仍需继续对支架变形进行观测，观测时间分别为：支架搭设完毕(模板未安装)、模板拼装完毕、箱梁混凝土浇筑全过程，若发现问题应及时纠正或停止施工。

(2)设置预拱度

①支架预拱度设置

施工预拱度设置：施工预拱度=支架变形值+设计预拱度。

②桥梁的设计预拱度按二次抛物线变化计算各点的设计预拱度，即：δx=δ(1-4X2/L2)，对于已进行预压区段，根据如下公式调整各测点底模标高：

底模顶面标高=梁底设计标高+δ2+δx，其中δ2为弹性变形值；

(3)建议在施工过程中按规范要求进行施工，严防不规范施工导致桥梁不安全和不合理事件。

[1] 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)[S].

[2] 公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)[S].

[3] 公路桥梁承载能力检测评定规程(JTG/T J21-2011)[S].

[4] 杜永昌. 高速与客运专线铁路施工工艺手册[M].北京:科学技术文献出版社, 2006.

2015-04-06

朱得斌(1983-)，男，讲师。

U448. 21+3

C

1008-3383(2015)12-0076-04