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輕軌連續(xù)箱梁沉降觀測(cè)及控制技術(shù)

2009-04-10 16:37    【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  摘要:以津?yàn)I輕軌一期工程中高架橋?yàn)槔,通過支架和地基沉降觀測(cè)以及混凝土徐變理論分析,為輕軌現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工提供預(yù)拱數(shù)據(jù),從而控制箱梁的沉降及變形,保持箱梁的線形,保證工程質(zhì)量,并為同類現(xiàn)澆橋梁工程提供有效借鑒。

  關(guān)鍵詞:輕軌連續(xù)箱;箱梁;預(yù)壓試驗(yàn);沉降;徐變

  1、工程概況

  津?yàn)I輕軌工程一期全長(zhǎng)45.409km,全線高架橋總長(zhǎng)近40km,基本梁型為現(xiàn)澆連續(xù)梁。其中,DK42+533~DK42+758段高架橋,是全線的試驗(yàn)段,為全線的快速施工提供技術(shù)積累和支持。試驗(yàn)段處于濱海地區(qū),為軟土地基。該段橋梁均采用3×25m 現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,為斜腹板單箱單室箱梁。頂板寬8.9m,底板寬4.6m,高1.5m,頂板厚25cm,底板厚20cm,跨中標(biāo)準(zhǔn)腹板厚40cm。

  由于津?yàn)I輕軌工期緊,任務(wù)重,結(jié)構(gòu)形式主要為城市高架橋梁,截面為薄壁箱形,主要梁型為3×25m、20+2×25m 預(yù)應(yīng)力砼以及3×20m、2×20m普通鋼筋砼連續(xù)箱梁。連續(xù)箱梁施工支架不可能每聯(lián)都進(jìn)行預(yù)壓,只能通過有選擇性的局部支架預(yù)壓試驗(yàn)作沉降觀測(cè),為相似地質(zhì)段后續(xù)連續(xù)箱梁施工提供預(yù)拱數(shù)據(jù),從而簡(jiǎn)化工序,加快施工進(jìn)度。

  津?yàn)I輕軌高架橋設(shè)計(jì)為整體道床,采用無碴軌道,其高程調(diào)節(jié)限差僅1cm,因此連續(xù)箱梁工后沉降、徐變和變形大小將直接影響著輕軌運(yùn)營的質(zhì)量。如果超限可能導(dǎo)致梁體開裂、鋼軌破壞、軌道失穩(wěn),因此必須嚴(yán)格控制沉降及變形。

  2、沉降觀測(cè)

  沉降分前期基礎(chǔ)地基沉降和支架沉降及工后箱梁沉降。

  采用精密水準(zhǔn)儀,在各種工況下對(duì)A209~A212(3-25m)預(yù)應(yīng)力鋼筋砼連續(xù)箱梁觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè),通過模擬加載預(yù)壓試驗(yàn)取得支架沉降及彈性與非彈性變形的相關(guān)數(shù)據(jù);通過沉降觀測(cè)了解橋梁工后沉降,掌握沉降隨時(shí)間的變化關(guān)系,為后續(xù)箱梁施工搭設(shè)支架提供預(yù)拱參數(shù),為橋上承軌臺(tái)施工提供準(zhǔn)確高程。

  2.1 預(yù)壓支架沉降觀測(cè)

  通過對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋砼連續(xù)箱梁A209~A212模擬加載預(yù)壓試驗(yàn)取得支架沉降變形的相關(guān)數(shù)據(jù)。

  2.1.1 支架布置方案

  為了便于受力分析及預(yù)拱設(shè)置,在箱梁中橫梁及端橫梁處支架作剛性支撐,直接支撐在墩臺(tái)上,該處支架彈性變形可視為 0;其余地方從地面直接搭設(shè)支架至梁底,作柔性支撐。

  2.1.2 支架受力分析

  支架預(yù)壓采取各項(xiàng)荷載(恒載、活載)模擬加載法,A209~A212(3×25m)預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁砼澆注時(shí)支架受力分析如下:

 。1)恒載:砼重(邊跨300.76t,中跨300.72t,鋼模100t,內(nèi)模11t);

 。2)活載:施工活載4.9t(人群機(jī)具均布活載為2Kpa/m2,施工時(shí)按4×6m2范圍進(jìn)行荷載計(jì)算);振搗荷載:5.1t(振搗時(shí)對(duì)水平面板為2Kpa/m2,施工時(shí)按5×5m2振搗圍進(jìn)行荷載算);

  (3)預(yù)壓荷載計(jì)算(預(yù)壓重量按恒載及活載的1.2倍系數(shù)考慮)

  Q=(300.76×2+300.72+100+11+4.9+5.1)×1.2=1228t

 。4)預(yù)壓荷載分布

  側(cè)模:q1=(100/2)×1.2/(75×2.15)=0.38t/m2

  梁中:q2=(300.72+11/3-49.5)×1.2/(25×4.6)=2.66t/m2

  梁翼 q3=(49.5/2)×1.2/(25×2.15)=0.55t/m2

  活載 q4=(4.9+5.1)×1.2/(25×8.9)=0.054t/m2

  (5)支架沉降觀測(cè)。支架預(yù)壓的模擬加載順序:先加載 q1,即上側(cè)模時(shí)支架所受荷載,之后加q2+q4及 q3+q4,即砼澆注時(shí)支架所受荷載。

  2.1.3 預(yù)壓沉降觀測(cè)

  觀測(cè)點(diǎn)布置:在A209~A212支架墊木及上部支設(shè)模板的方木上釘鐵釘布點(diǎn),紅漆標(biāo)注。

  觀測(cè)點(diǎn)布置:在A209~A212支架墊木及上部支設(shè)模板的方木上釘鐵釘布點(diǎn),紅漆標(biāo)注。

  支架預(yù)壓及沉降觀測(cè)分四步進(jìn)行:預(yù)壓前,對(duì)支架進(jìn)行高程測(cè)量;然后第一步模擬加載100%(1024t),測(cè)量支架高程;第二步模擬加載120%(1228t),支架相對(duì)穩(wěn)定,進(jìn)行沉降觀測(cè);卸載后對(duì)支架進(jìn)行高程測(cè)量。

  2.1.4 預(yù)壓沉降觀測(cè)結(jié)果

  由支架沉降觀測(cè)資料可知支架經(jīng)過預(yù)壓其彈性與非彈性變形總量為15mm~18mm,而且縱向沉降由跨中向墩柱附近遞減;中間為基本平順的拋物線,其相對(duì)大小在1~2mm 之內(nèi);由墩位處至梁中4~5m 范圍內(nèi)則由無沉降增大至梁中的沉降量;橫向的沉降由箱室結(jié)構(gòu)向兩側(cè)翼板遞減,到外側(cè)的梁體寬度 8.9m 之外的沉降基本在0~3mm 以內(nèi)。

  2.2 箱梁沉降觀測(cè)

  2.2.1 觀測(cè)時(shí)間

  施工期間輕軌箱梁沉降觀測(cè)主要在下面四種工況下進(jìn)行:承臺(tái)澆注后;橋墩澆注后;梁體完成后;承軌臺(tái)澆注前。

  基礎(chǔ)沉降觀測(cè)點(diǎn)的布置:在A209~A212四個(gè)承臺(tái)頂?shù)乃慕巧喜荚O(shè)四個(gè)觀測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)采用鉚釘,四周砌護(hù)井,加蓋保護(hù)。

  工后沉降觀測(cè)點(diǎn)的布置:在箱梁A209~A212南北兩側(cè)擋墻上每5m設(shè)置一測(cè)點(diǎn),紅漆標(biāo)注。

  2.2.2 工后沉降量

  由箱梁沉降觀測(cè)資料可知在施工期間各工況沉降量平均為6mm。

  2.3 沉降分析及成果應(yīng)用

  根據(jù)沉降觀測(cè)結(jié)果,預(yù)壓支架沉降值為23mm,其中 6mm 為平均沉降量,17mm為平滑拋物線,在梁中(除去兩端各4~5m范圍內(nèi))沉降變化值為1~2mm,可視為直線;由墩中至梁中的4~5m范圍可視為17mm預(yù)拱拋物線設(shè)置處。

  根據(jù)支架方案及觀側(cè)分析成果,以及對(duì)地面狀況、支架高度、每根碗口式腳手架管材的受力狀況,對(duì)預(yù)拱設(shè)置作如下建議:

  2.3.1 普通地段滿堂支架

  滿堂支架地基一般采用10%灰土碾壓密實(shí),寬度為11m,處理厚度0.8~1.0m,地面排水采用2%單面坡,灰土處理后地基密實(shí)度可達(dá)0.85 以上。

  在用碗扣式腳手架搭設(shè)支架的情況下,在每根豎向管材軸向受壓應(yīng)力在12.65~20.03Mpa時(shí)(根據(jù)輕軌橋梁自重及本段支撐情況求得),其預(yù)留沉降及預(yù)拱設(shè)置為:

  由于墩位處的支撐為剛性,故墩位處只設(shè)平均沉降6mm;由墩中向梁中5m 范圍內(nèi),支架預(yù)拱由6mm 增大至梁中的預(yù)留沉降h,其余支撐處只設(shè)預(yù)留沉降h。h值在不同地基及支架高度時(shí),可作如下分類:

  當(dāng)?shù)孛婺雺翰粚?shí)、地面為軟土有較小的彈性,支架高度在<6m 范圍,h=2.1mm;支架高度在10~12m 范圍內(nèi),h=2.6mm;其余按內(nèi)插法取中值。

  2.3.2 特殊地段支架預(yù)拱設(shè)置

  輕軌跨越路口,一般采用工字鋼做成門洞或用軍用梁。為保持梁部的線形,不致在這些地方造成下?lián)匣蛄褐兴,路口地段的預(yù)拱可作如下設(shè)置:

  (1)采用工字鋼門洞過路口的地段,在普通預(yù)留沉降的基礎(chǔ)上,門洞部分工字鋼可根據(jù)計(jì)算撓度來設(shè)置預(yù)拱:如在本工程中,4~5m的門洞,工25鋼的拋物線預(yù)拱設(shè)置中部數(shù)值為0.9~1.5cm;5~6m的工字鋼門洞,工25鋼的拋物線預(yù)拱設(shè)置中部數(shù)值為1.5~2.0cm。

 。2)軍用梁跨路口部分,根據(jù)軍用梁預(yù)壓試驗(yàn),在軍用梁梁長(zhǎng)為20m 時(shí),在軍用梁梁中部分其預(yù)拱為3.0cm,在軍用墩處,由于支點(diǎn)在剛性地基處,彈性及塑性變形很小,只設(shè)6mm沉降;軍用梁其他部位,根據(jù)試壓試驗(yàn)結(jié)果作拋物線預(yù)拱設(shè)置;其他墩位處都作6mm的預(yù)留沉降。當(dāng)軍用梁梁長(zhǎng)為16m時(shí),根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及20m軍用梁預(yù)壓結(jié)果,只將軍用梁中的3.0cm改為2.5cm,其余設(shè)置不變。

  3、箱梁徐變

  3.1 收縮徐變分析

  箱梁混凝土徐變直接影響無碴軌道整體道床施工工期和質(zhì)量。因?yàn)闊o碴軌道高程調(diào)節(jié)限差僅為1cm,若成梁后,混凝土徐變過大,造成橋梁高程變化量大,則軌道的高程可能在它的調(diào)節(jié)范圍之外。因此如何控制混凝土徐變,是輕軌橋梁澆筑前需要解決的一個(gè)關(guān)鍵課題。

  由于箱梁混凝土徐變影響因素較多且極為復(fù)雜,下面僅從幾個(gè)主要方面作理論分析:荷載力大小、加載時(shí)的齡期、加載延續(xù)時(shí)間、混凝土的品質(zhì)以及空氣的相對(duì)濕度。

  混凝土在長(zhǎng)期荷載下,沿著作用力方向變形會(huì)隨時(shí)間不斷增大,即荷載不變而變形仍隨時(shí)間增大。由于輕軌橋梁的預(yù)加應(yīng)力及以后的行車荷載是根據(jù)設(shè)計(jì)來實(shí)施的;同時(shí),在津?yàn)I地區(qū),雖然臨近渤海,但由于地面降水量小,因此相對(duì)濕度不是混凝土徐變的主要影響因素?梢哉J(rèn)為,要控制混凝土徐變發(fā)展,施工中主要要控制混凝土本身的質(zhì)量。

  水泥石凝膠體在長(zhǎng)期荷載下的粘性流動(dòng),并向毛細(xì)孔中移動(dòng),同時(shí)吸附在凝膠粒子上的吸附水因荷載應(yīng)力向毛細(xì)孔遷移滲透造成混凝土徐變。

  混凝土水灰比較小或混凝土在水中養(yǎng)護(hù)時(shí),同齡期的水泥石中未填滿的孔隙較小。水灰比相同的混凝土,其水泥用量愈多,即水泥石相對(duì)含量愈大,其徐變愈大;炷了霉橇蠌椥阅A枯^大時(shí),徐變較小。

  3.2 收縮徐變控制

  通過上述分析,在津?yàn)I輕軌施工中,為提高混凝土的質(zhì)量,控制成梁后的混凝土徐變的發(fā)展,我們采取了以下措施:

  (1)材質(zhì)采用高標(biāo)號(hào)低堿水泥(42.5R P.O.),在規(guī)范要求范圍內(nèi),減少水泥用量(488~500Kg/m3砼)。

 。2)在砼中摻加適量外加劑,提高砼張拉前的強(qiáng)度,7天強(qiáng)度達(dá)到50MPa 以上,彈模超過為36.0GPa,28天強(qiáng)度超過55MPa,彈性模量E=41.1GPa。

 。3)降低水灰比(0.33~0.36),泵送以0.35為宜;另外,在現(xiàn)場(chǎng)施工中,根據(jù)天氣狀況,控制混凝土的塌落度,溫度在10度下時(shí),混凝土的塌落度可控制在14~15cm之間;混凝土最大的塌落度為18cm。

 。4)澆筑混凝土?xí)r,加強(qiáng)對(duì)混凝土的振搗,并加強(qiáng)砼的養(yǎng)護(hù)。

  4、結(jié)語

  在津?yàn)I輕軌工程連續(xù)箱梁施工中通過預(yù)壓試驗(yàn)和沉降觀測(cè)取得科學(xué)的預(yù)拱數(shù)據(jù),通過混凝土徐變理論分析,優(yōu)化配比,改進(jìn)施工工藝,從而確保工程質(zhì)量,加快施工進(jìn)度,為保證輕軌正常通車運(yùn)營贏得時(shí)間。

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