輕軌連續(xù)箱梁沉降觀測及控制技術(shù)摘要：以津?yàn)I輕軌一期工程中高架橋?yàn)槔ㄟ^支架和地基沉降觀測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 45.409　km，全線高架橋總長近 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，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)格控制沉降及徐變變形。　2 沉降觀測　 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)箱梁觀測點(diǎn)進(jìn)行長期觀測，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?！?.1 預(yù)壓支架沉降觀測 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)?！?.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?！?.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 2　Kpa/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 2　Kpa/m2，施工時(shí)按 5×5 m2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。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　 觀測點(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)壓及沉降觀測分四步進(jìn)行：預(yù)壓前，對(duì)支架進(jìn)行高程測量；然后第一步模擬加載 100%（1024t），測量支架高程；第二步模擬加載 120%（1228t），支架相對(duì)穩(wěn)定，進(jìn)行沉降觀測；卸載后對(duì)支架進(jìn)行高程測量?！?.1.4 預(yù)壓沉降觀測結(jié)果　 由支架沉降觀測資料可知支架經(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2.2.1 觀測時(shí)間　 施工期間輕軌箱梁沉降觀測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)觀測點(diǎn)，測點(diǎn)采用鉚釘，四周砌護(hù)井，加蓋保護(hù)?！?工后沉降觀測點(diǎn)的布置：在箱梁 A209～A212 南北兩側(cè)擋墻上每 5m 設(shè)置一測點(diǎn)，紅漆標(biāo)注?！?.2.2工后沉降量　 由箱梁沉降觀測資料可知在施工期間各工況沉降量平均為 6mm?！?.3 沉降分析及成果應(yīng)用 根據(jù)沉降觀測結(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?！?.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。可以認(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?！?.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 50 MPa 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)?！? 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?！?br />