輕軌連續(xù)箱梁沉降觀測及控制技術摘要：以津濱輕軌一期工程中高架橋為例，通過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?！￡P鍵詞：輕軌連續(xù)箱梁 預壓試驗 沉降 徐變 1工程概況 津濱輕軌工程一期全長 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，是全線的試驗段，為全線的快速施工提供技術積累和支持。試驗段處于濱海地區(qū),為軟土地基。該段橋梁均采用 3×25m 現(xiàn)澆預應力混凝土連續(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，跨中標準腹板厚 40cm?！?由于津濱輕軌工期緊，任務重，結構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 預應力砼以及 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)都進行預壓，只能通過有選擇性的局部支架預壓試驗作沉降觀測，為相似地質(zhì)段后續(xù)連續(xù)箱梁施工提供預拱數(shù)據(jù)，從而簡化工序，加快施工進度?！?津濱輕軌高架橋設計為整體道床，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營的質(zhì)量。如果超限可能導致梁體開裂、鋼軌破壞、軌道失穩(wěn)，因此必須嚴格控制沉降及徐變變形?！? 沉降觀測 沉降分前期基礎地基沉降和支架沉降及工后箱梁沉降。 采用精密水準儀，在各種工況下對 A209～A212（3-25m）預應力鋼筋砼連續(xù)箱梁觀測點進行長期觀測，通過模擬加載預壓試驗取得支架沉降及彈性與非彈性變形的相關數(shù)據(jù)；通過沉降觀測了解橋梁工后沉降，掌握沉降隨時間的變化關系，為后續(xù)箱梁施工搭設支架提供預拱參數(shù)，為橋上承軌臺施工提供準確高程?！?.1 預壓支架沉降觀測 通過對預應力鋼筋砼連續(xù)箱梁 A209～A212 模擬加載預壓試驗取得支架沉降變形的相關數(shù)據(jù)?！?.1.1 支架布置方案 為了便于受力分析及預拱設置，在箱梁中橫梁及端橫梁處支架作剛性支撐，直接支撐在墩臺上，該處支架彈性變形可視為 0；其余地方從地面直接搭設支架至梁底，作柔性支撐。 2.1.2支架受力分析 支架預壓采取各項荷載（恒載、活載）模擬加載法，A209～A212（3×25m）預應力連續(xù)箱梁砼澆注時支架受力分析如下： （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（人群機具均布活載為 2 Kpa/m2，施工時按 4×6m2范圍進行荷載計算）；振搗荷載：5.1t（振搗時對水平面板為 2 Kpa/m2，施工時按 5×5 m2振搗圍進行荷載算）； （3）預壓荷載計算（預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）預壓荷載分布 側模 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。支架預壓的模擬加載順序：先加載 q1，即上側模時支架所受荷載，之后加q2+q4及 q3+q4，即砼澆注時支架所受荷載?！?.1.3 預壓沉降觀測 觀測點布置：在 A209～A212 支架墊木及上部支設模板的方木上釘鐵釘布點，紅漆標注。 支架預壓及沉降觀測分四步進行：預壓前，對支架進行高程測量；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），支架相對穩(wěn)定，進行沉降觀測；卸載后對支架進行高程測量?！?.1.4 預壓沉降觀測結果 由支架沉降觀測資料可知支架經(jīng)過預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構向兩側翼板遞減，到外側的梁體寬度 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 觀測時間 施工期間輕軌箱梁沉降觀測主要在下面四種工況下進行：承臺澆注后；橋墩澆注后；梁體完成后；承軌臺澆注前?！?基礎沉降觀測點的布置：在 A209～A212 四個承臺頂?shù)乃慕巧喜荚O四個觀測點，測點采用鉚釘，四周砌護井，加蓋保護。 工后沉降觀測點的布置：在箱梁 A209～A212 南北兩側擋墻上每 5m 設置一測點，紅漆標注?！?.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 沉降分析及成果應用 根據(jù)沉降觀測結果，預壓支架沉降值為 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 預拱拋物線設置處?！?根據(jù)支架方案及觀側分析成果，以及對地面狀況、支架高度、每根碗口式腳手架管材的受力狀況，對預拱設置作如下建議： 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，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度可達 0.85 以上?！?在用碗扣式腳手架搭設支架的情況下，在每根豎向管材軸向受壓應力在 12.65～20.03Mpa 時（根據(jù)輕軌橋梁自重及本段支撐情況求得），其預留沉降及預拱設置為： 由于墩位處的支撐為剛性，故墩位處只設平均沉降 6mm；由墩中向梁中 5m 范圍內(nèi)，支架預拱由 6mm 增大至梁中的預留沉降h，其余支撐處只設預留沉降h。h 值在不同地基及支架高度時，可作如下分類： 當?shù)孛婺雺翰粚?、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 特殊地段支架預拱設置 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?，路口地段的預拱可作如下設置： （1）采用工字鋼門洞過路口的地段，在普通預留沉降的基礎上，門洞部分工字鋼可根據(jù)計算撓度來設置預拱：如在本工程中，4～5m 的門洞，工 25 鋼的拋物線預拱設置中部數(shù)值為 0.9～1.5cm；5～6m 的工字鋼門洞，工 25 鋼的拋物線預拱設置中部數(shù)值為 1.5～2.0cm?！?（2）軍用梁跨路口部分，根據(jù)軍用梁預壓試驗，在軍用梁梁長為 20m 時，在軍用梁梁中部分其預拱為 3.0cm，在軍用墩處，由于支點在剛性地基處，彈性及塑性變形很小，只設 6mm 沉降；軍用梁其他部位，根據(jù)試壓試驗結果作拋物線預拱設置；其他墩位處都作 6mm 的預留沉降。當軍用梁梁長為 16m 時，根據(jù)經(jīng)驗及 20m 軍用梁預壓結果，只將軍用梁中的 3.0cm 改為 2.5cm，其余設置不變?！?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。因為無碴軌道高程調(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關鍵課題?！?由于箱梁混凝土徐變影響因素較多且極為復雜，下面僅從幾個主要方面作理論分析：荷載力大小、加載時的齡期、加載延續(xù)時間、混凝土的品質(zhì)以及空氣的相對濕度?！?混凝土在長期荷載下，沿著作用力方向變形會隨時間不斷增大，即荷載不變而變形仍隨時間增大。由于輕軌橋梁的預加應力及以后的行車荷載是根據(jù)設計來實施的；同時，在津濱地區(qū)，雖然臨近渤海，但由于地面降水量小，因此相對濕度不是混凝土徐變的主要影響因素?？梢哉J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，并向毛細孔中移動，同時吸附在凝膠粒子上的吸附水因荷載應力向毛細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)護時，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，即水泥石相對含量愈大，其徐變愈大。混凝土所用骨料彈性模量較大時，徐變較小。 3.2 收縮徐變控制 通過上述分析，在津濱輕軌施工中，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)采用高標號低堿水泥（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，提高砼張拉前的強度，7 天強度達到 50 MPa 以上，彈模超過為36.0GPa，28 天強度超過 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，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）澆筑混凝土時，加強對混凝土的振搗，并加強砼的養(yǎng)護?！? 結語 在津濱輕軌工程連續(xù)箱梁施工中通過預壓試驗和沉降觀測取得科學的預拱數(shù)據(jù)，通過混凝土徐變理論分析，優(yōu)化配比，改進施工工藝，從而確保工程質(zhì)量，加快施工進度，為保證輕軌正常通車運營贏得時間。
