轻轨连续箱梁沉降观测及控制技术

1工程概况　 津滨轻轨工程一期全长 45.409　km，全线高架桥总长近 40km，基本梁型为现浇连续梁。其中，DK42＋533～DK42＋758　段高架桥，是全线的试验段，为全线的快速施工提供技术积累和支持。试验段处于滨海地区,为软土地基。该段桥梁均采用 3×25m　现浇预应力混凝土连续箱梁，为斜腹板单箱单室箱梁。顶板宽 8.9m，底板宽 4.6m，高 1.5m，顶板厚 25cm，底板厚 20cm，跨中标准腹板厚 40cm。　 由于津滨轻轨工期紧，任务重，结构形式主要为城市高架桥梁，截面为薄壁箱形，主要梁型为3×25m、20＋2×25m 预应力砼以及 3×20m、2×20m 普通钢筋砼连续箱梁。连续箱梁施工支架不可能每联都进行预压，只能通过有选择性的局部支架预压试验作沉降观测，为相似地质段后续连续箱梁施工提供预拱数据，从而简化工序，加快施工进度。　 津滨轻轨高架桥设计为整体道床，采用无碴轨道，其高程调节限差仅 1cm，因此连续箱梁工后沉降、徐变和变形大小将直接影响着轻轨运营的质量。如果超限可能导致梁体开裂、钢轨破坏、轨道失稳，因此必须严格控制沉降及徐变变形。　 2 沉降观测　 沉降分前期基础地基沉降和支架沉降及工后箱梁沉降。　 采用精密水准仪，在各种工况下对 A209～A212（3-25m）预应力钢筋砼连续箱梁观测点进行长期观测，通过模拟加载预压试验取得支架沉降及弹性与非弹性变形的相关数据；通过沉降观测了解桥梁工后沉降，掌握沉降随时间的变化关系，为后续箱梁施工搭设支架提供预拱参数，为桥上承轨台施工提供准确高程。　 2.1 预压支架沉降观测 通过对预应力钢筋砼连续箱梁 A209～A212 模拟加载预压试验取得支架沉降变形的相关数据。　 2.1.1 支架布置方案　 为了便于受力分析及预拱设置，在箱梁中横梁及端横梁处支架作刚性支撑，直接支撑在墩台上，该处支架弹性变形可视为 0；其余地方从地面直接搭设支架至梁底，作柔性支撑。　 2.1.2 支架受力分析　 支架预压采取各项荷载（恒载、活载）模拟加载法，A209～A212（3×25m）预应力连续箱梁砼浇注时支架受力分析如下：　 （1）恒载：砼重（边跨 300.76t，中跨 300.72t，钢模 100t，内模 11t）；　 （2）活载：施工活载 4.9t（人群机具均布活载为 2　Kpa/m2，施工时按 4×6m2范围进行荷载计算）；振捣荷载：5.1t（振捣时对水平面板为 2　Kpa/m2，施工时按 5×5 m2振捣围进行荷载算）；　 （3）预压荷载计算（预压重量按恒载及活载的 1.2 倍系数考虑） Q=（300.76×2+300.72+100+11+4.9+5.1）×1.2=1228t　 （4）预压荷载分布　 侧模 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 　 活载 q4=（4.9+5.1）×1.2/（25×8.9）=0.054t/m2　 （5）支架沉降观测。支架预压的模拟加载顺序：先加载 q1，即上侧模时支架所受荷载，之后加q2+q4及 q3+q4，即砼浇注时支架所受荷载。　 2.1.3 预压沉降观测　 观测点布置：在 A209～A212 支架垫木及上部支设模板的方木上钉铁钉布点，红漆标注。　 支架预压及沉降观测分四步进行：预压前，对支架进行高程测量；然后第一步模拟加载 100%（1024t），测量支架高程；第二步模拟加载 120%（1228t），支架相对稳定，进行沉降观测；卸载后对支架进行高程测量。　 2.1.4 预压沉降观测结果　 由支架沉降观测资料可知支架经过预压其弹性与非弹性变形总量为 15mm～18mm，而且纵向沉降由跨中向墩柱附近递减；中间为基本平顺的抛物线，其相对大小在 1～2mm 之内；由墩位处至梁中 4～5m 范围内则由无沉降增大至梁中的沉降量；横向的沉降由箱室结构向两侧翼板递减，到外侧的梁体宽度 8.9m 之外的沉降基本在 0～3mm 以内。　 2.2 箱梁沉降观测 2.2.1 观测时间　 施工期间轻轨箱梁沉降观测主要在下面四种工况下进行：承台浇注后；桥墩浇注后；梁体完成后；承轨台浇注前。　 基础沉降观测点的布置：在 A209～A212 四个承台顶的四角上布设四个观测点，测点采用铆钉，四周砌护井，加盖保护。　 工后沉降观测点的布置：在箱梁 A209～A212 南北两侧挡墙上每 5m 设置一测点，红漆标注。　 2.2.2 工后沉降量　 由箱梁沉降观测资料可知在施工期间各工况沉降量平均为 6mm。　 2.3 沉降分析及成果应用 根据沉降观测结果，预压支架沉降值为 23mm，其中 6mm 为平均沉降量，17mm 为平滑抛物线，在梁中（除去两端各 4～5m 范围内）沉降变化值为 1～2mm，可视为直线；由墩中至梁中的4～5m 范围可视为 17mm 预拱抛物线设置处。　 根据支架方案及观侧分析成果，以及对地面状况、支架高度、每根碗口式脚手架管材的受力状况，对预拱设置作如下建议：　 2.3.1 普通地段满堂支架　 满堂支架地基一般采用 10%灰土碾压密实，宽度为 11m，处理厚度 0.8～1.0m，地面排水采用 2%单面坡，灰土处理后地基密实度可达 0.85 以上。　 在用碗扣式脚手架搭设支架的情况下，在每根竖向管材轴向受压应力在 12.65～20.03Mpa 时（根据轻轨桥梁自重及本段支撑情况求得），其预留沉降及预拱设置为：　 由于墩位处的支撑为刚性，故墩位处只设平均沉降 6mm；由墩中向梁中 5m 范围内，支架预拱由 6mm 增大至梁中的预留沉降h，其余支撑处只设预留沉降h。h 值在不同地基及支架高度时，可作如下分类：　 当地面碾压不实、地面为软土有较小的弹性，支架高度在<6m 范围，h=2.1mm；支架高度在10～12m 范围内，h=2.6mm；其余按内插法取中值。　 2.3.2 特殊地段支架预拱设置　 轻轨跨越路口，一般采用工字钢做成门洞或用军用梁。为保持梁部的线形，不致在这些地方造成下挠或梁中塌腰，路口地段的预拱可作如下设置：　 （1）采用工字钢门洞过路口的地段，在普通预留沉降的基础上，门洞部分工字钢可根据计算挠度来设置预拱：如在本工程中，4～5m 的门洞，工 25 钢的抛物线预拱设置中部数值为 0.9～1.5cm；5～6m 的工字钢门洞，工 25 钢的抛物线预拱设置中部数值为 1.5～2.0cm。　 （2）军用梁跨路口部分，根据军用梁预压试验，在军用梁梁长为 20m 时，在军用梁梁中部分其预拱为 3.0cm，在军用墩处，由于支点在刚性地基处，弹性及塑性变形很小，只设 6mm 沉降；军用梁其他部位，根据试压试验结果作抛物线预拱设置；其他墩位处都作 6mm 的预留沉降。当军用梁梁长为 16m 时，根据经验及 20m 军用梁预压结果，只将军用梁中的 3.0cm 改为 2.5cm，其余设置不变。　 3箱梁徐变　 3.1 收缩徐变分析 箱梁混凝土徐变直接影响无碴轨道整体道床施工工期和质量。因为无碴轨道高程调节限差仅为1cm，若成梁后，混凝土徐变过大，造成桥梁高程变化量大，　则轨道的高程可能在它的调节范围之外。因此如何控制混凝土徐变，是轻轨桥梁浇筑前需要解决的一个关键课题。　 由于箱梁混凝土徐变影响因素较多且极为复杂，下面仅从几个主要方面作理论分析：荷载力大小、加载时的龄期、加载延续时间、混凝土的品质以及空气的相对湿度。　 混凝土在长期荷载下，沿着作用力方向变形会随时间不断增大，即荷载不变而变形仍随时间增大。由于轻轨桥梁的预加应力及以后的行车荷载是根据设计来实施的；同时，在津滨地区，虽然临近渤海，但由于地面降水量小，因此相对湿度不是混凝土徐变的主要影响因素。可以认为，要控制混凝土徐变发展，施工中主要要控制混凝土本身的质量。 水泥石凝胶体在长期荷载下的粘性流动，并向毛细孔中移动，同时吸附在凝胶粒子上的吸附水因荷载应力向毛细孔迁移渗透造成混凝土徐变。　　 混凝土水灰比较小或混凝土在水中养护时，同龄期的水泥石中未填满的孔隙较小。水灰比相同的混凝土，其水泥用量愈多，即水泥石相对含量愈大，其徐变愈大。混凝土所用骨料弹性模量较大时，徐变较小。　 3.2 收缩徐变控制　 　 通过上述分析，在津滨轻轨施工中，为提高混凝土的质量，控制成梁后的混凝土徐变的发展，我们采取了以下措施：　　 （1）材质采用高标号低碱水泥（42.5R P.O.），在规范要求范围内，减少水泥用量（488～500Kg/m3砼）。　 （2）在砼中掺加适量外加剂，提高砼张拉前的强度，7 天强度达到 50 MPa 以上，弹模超过为36.0GPa，28 天强度超过 55MPa，弹性模量 E=41.1GPa。　 （3）降低水灰比（0.33～0.36），泵送以 0.35 为宜；另外，在现场施工中，根据天气状况，控制混凝土的塌落度，温度在 10 度下时，混凝土的塌落度可控制在 14～15cm 之间；混凝土最大的塌落度为 18cm。　 （4）浇筑混凝土时，加强对混凝土的振捣，并加强砼的养护。　 4 结语　 在津滨轻轨工程连续箱梁施工中通过预压试验和沉降观测取得科学的预拱数据，通过混凝土徐变理论分析，优化配比，改进施工工艺，从而确保工程质量，加快施工进度，为保证轻轨正常通车运营赢得时间。　 信息来源于：中国城市轨道交通网