摘要：在桥梁建设中，满堂支架施工工艺依然是目前混凝土箱梁施工的主要方法，其施工预拱度的设置直接影响着桥梁的工程质量，传统的施工预拱度设置方法往往通过选择代表性区域进行支架预压后计算得出，作为区域内其它部位箱梁支架施工预拱度的代表值。然而在实际施工过程中，人为选择代表性区域具有一定的局限性，且由于各部位地质环境存在一定的差别，在某一代表性区域进行预压得出的沉降值，并不能完全作为其它部位的真实沉降值。本文以武汉江汉七桥为研究背景，对S7#墩~S8#墩左幅进行地基预压试验以及支架预压试验，通过试验与数值模拟进行对比分析，研究得出满堂支架的数值模拟符合现场实际支架变形情况，而地基预压的数值仿真模拟与实测值差别较大。为准确的得出各跨箱梁支架的施工预拱度，本文通过对不同地质产生的沉降变形值进行拟合预测，再结合满堂支架数值模拟的结果，计算出不同部位的施工预拱度值，这样大大降低了工程成本，加快了施工进度，同时能进一步保证工程质量。
关键词：预压；满堂支架；沉降；监测；多元回归；有限元
随着现代城市化进程的急速发展，城市基础建设不断新建，特别在市政桥梁工程箱梁施工方法中，满堂支架作为箱梁施工方法的主流，而满堂支架施工工艺对支架基础要求较高，在遇到不良地质的情况下，往往先进行地基加固处理，再进行支架预压，一方面检验支架和基础的稳定性，另一方面通过预压获得模板支架的施工预拱度。本文以武汉江汉七桥工程满堂支架施工混凝土连续箱梁为工程背景展开分析，提出在不良地质中满堂支架施工预拱度的相关见解。
1 问题的提出
在混凝土箱梁满堂支架施工工艺中，支架施工预拱度的设置是箱梁施工的重要工序之一，预拱度设置的是否合理，直接影响到桥梁的工程质量。施工预拱度值的获得往往根据模拟箱梁自重，对选定的代表性区域支架架体进行堆载预压，根据预压过程中的沉降值计算得出施工预拱度值。
1.1常规满堂支架预拱度的计算方法
在支架预压前，对选定的代表性区域桥跨支架和支架基础设置若干个监测点，监测点布置原则为沿桥跨纵向每间隔1/4跨径布置一个监测断面，每个监测段面布设不少于5个点，并对称布置，并保证支架上方监测点与支架基础监测点在相同铅锤方向。
1.2存在的问题
由于支架架体高度和地质情况的差别，采用代表性区域支架预压获得的预拱度值代表该区域全部的预拱度值存在较大的误差，具体表现如下：
1）在代表性区域的选择过程中，存在人为主观意识的局限性，所选的代表性区域可能并不能完全代表该区域的支架形变情况；
2）不同的支架高度，支架本身的弹性变形值不一样；
3）区域内各桥跨范围的地质情况不可能完全一致，特别对于含有不良土质的地质情况，其各项物理参数不稳定，支架地基基础产生的弹塑形也不一致。
2 现场实验
2.1实验背景
武汉江汉七桥为武汉市重点工程，其汉阳段引桥自汉江南岸滩地，穿越紫霞观垃圾填埋场、横跨知音大道、琴台大道、银杏街，与玉龙路相接，跨越多种地貌单元。垃圾填埋场分布里程约K1+580~K1+840，填埋生活垃圾厚度达3.9~12.5m。主要由塑料袋及各类残渣等组成，具腐臭味，堆积年限小于10年，土质不均匀，各项物理参数无法获得，垃圾层上方覆盖约为2~4m的杂填土。江汉七桥汉阳岸引桥S6~S12#墩位于所述紫霞观垃圾填埋场范围内，对应上部结构为L7左右幅、L6、LS1、LX1共计4联连续箱梁，每联箱梁跨径均为40m，由于地处垃圾填埋场范围，考虑到环保问题，其上部结构施工无法采用少支点式支架施工，综合考虑经济、进度环保等因素，该范围内桥梁上部结构采用满堂支架法施工是合理的。
2.2 实验过程
由于在垃圾填埋场进行满堂支架施工，类似工程经验较少，施工工艺具有特殊性，地基承载力验算、处理、支架搭设、预应力、混凝土的施工等环节直接关系到其施工质量控制。在实际工程中，要根据桥梁所处地区的地质条件，确定桥梁可能发生的不均匀沉降大小，充分考虑地基、支架形变的影响，应进行预压沉降试验，确保施工过程中支架变形在规定范围内。
本文分别选取S7-S8#墩左幅区域进行支架基础预压，检验其地基承载能力，该区域地质结构如图2所示。S7-S8基础预压范围为顺桥向长40m、横桥向宽20m。预压过程如下：
1）土基处理；首先对原场地进行场平，并采用22t压路机进行碾压，对碾压出现翻浆、褶皱等现象的部位进行换填处理，换填处理深度为地面以下1.5m；
2）地基硬化；采用C20混凝土浇筑支架基础垫层，垫层厚20cm，在区域两侧修建排水沟，如图3所示。
3）地基预压；预压荷载考虑S7-S8混凝土箱梁梁体自重的荷载、模板重量及支架重量之和的1.2倍。采用砂袋一次性加载到位；
4）沉降监测；与1.1节中类似，为了获取更多的监测数据，反映沉降变形规律，本实验沿着顺桥向每间隔5m布置一个监测断面，每个断面对称设置11个监测点，共计99个点，如图1 所示。
图2 监测支架和基础的各项沉降变形值
根据试验结果可以看出，各个监测段面的支架基础累计沉降值和弹性变形值存在一定的规律，呈跨中大、两端小的沉降趋势，其中跨中部位最大沉降值为19mm，符合地基变形规律；支架各监测断面的弹性变形呈现中间大、两边小的趋势，符合一般变形规律，而支架各段面监测点累计沉降并无明显规律，沉降值范围为28mm~46mm，这是由于支架的累计沉降变形主要支架弹性变形、支架拼装间隙组成，支架搭设的各个节点的拼装紧密程度不同，故导致各监测点的累计沉降不能呈现一定规律，进一步说明了支架节点的紧密型直接影响着支架的沉降变形值。
4、基础沉降值分析
为分析沿着顺桥向不同地质情况基础沉降值的变形规律，通长采用的方法有计算机仿真、地基预压等，然而在某些工程施工过程中，由于工程进度紧张，对地基进行逐跨预压几乎很难实现，大多数情况，运用计算机仿真技术，对地基基础进行受载模拟，计算得出基础的变形情况，而由于某些工程地质环境不规律，地质物理参数无法精确获得，且计算机仿真在岩土工程中受到本构模型、物理参数的影响较大，影响地基沉降的因子较多，故也不能较好的计算出基础的沉降变形情况。
在本文中，以武汉江汉七桥为工程背景，通过进行地基预压试验，获得不同地质情况部位的沉降值，运用多元回归分析方法，以不同地质层厚度 为自变量，以不同地质层厚度对应的监测点沉降值 为因变量，建立多元回归统计模型，从而达到预测不同地质部位基础沉降值的目的，进而能进一步作为调整预拱度的依据。
4.1数据处理
由于各个监测断面基础变形规律一致，故可取每个段面最大沉降值作
图4 模型预测图
经过预测值与实测值进行对比，其均方根误差为RMSE=1.09，说明模型误差很小，预测值准确率较高。
5、支架沉降值分析
同样，支架沉降值分为非弹性变形值和弹性变形值，故支架变形值可做如下步骤计算分析：
模拟值与实测值相比较，数据较为接近，说明有限元模型建立较为成功。
5.2非弹性变形值的分析
非弹性变形值与支架节点的拼装间隙、紧固度、架体高度有关，建立支架高度v与非弹性变形变形值之间的关系如下：
7、结语
将支架预拱度的计算方法分为基础沉降变形和支架沉降变形两个部分，基础沉降值通过建立关于不同地质层的多元回归模型，能较好的预测基础沉降值；支架的弹性变形值通过有限元仿真模拟计算，与实测值较为吻合，支架的非弹性变形值通过监理其与支架高度的数学模型计算得出，综合三者的变形值对混凝土箱梁支架预拱度进行设置更为合理。
参考文献：
[1]秦林肖.基于Matlab和ANSYS的钢管桁架结构优化设计[J].上海工程技术大学学报.
[2]王连广，侯献语，冯刚.基于遗传算法的预应力钢桁架优化设计[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2006（04）.
论文作者:刘影,章聪,马剑锋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/6/18
标签：支架论文; 预压论文; 满堂论文; 地质论文; 地基论文; 基础论文; 区域论文; 《基层建设》2019年第9期论文;