290m空腹式連續(xù)剛構(gòu)橋梁合龍技術(shù)

陶 路

（中鐵大橋局集團(tuán)武漢橋梁科學(xué)研究院有限公司 武漢 430034）

北盤江特大橋跨徑布置為82.50m＋90＋220m＋82.5，為一座5跨空腹式預(yù)應(yīng)力剛構(gòu)橋［1］，見(jiàn)圖1。全橋共計(jì)5個(gè)合龍段，分別是2個(gè)邊跨、次邊跨及1個(gè)中跨合龍段。合龍段箱梁長(zhǎng)均為2.0m，箱梁高4.5m，底板寬6.5m，頂板寬10.5m，腹板厚0.45m，底板厚0.32m，頂板及翼板厚度為0.2～0.65m，邊跨合龍段混凝土量為19.51m3，重約51t。次邊跨及中跨合龍段混凝土量為27.83m3，重約72t。

大橋跨度較大，合龍口較多，工序復(fù)雜，受合龍溫度及運(yùn)營(yíng)狀態(tài)主梁收縮、徐變影響，各主墩將產(chǎn)生縱向偏位，合龍段也將受溫度作用影響，受力較為不利，需采用合龍鎖定、頂推等措施保證結(jié)構(gòu)安全［2－4］。

圖1 北盤江大橋總體布置圖

1 合龍頂推研究

北盤江大橋主跨290m，6～9號(hào)墩高依次為78，123，176，68m，合龍溫度、混凝土收縮、徐變形對(duì)結(jié)構(gòu)后期墩頂偏位影響較大。合龍溫度與設(shè)計(jì)溫度存在一定的差異，溫度效應(yīng)及收縮、徐變效應(yīng)將致梁體產(chǎn)生收縮變形，引起墩頂縱向偏位，主墩將處于偏心受壓狀態(tài)，結(jié)構(gòu)受力不利，影響橋梁線形及運(yùn)營(yíng)安全。為消除上述因素的影響，需在大橋合龍時(shí)，在合龍口施加一對(duì)反向頂推力，致主墩產(chǎn)生合理反向預(yù)偏，改善結(jié)構(gòu)受力［5］。

1.1 合理頂推量確定

北盤江大橋頂推量主要結(jié)合合龍溫度及混凝土收縮、徐變對(duì)墩偏影響計(jì)算結(jié)果進(jìn)行確定。因此，需對(duì)大橋進(jìn)行溫度等影響性分析。

1.1.1 合龍溫度影響性分析

合龍時(shí)，橋址溫度與設(shè)計(jì)溫度的溫差效應(yīng)將致主墩產(chǎn)生偏位。結(jié)合北盤江大橋施工工序，采用有限元軟件MIDAS對(duì)不同的合龍溫差作用下的主墩偏位進(jìn)行了計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同溫差下各墩偏變化量（向跨中偏為正）

由計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，各主墩偏位與溫差變化成正比關(guān)系，受溫差效應(yīng)影響，6～9號(hào)墩頂偏位與合龍溫差的關(guān)系依次為3.66，1.49，1.33，3.49 mm／℃。

1.1.2 混凝土收縮、徐變影響性分析

橋梁合龍后，由于主梁混凝土收縮、徐變影響，將致主梁產(chǎn)生豎向及縱向位移，引起主墩偏位。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，采用有限元軟件MIDAS建立由施工階段至成橋階段的模型，以考慮施工過(guò)程累積受力狀態(tài)對(duì)運(yùn)營(yíng)階段下的收縮、徐變引起的主墩偏位進(jìn)行了計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同運(yùn)營(yíng)階段各墩偏變化量（向跨中偏為正）

由計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，成橋10年后，6～9號(hào)墩由主梁收縮、徐變引起的墩頂偏位依次為80，32，28，76mm，2次邊墩偏位相對(duì)較大，主墩由于中跨、次邊跨同時(shí)收縮，位移相反，水平偏位相對(duì)略小。

1.1.3 頂推量確定

本橋次邊跨、中跨合龍時(shí)間為2013年5月中旬，橋址夜間溫度基本為19℃，合龍段鎖定及合龍均在夜間溫度穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行，無(wú)需考慮日照引起的墩偏影響。因此，合理頂推量以運(yùn)營(yíng)10年后墩頂偏位為基準(zhǔn)，結(jié)合溫度影響量進(jìn)行修正，6～9號(hào)墩頂推量確定為75.5，30.5，26.7，72.5mm。

1.2 合理頂推力確定

1.2.1 頂推力影響性分析

本橋頂推過(guò)程分為次邊跨頂推和中跨頂推作業(yè)，2次頂推對(duì)各墩的影響均有所不同，為了合理地分配各頂推力，分別計(jì)算了次邊跨、中跨頂推力與各墩頂偏位的關(guān)系，見(jiàn)圖4。

圖4 各跨合龍時(shí)頂推力與各墩偏位關(guān)系（向跨中偏為正）

由圖4可見(jiàn)，次邊跨合龍時(shí)，6～9號(hào)墩頂推力與各墩偏位的關(guān)系依次為－0.039，0.032，0.05，－0.033mm／kN；中跨合龍時(shí)，6～9號(hào)墩頂推力與各墩偏位的關(guān)系依次為－0.015，－0.016，－0.017，－0.016mm／kN。

1.2.2 頂推力確定

北盤江大橋全橋5個(gè)合龍口，其中3個(gè)需頂推作業(yè)，6～7號(hào)、7～8號(hào)、8～9號(hào)墩間頂推力分別為F1～F3。由頂推力與各墩頂偏位的關(guān)系，同時(shí)綜合考慮各墩高、剛度及墩偏受力影響性，確定了F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3分別為1 000，3 300，900kN。頂推完成及運(yùn)營(yíng)10年后預(yù)測(cè)墩頂偏位見(jiàn)表1。

表1 頂推完成及運(yùn)營(yíng)10年后預(yù)測(cè)墩頂偏位 mm

由表1可見(jiàn)，3個(gè)合龍的頂推作業(yè)可基本抵消成橋后10年間主梁收縮、徐變引起的主墩偏位，優(yōu)化墩身結(jié)構(gòu)受力。

2 合龍施工技術(shù)

2.1 合龍配重措施

合龍配重措施主要通過(guò)合龍段澆筑過(guò)程同步卸載等量合龍配重，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程中合龍口保持較高的穩(wěn)定性，以保證合龍混凝土澆筑過(guò)程中不受擾動(dòng)，完成高質(zhì)量合龍。合龍配重需同時(shí)考慮大橋主墩受力，以主墩彎矩平衡及合龍段混凝土重量進(jìn)行確定。

各跨合龍時(shí)，配重位置及荷載見(jiàn)圖5。合龍時(shí)，合龍口兩側(cè)的懸臂前端配重為合龍段混凝土的一半，另外一側(cè)懸臂前端配重荷載為合龍段混凝土與施工吊架重之和的一半。邊跨合龍時(shí)，配重位置確定為6號(hào)、9號(hào)墩主梁懸臂前端，邊跨側(cè)配重荷載為25.5t，次邊跨側(cè)配重為25.5＋10＝35.5t；次邊跨合龍時(shí)，合龍口兩側(cè)各配重36t，跨中側(cè)配重均為46t；中跨合龍時(shí)，合龍口兩側(cè)各配重36t。合龍澆筑過(guò)程中同步等量卸載合龍口兩側(cè)懸臂前端的配重，另一側(cè)懸臂配重荷載保持不變，以保證合龍全過(guò)程中合龍口高度穩(wěn)定及主墩 受力平衡。

圖5 北盤江大橋合龍時(shí)配重示意圖

2.2 合龍頂推、鎖定措施

合龍頂推為消除合龍溫差、后期收縮徐變引起墩身偏位的重要工序，需精確實(shí)施。按大橋合龍工序安排，配重作業(yè)施工完成后，可進(jìn)行頂推作業(yè)。根據(jù)合龍頂推研究成果，3跨的頂推力分別為900，3 300，1 000kN，頂推位置于箱梁頂板與腹板的交匯處，頂推按20%→50%→80%→100%的4個(gè)級(jí)別進(jìn)行，以保證均勻、對(duì)稱地對(duì)兩T構(gòu)施加頂推力，避免箱梁出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

大橋合龍后，結(jié)構(gòu)將由靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為多次超靜定結(jié)構(gòu)，溫度變化將致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次內(nèi)力，對(duì)新澆筑合龍段混凝土受力較不利，需在合龍口設(shè)置剛性支撐，并且以抵抗溫脹、收縮力為原則進(jìn)行布置，合龍安排在夜間溫度較低且較穩(wěn)定的時(shí)間段進(jìn)行，日溫差越大，構(gòu)件受力越大。本橋合龍時(shí)日溫差約12℃，合龍口采用內(nèi)、外剛性支撐進(jìn)行加強(qiáng)，通過(guò)溫差作用計(jì)算結(jié)果，頂、底板頂面各布置2根2I40a外剛性支撐，共4處；內(nèi)剛性支撐布置于腹板上、中、下及頂板內(nèi)倒角上方共8處。在橋梁頂推完成后，千斤頂保持荷載不變的條件下對(duì)剛性支撐進(jìn)行焊接，焊縫長(zhǎng)度不小于0.6m。剛性支撐及頂推示意見(jiàn)圖6。

圖6 剛性支撐及頂推示意圖

2.3 合龍實(shí)施

根據(jù)前述研究成果，北盤江大橋采用施工吊架進(jìn)行全橋合龍，按照邊跨→次邊跨→中跨的順序進(jìn)行，合龍工序順序根據(jù)墩身彎矩、主梁受力對(duì)稱的原則進(jìn)行確定，同時(shí)需兼顧合龍段受力狀態(tài)施加合龍段配重、剛性鎖定等措施。具體施工工序見(jiàn)圖7。

圖7 北盤江大橋合龍工序流程

3 結(jié)語(yǔ)

綜合考慮大跨度主梁收縮、徐變及合龍溫度效應(yīng)引起的主墩偏位，對(duì)北盤江大橋進(jìn)行了頂推方案研究，確定了合理的頂推量及頂推力，同時(shí)根據(jù)墩身彎矩平衡及合龍口穩(wěn)定的原則，設(shè)置了內(nèi)、外剛性支撐及合龍配重，保證合龍施工過(guò)程中合龍段受力的安全，優(yōu)化了成橋運(yùn)營(yíng)階段結(jié)構(gòu)受力。

［1］ 中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.貴州省六盤水至盤縣高速公路北盤江大橋初步設(shè)計(jì)［Z］.武漢：中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，2009.

［2］ 向葦康，鄭尚敏，萬(wàn) 水.波形鋼腹板PC組合連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控［J］.交通科技，2013（1）：1－4.

［3］ 王夢(mèng)瑩.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工監(jiān)控［J］.交通科技，2011（S2）：99－103.

［4］ 向木生，黃 鶴，劉忠澤.體外預(yù)應(yīng)力主動(dòng)加固技術(shù)施工控制分析［J］.交通科技，2010（2）：7－9.

［5］ 潘國(guó)兵，劉 毅.多跨高墩連續(xù)剛構(gòu)橋主梁合龍方案研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2013（1）：23－26.