大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍段頂推施工技術(shù)

熊慧娟

（中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司市政管理部 天津市）

1 大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍段頂推施工技術(shù)概述

連續(xù)剛構(gòu)橋綜合了T型剛構(gòu)橋在懸臂法施工中保持體系平衡的特點(diǎn)，又吸取了連續(xù)梁橋在整體受力上能承受正、負(fù)彎矩的優(yōu)點(diǎn)，橋墩的柔度能夠適應(yīng)橋身結(jié)構(gòu)，大跨徑橋梁的受力要求，能夠滿足預(yù)應(yīng)力損失、混凝土溫度變化、收縮、徐變引起的內(nèi)次力位移。此項施工技術(shù)成熟、方便，經(jīng)濟(jì)性較好，得到了廣泛的應(yīng)用。連續(xù)剛構(gòu)橋合龍后，橋梁體系發(fā)生轉(zhuǎn)換，底板預(yù)應(yīng)力束張拉、后期混凝土收縮徐變與降溫效應(yīng)相組合將使兩主墩之間主梁縮短、墩頂向跨中方向發(fā)生縱向水平位移，導(dǎo)致墩頂、墩底產(chǎn)生較大的附加彎矩，主梁及橋墩結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，對結(jié)構(gòu)將造成危害，影響橋梁的使用性能和耐久性。為了消除其影響，在高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍時對梁體施加一定量的頂推力，相當(dāng)于給主墩施加一個反向位移，來達(dá)到使墩頂預(yù)偏的目的，以部分抵消由于底板預(yù)應(yīng)力張拉、后期混凝土收縮徐變以及降溫等引起的次內(nèi)力和墩頂向跨中的偏移量，改善主梁及橋墩的線形和受力狀態(tài)。

頂推是指在進(jìn)行骨架鎖定前，利用千斤頂?shù)仍O(shè)備使懸臂梁段向外側(cè)移動一段距離，然后連接骨架以儲備一定的壓力、變位。頂推工藝的主要目的是為了調(diào)整橋墩受力狀態(tài)，滿足運(yùn)營階段橋梁體系降溫和收縮徐變等荷載對橋墩應(yīng)力的要求，是改善長期作用效應(yīng)和溫差效應(yīng)的一種較為理想的施工措施。此外，連續(xù)剛構(gòu)橋頂推后，箱梁應(yīng)力重分布，較不頂推的情況合理，并且對跨中下?lián)弦约跋淞洪_裂問題有一定的改善。

2 工程概況

該大橋祝橋為105+200+105m三跨一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。其中，上部箱梁屬于整幅式，全寬為18m，翼板懸臂為4.3m，寬度為9.5m。箱梁高度變化采用1.8次拋物線，從根部13.5m開始變化到合龍段3.8m，箱梁底板厚度采用1.7次拋物線，并從箱梁根部140m處變化至合龍段38m。箱梁腹板厚度從80cm變化至65cm，接著變化到55cm。該橋合龍段長為2.5m，方量為16m3。另外，主梁采用的混凝土是高強(qiáng)鋼纖維，雙肢薄壁墩為主墩，其采用的普通鋼筋混凝土，長為12m，寬2.5m，高60.55m。主墩為承臺接群樁嵌巖鋼管樁的基礎(chǔ)。

2.1 有限元建模

采用有限元軟件（Midas/Givl）進(jìn)行計算和分析。在進(jìn)行模擬時，主梁采用變截面空間梁單元，主墩采用一般空間梁，縱向預(yù)應(yīng)力鋼束需要通過預(yù)應(yīng)力荷載的方式來完成，截面剛度會受預(yù)應(yīng)力鋼束和預(yù)應(yīng)力損失的影響。在實際過程中的掛籃荷載、混凝土澆筑和臨時施工荷載，需要通過激活和鈍化節(jié)點(diǎn)彎矩以及節(jié)點(diǎn)荷載來實現(xiàn)。二期恒載加載需要使用梁單元荷載形式，墩底的固結(jié)采用一般支撐來進(jìn)行，采用彈性連接中的剛性連接來實現(xiàn)墩梁固結(jié)。在進(jìn)行滿堂支架現(xiàn)澆段，該部分的模擬通過連續(xù)梁的約束形式進(jìn)行。在邊跨合龍后，采用雙支座按照實際情況來對現(xiàn)澆段支座進(jìn)行模擬，并將支座的剛度輸入到彈性連接中。主梁節(jié)點(diǎn)和相應(yīng)的支座節(jié)點(diǎn)通過主從節(jié)點(diǎn)連接來實現(xiàn)。主橋離散為213個單元，225個節(jié)點(diǎn)，見圖1。

2.2 頂推合龍計算

圖1 主橋計算模型圖

環(huán)境溫度會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力箱梁溫度產(chǎn)生相應(yīng)的變化，梁體會有伸縮出現(xiàn)。如果連續(xù)剛構(gòu)橋是超靜定的，梁體會因溫度變化產(chǎn)生溫度應(yīng)力，并產(chǎn)生較大的彎矩次應(yīng)力影響主墩，橋墩和箱梁容易出現(xiàn)裂縫，對橋梁的運(yùn)行期限和安全都會造成影響。通常情況下，根據(jù)當(dāng)?shù)氐钠骄鶞囟葋碓O(shè)計合龍溫度，合龍段勁性骨架鎖定時為合龍溫度，直接決定溫度的變化。所以在設(shè)計合龍段頂推施工時，橋梁設(shè)計合龍溫度和合龍溫度差的影響需要納入考慮范圍。同時應(yīng)當(dāng)在1d之中溫度最低的時候進(jìn)行合龍段施工，避免在養(yǎng)成期間現(xiàn)澆混凝土，因為低溫狀態(tài)，會導(dǎo)致墩地出現(xiàn)彎矩狀況，混凝土最終產(chǎn)生裂縫。

為分析本橋升溫5℃的合龍情況，頂推力的大小。首先計算在成橋狀態(tài)，設(shè)計溫度合龍后升溫對結(jié)構(gòu)的影響，計算升溫對5#、6#、7#橋墩各墩墩頂水平位移的影響，見表1。調(diào)整頂推力來抵消合龍后溫差產(chǎn)生的不利降溫效應(yīng)，為了保證施工作業(yè)方便，設(shè)置兩個頂推力相等，即P=（P1+P2）/2，不同合龍溫度的頂推力，見表1。

表1

表2 不同合龍溫度頂推力（kN）

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 合龍段頂推施工工藝流程

合龍段預(yù)埋件的預(yù)埋→頂推傳力桿件焊接→油壓千斤頂安裝固定（各觀測點(diǎn)測量初始數(shù)據(jù)的記錄、焊縫檢查驗收）→順序施加20%、50%、80%頂推力（分別測量記錄觀測點(diǎn)位移變化）→施加100%頂推力（測量記錄觀測點(diǎn)位移變化）→分析比較頂推效果（提前模擬得出理論頂推數(shù)據(jù)）→體外勁性骨架的安裝→油壓千斤頂卸載、拆除→傳力桿件的割除→傳力桿件的割除→合龍段后續(xù)工序施工。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 理論計算

根據(jù)設(shè)計圖紙的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在中跨施工合龍前，均勻施加一對3000kN的水平對頂力于兩側(cè)懸臂頂端的四個角點(diǎn)位置，但在設(shè)計中未體現(xiàn)出頂推施工后主墩的預(yù)偏量。為了更好地分析頂推效果，控制頂推施工過程，在頂推實施前，需要運(yùn)用相關(guān)軟件建立理論模型，即模擬計算出頂推后主墩的預(yù)偏量，再通過實際實施中的頂推位移值與理論預(yù)算出的預(yù)偏量進(jìn)行比較分析，以此更準(zhǔn)確判斷頂推實施的效果和施工質(zhì)量，同時確保了頂推施工的質(zhì)量安全，避免盲目進(jìn)行大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍段頂推施工技術(shù)。

3.2.2 預(yù)埋件的預(yù)埋

勁性骨架固定螺栓預(yù)埋件的預(yù)埋。施工圖紙設(shè)計在箱梁懸臂的最后節(jié)段部分的箱梁底板、頂板四個位置，將四根M30地腳螺栓分別預(yù)埋在這四個位置，預(yù)埋位置需要按照設(shè)計圖紙的要求需要先設(shè)置限位板對預(yù)埋件進(jìn)行臨時固定。

頂推傳力桿件固定鋼板預(yù)埋。在箱梁懸臂澆筑施工最后節(jié)段的梁端的四個角點(diǎn)位置預(yù)埋10mm厚鋼板，為鞏固牢固性，需要在固定鋼板背面焊接8根（單根長度不小于0.5m），直徑為φ16的螺紋鋼，注意頂推位置和圖紙要求設(shè)置體外勁性骨架位置盡量錯開設(shè)置，避免后續(xù)交叉施工的影響。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過對頂推力的計算，不僅墩低不會出現(xiàn)拉應(yīng)力，成橋之后的運(yùn)營階段也能有效保證，橋墩自始至終呈現(xiàn)豎直狀態(tài)，能夠滿足連續(xù)剛構(gòu)橋合龍段頂推施工的基本要求。

[1]周偉，胡鐵山，賴敏芝.四跨連續(xù)剛構(gòu)橋合龍頂推力計算與效應(yīng)分析[J].交通科技，2014（3）：20～23.