淺析大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制關(guān)鍵技術(shù)

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)，河北 石家莊 050091）

一、引言

目前，我國大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋主要采用懸臂施工法施工，但采取懸臂法施工時(shí)，該種橋梁較易出現(xiàn)腹板斜裂縫或下?lián)线^大等問題，為了確保橋梁修建的安全性，必須對橋梁進(jìn)行施工控制。

二、工程概況

某連續(xù)剛構(gòu)橋梁主跨210m，按112m+210m+112m的方式布置橋跨，橋梁引橋?yàn)檫B續(xù)T梁橋，橋梁起止樁號為：K11+973～K12+817，橋梁全長844m。主橋梁采用的截面形式為雙幅對稱單箱單室，其中單幅橋梁有15m寬的頂板，70m的最大橋高。

三、有限元理論分析

本文采用Midas Civil有限元軟件進(jìn)行建模，除了對橋梁的應(yīng)力以及線形等進(jìn)行分析之外，該模型還考慮了混凝土在十年內(nèi)的收縮徐變影響和結(jié)構(gòu)所受的施工工期的影響。

（一）應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

通過有限元軟件的計(jì)算，橋梁上部結(jié)構(gòu)在整個(gè)施工時(shí)期所受到的拉應(yīng)力最大值為0.6MPa，壓應(yīng)力最大值為14.7MPa。橋墩在施加完二期恒載后的應(yīng)力值：9#墩頂處應(yīng)力值達(dá)到-4.6MPa，墩底處達(dá)到-6.0MPa；10#墩墩頂處應(yīng)力值達(dá)到-4.7MPa，墩底處達(dá)到-6.0MPa。

（二）線形計(jì)算結(jié)果

對收縮徐變進(jìn)行十年的考慮時(shí)，橋梁南部的邊跨端部有49.7mm的水平位移量，北跨的邊跨端部則有54.4mm的水平位移量，在收縮徐變后，橋梁中跨處的9#主墩有17mm的水平位移量，10#主墩有22.5mm的水平位移量。

（三）結(jié)構(gòu)受到不同施工進(jìn)度的影響

當(dāng)不同施工進(jìn)度的差值為一年時(shí)，橋梁懸臂段的下?lián)喜钪道塾?jì)達(dá)到20mm。

（四）懸臂澆筑不平衡自重主墩偏位

在施工時(shí)，由于無法同步進(jìn)行混凝土的澆筑以及施工，使得橋梁的T構(gòu)有彎矩產(chǎn)生，在縱橋方向墩頂將產(chǎn)生位移，彎矩值隨著懸臂段的增加而增加。通過對有限元模型中的自重為1830kN的最大懸臂端（即28#）加載5%～20%自重（按照疊加5%的方式）的豎向不平衡力，分別測試高度為70m的10#墩的墩頂位移和墩底應(yīng)力，測試結(jié)果表明：隨著不平衡百分比的增加，墩頂?shù)乃轿灰埔约岸盏椎淖畲髩簯?yīng)力均呈現(xiàn)正比例關(guān)系，而墩底的最大拉應(yīng)力則為反比例關(guān)系。

四、懸臂施工階段控制

懸臂施工屬于超靜定結(jié)構(gòu)，因此橋梁在施工時(shí)涉及到多次的體系轉(zhuǎn)換，要確保橋梁成橋時(shí)的狀態(tài)滿足要求，除了需要對設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化外，對施工監(jiān)控的依賴也較多。由于實(shí)際施工時(shí)具備較多不確定因素的影響，所以仍需要通過施工控制對設(shè)計(jì)理論進(jìn)行調(diào)整。施工監(jiān)控應(yīng)以標(biāo)高的線形控制中的預(yù)拱度設(shè)置為主，而預(yù)拱度主要受到掛籃變形、收縮徐變、人為因素、橋梁施工預(yù)拱度設(shè)置四個(gè)方面影響。

五、合龍控制

合龍前，連續(xù)剛溝橋的狀態(tài)為T構(gòu)懸臂，在開始進(jìn)行邊跨的合龍時(shí)就包括了一系列體系轉(zhuǎn)換的問題，并且合龍時(shí)的施工難度較大，成橋的質(zhì)量與合龍質(zhì)量具有直接的關(guān)系。若合龍時(shí)的質(zhì)量控制較差，將直接導(dǎo)致成橋時(shí)的線形不平順，對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力而言，強(qiáng)行合龍也會造成較大的影響。

（一）合龍配重

對連續(xù)剛構(gòu)橋梁的合龍施工而言，任何施工方法都涉及配重問題。合龍的配重過程包含基本配重和附加配重兩部分?；九渲乜墒筎構(gòu)的懸臂段兩段不會因合龍段澆筑混凝土而產(chǎn)生下?lián)?，避免混凝土在澆筑時(shí)由于下?lián)隙霈F(xiàn)開裂的問題，同時(shí)調(diào)整標(biāo)高及混凝土的徐變。附加配重是在完成合龍段的施工后，并在混凝土強(qiáng)度符合要求后才進(jìn)行卸載。橋梁的施工控制是利用連續(xù)剛構(gòu)橋的體系在合龍后已完成轉(zhuǎn)變，附加配重在卸載后無法抵消先前加載的影響，以此達(dá)到對橋梁結(jié)構(gòu)的變形以及內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整的目的。

（二）合龍頂推

連續(xù)剛構(gòu)橋梁懸臂端采用頂推可降低溫度對橋梁合龍時(shí)的影響，并且只能在進(jìn)行橋梁中跨的合龍時(shí)才能采用頂推的方式，在邊跨合龍時(shí)，由于存在鉸支座，在溫度變化時(shí)存在自由變形，因此并無溫度應(yīng)力產(chǎn)生。

（三）邊跨合龍

考慮在成橋后運(yùn)營的10年時(shí)間內(nèi)混凝土收縮徐變的影響，將本項(xiàng)目橋梁南端邊跨端部以及北端邊跨端部朝向主墩方向分別設(shè)置49.79mm和54.4mm的水平位移量。因此，在將邊跨支座安裝于邊跨現(xiàn)澆段時(shí)，需預(yù)先對支座施加預(yù)偏量，合龍時(shí)的設(shè)計(jì)溫度取的是橋梁所處地區(qū)的月平均溫度最高和最低的平均值。

（四）中跨合龍

中跨合龍段有2m的長度，40.7m3的圬工體積，重達(dá)106.1t。由理論計(jì)算可得，中跨合龍懸臂端的配重為53t，下?lián)蠟?.7mm。通過有限元模型分析可知，為使墩頂?shù)乃狡唤档?，需在合龍前對中跨懸臂端施加水平推力。在最大的懸臂端分別施100、200、300kN的推力，得到墩頂?shù)乃轿灰品謩e為9#墩：-1.70mm，-3.41mm，-5.11mm；10#墩：2.81mm，5.62mm，8.45mm。由數(shù)據(jù)可知，頂推力和水平位移呈現(xiàn)線性關(guān)系。通過該種關(guān)系展開法系優(yōu)化推力以及溫度影響的分析。

1、收縮徐變對頂推力的影響

確定了橋梁運(yùn)營一定時(shí)間后，由于混凝土收縮徐變所需要的實(shí)際頂推量之后，還需考慮與理論相比實(shí)際存在的摩阻力，并且橋梁在成橋到混凝土完成收縮徐變的時(shí)間較長，若采用提前預(yù)頂100%的收縮徐變值，在完成合龍后，結(jié)構(gòu)在運(yùn)營期內(nèi)將會產(chǎn)生較大的反向位移，并在該段時(shí)期還存在活荷載，對于橋墩而言具有較大的不利彎矩，容易導(dǎo)致開裂等現(xiàn)象。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，對于預(yù)頂值只需占據(jù)實(shí)際混凝土收縮徐變的60%。

2、溫度對頂推力的影響

在平均溫度為30°C的前提下，在升溫10°C和20°C后，9#墩合龍的溫差位移為-8.6mm和-17.1mm，10#墩則為11mm和22.4mm。從上述結(jié)果可知，增加頂推力可有效解決高溫合龍問題。在合龍溫度高10°C或20°C的情況下，兩墩可增加頂推力448.4kN或898kN。在頂推作用下所產(chǎn)生的墩底累計(jì)應(yīng)力值為：9#墩最大壓應(yīng)力為8MPa，最大拉應(yīng)力為-2.2MPa，10#墩分別為8.4MPa和-2.3MPa。

六、結(jié)語

由于混凝土的收縮徐變，如果連續(xù)剛構(gòu)橋在3/4邊跨以及跨中處有較大的下?lián)?，施工時(shí)應(yīng)盡可能保持同步澆筑混凝土，防止出現(xiàn)因混凝土澆筑齡期不一致導(dǎo)致的合龍質(zhì)量差。連續(xù)剛構(gòu)橋在運(yùn)營一定的時(shí)期后將會出現(xiàn)較大的下?lián)希虼嗽谑┕r(shí)應(yīng)對其預(yù)加預(yù)拱度，預(yù)拱度的線形應(yīng)采取余弦曲線。在大跨度的連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程中，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際制定施工工藝，以保證橋梁質(zhì)量。橋梁合龍時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制合龍配重以及頂推力等。