雙跨80 m連續(xù)梁懸臂法施工線形控制技術(shù)

葉雙雙

上海建工集團工程研究總院 上海 201114

根據(jù)中國國家鐵路集團有限公司公布的數(shù)據(jù)，截至2019年底，全國鐵路營業(yè)里程逾139 000 km，其中高鐵35 000 km。目前，我國各地的高鐵建設(shè)如火如荼。但高鐵建設(shè)里程長、沿線地形復(fù)雜多變，跨越河流、深谷、公路或既有建（構(gòu)）筑物等情況更是十分常見。這給高鐵建設(shè)人員帶來了新的技術(shù)挑戰(zhàn)。

當高鐵建設(shè)中需跨越障礙物時，連續(xù)梁橋是經(jīng)常采用的形式。目前，國內(nèi)的高鐵連續(xù)梁橋大都采用懸臂現(xiàn)澆的形式，相關(guān)學(xué)者的研究文獻也較多。許志強等[1]以青島益佳碼頭大橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁為例，介紹了現(xiàn)澆懸臂施工橋梁設(shè)計采用的規(guī)范以及主要技術(shù)標準，闡述了懸臂施工橋梁的結(jié)構(gòu)形式及特點；謝明志等[2]以某特大跨度連續(xù)梁為研究背景，基于有限元數(shù)值模擬，依托實測數(shù)據(jù)，采用Midas/Civil有限元軟件進行了線形參數(shù)敏感性研究；馬文娟[3]以準池鐵路的前窯子水庫大橋（58＋3×96＋58）m有砟軌道混凝土連續(xù)梁為案例，介紹了大跨連續(xù)梁懸灌改支架現(xiàn)澆的設(shè)計方法；杜學(xué)進等[4]結(jié)合工程實例，對連續(xù)梁懸臂施工邊跨現(xiàn)澆支架進行了優(yōu)化設(shè)計，確定了荷載分布，建立了受力分析模型，并對其強度、剛度和穩(wěn)定性進行了檢算。上述文獻均偏向理論設(shè)計與研究，涉及具體工程施工中的控制技術(shù)尚不多見[5]。

基于此，本文以某特大橋的雙跨80 m連續(xù)梁主跨為例，介紹高鐵連續(xù)梁橋懸臂現(xiàn)澆施工中的線形控制技術(shù)，以為類似工程施工提供借鑒。

1 工程概況

某特大橋位于浙江省金華市，線路沿既有鐵路滬昆線行走，沿途經(jīng)過義亭鎮(zhèn)、孝順鎮(zhèn)，橋梁全長9 793.850 m。橋梁的起訖里程為DK131＋093.21—DK140＋886.95，其中橋墩共303個，橋臺2座，懸臂現(xiàn)澆連續(xù)梁4聯(lián)，支架現(xiàn)澆連續(xù)梁5聯(lián)，門式墩6個。該橋梁的DK137＋793.955—DK138＋051.555里程處設(shè)計為1座（48.75＋2×80＋48.75） m連續(xù)梁，橋墩編號為212#—216#。該連續(xù)梁橋墩高20～22 m，主跨分別跨越孝順鎮(zhèn)桐源溪和主干道荷園街（圖1）。

圖1 背景工程連續(xù)梁橋施工現(xiàn)場

2 大跨連續(xù)梁線形影響因素分析

高鐵建設(shè)對于橋梁結(jié)構(gòu)的線形控制精度要求高，尤其是要控制好懸臂法施工連續(xù)梁的梁面高程、平整度、合龍口相對高差和軸線，確保合龍后的梁體整體線形達到設(shè)計和規(guī)范要求，從而盡可能減少后期無砟軌道施工時梁面處理的費用。為此，項目部組織相關(guān)技術(shù)人員和有關(guān)專家，以“頭腦風(fēng)暴”的形式，采用魚刺圖分析法，對連續(xù)梁線形的相關(guān)影響因素進行了全面分析（圖2）。

圖2 連續(xù)梁線形的影響因素分析

經(jīng)分析，確認影響連續(xù)梁整體線形質(zhì)量的主要因素有以下5個：掛籃錨固系統(tǒng)安裝、掛籃預(yù)拱度設(shè)置、測量控制網(wǎng)精度、預(yù)應(yīng)力管道施工、合龍段施工。

在分析總結(jié)的5個主要控制因素中，測量控制網(wǎng)精度與預(yù)應(yīng)力管道施工這2個因素的控制相對較為容易，本文不做介紹。因此，掛籃錨固系統(tǒng)安裝、掛籃預(yù)拱度設(shè)置以及合龍段施工即成為保證本工程連續(xù)梁線形的重中之重。

3 大跨連續(xù)梁線形控制技術(shù)難點分析

通過分析掛籃錨固系統(tǒng)安裝、掛籃預(yù)拱度設(shè)置及合龍段施工這3個關(guān)鍵工序的工藝可知，它們共同存在的技術(shù)難題主要表現(xiàn)為測量過程控制與撓度控制，具體分析如下：

1）懸臂法施工連續(xù)梁的線形控制測量工作量大，精度要求高。本工程連續(xù)梁橋設(shè)計為變截面連續(xù)梁，梁高按二次拋物線變化。因此，施工過程中在每一次掛籃調(diào)整時都應(yīng)當進行測量定位，并保證測量精度，以避免測量誤差的積累。

2）桁架結(jié)構(gòu)掛籃前移時采用主桁接長方式，每階段掛籃撓度的計算和控制要求高。本工程主梁沿縱向共分73個梁段，包括0#現(xiàn)澆段、1#—11#懸澆段、邊跨現(xiàn)澆段，以及邊跨合龍段和中跨合龍段，懸澆梁段最大質(zhì)量達123.5 t。因此，在每個梁段的掛籃懸臂澆筑時，必須考慮相應(yīng)的撓度問題，即必須設(shè)置合理的預(yù)拱度以抵消混凝土澆筑后的下沉效應(yīng)。

4 大跨連續(xù)梁線形控制施工對策

4.1 掛籃錨固系統(tǒng)安裝質(zhì)量控制

4.1.1 根據(jù)懸臂塊段最大荷載選擇后錨及前吊桿體系

本工程連續(xù)梁的最大荷載位于4#段，節(jié)段體積為47 m3。據(jù)此，經(jīng)過安全驗算，掛籃結(jié)構(gòu)布置如下：前上橫梁設(shè)計為雙拼36a#工字鋼，前下橫梁設(shè)計為雙拼28a#工字鋼。后上橫梁共設(shè)置3組，其中1組設(shè)計為通長的雙拼36a#工字鋼，并以4根φ32 mm精軋螺紋鋼錨固，剩余的另外2組作為安全儲備，采用單根長度2 m的雙拼25a#工字鋼。后下橫梁則設(shè)計為雙拼32a#工字鋼，同時，側(cè)?；琅c內(nèi)?；婪謩e設(shè)計為雙拼36a#工字鋼、雙拼25a#工字鋼。側(cè)模設(shè)計為型鋼桁片結(jié)構(gòu)，底模為已加工好的定型鋼模，底板部位底縱梁設(shè)計為單根25a#工字鋼，掛籃吊桿均設(shè)計為雙螺帽的φ32 mm精軋螺紋鋼，并在使用過程中以牛毛氈包裹，防止機械碰撞或點焊打火。主桁片利用箱梁豎向預(yù)應(yīng)力束進行錨固。掛籃結(jié)構(gòu)布置如圖3所示。

圖3 掛籃側(cè)面結(jié)構(gòu)示意（掛籃解體后）

4.1.2 確定錨桿錨固力及受力控制

在掛籃作業(yè)過程中，后錨起著決定性作用，后錨錨力不足將導(dǎo)致掛籃主桁前傾，輕則使梁體線形偏離設(shè)計值，重者有可能導(dǎo)致掛籃主桁傾覆。因此，應(yīng)根據(jù)最大塊段荷載驗算后錨錨固力，并在掛籃預(yù)壓前按照錨固力采用油頂進行張拉，得出精軋鋼伸長量。其余后錨采用雙32 t千斤頂錨固，并以此伸長量校驗后錨錨固力。掛籃預(yù)壓時可驗證后錨錨固力是否足夠。在后續(xù)懸臂段施工時嚴格按照此方式進行后錨錨固。

4.2 掛籃預(yù)拱度設(shè)置與控制

4.2.1 進行掛籃預(yù)壓，得出非彈性、彈性變形值

掛籃拼裝后，采用砂袋分3次進行加載，施加荷載分別為梁段施工總荷載的60%、100%、120%。預(yù)壓時在兩端前橫梁上各布置4個觀測點，每級加載完畢1 h后進行支架的變形觀測（圖4）。對100%荷載預(yù)壓數(shù)值進行分析，得出此荷載下掛籃的非彈性、彈性變形值，并作為預(yù)拱度設(shè)置的依據(jù)。

圖4 掛籃預(yù)壓斷面示意

4.2.2 根據(jù)掛籃預(yù)壓變形值設(shè)置預(yù)拱度

掛籃體系前移采用主桁接長，橫梁帶動底模、側(cè)模滑移的方式，因此每段掛籃均存在非彈性、彈性變形。非彈性變形按掛籃預(yù)壓值進行設(shè)置，彈性變形則按塊段荷載采用類比法計算得出。

4.3 合龍段施工

合龍段施工的關(guān)鍵是勁性骨架和混凝土施工時間的選擇、配重的計算與加載以及卸載控制，這些因素直接影響連續(xù)梁合龍后的整體線形。因此，為達到最好的連續(xù)梁線形控制效果，合龍段勁性骨架及混凝土施工選擇在一天中氣溫最低的時段進行，并根據(jù)實際荷載情況對配重進行準確計算，同時，加載及卸載要與混凝土澆筑保持同步。

具體工序如下：

1）已澆筑混凝土側(cè)掛籃前移，安裝、固定。

2）在一天中氣溫最低的時段安裝中跨合龍段剛性骨架。剛性骨架采用4根雙拼40a#工字鋼。工字鋼必須與預(yù)埋螺桿安裝牢固（圖5）。

圖5 合龍段施工示意

3）張拉臨時預(yù)應(yīng)力鋼束各2根。

4）按順序依次進行鋼筋及模板施工：綁扎合龍段底板、腹板鋼筋，定位底板、腹板預(yù)應(yīng)力鋼束波紋管→合龍段底板、腹板鋼絞線穿束→安裝箱室內(nèi)側(cè)模及橫隔梁側(cè)?！壴敯邃摻罴岸ㄎ豁敯孱A(yù)應(yīng)力鋼束波紋管→頂板鋼絞線穿束。

5）在一天中氣溫最低的時段澆筑合龍段混凝土，同時卸載合龍段兩側(cè)砂袋配重。

6）解除中墩支座鎖定，張拉并錨固相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力鋼束，同時補拉臨時預(yù)應(yīng)力鋼束到設(shè)計值。

7）拆除合龍段掛籃體系。

5 實施效果

目前，本工程特大橋（48.85＋2×80＋48.75） m連續(xù)梁已順利合龍。經(jīng)過現(xiàn)場測量檢查驗收，各項線形質(zhì)量控制技術(shù)指標均達到設(shè)計及規(guī)范要求。連續(xù)梁懸臂法施工期間，未發(fā)生一例機械吊裝、人員傷亡事故，在保證安全的前提下，實現(xiàn)了預(yù)期的連續(xù)梁線形控制效果。

6 結(jié)語

連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式作為工程中最常見的特殊孔跨之一，在高速鐵路的橋梁施工中經(jīng)常出現(xiàn)，應(yīng)用也較為廣泛。本文結(jié)合工程實踐，對雙跨80 m連續(xù)梁的線形控制影響因素進行了全面分析，總結(jié)了工程施工中橋梁線形控制的關(guān)鍵工序，并最終取得了預(yù)期的線形控制效果。

當下，大跨混凝土連續(xù)梁大多采用懸臂現(xiàn)澆的傳統(tǒng)工藝。該工藝技術(shù)應(yīng)用較為成熟，質(zhì)量有較好的保證，但工期較長，成本也相對較高。而近些年，預(yù)制裝配式工藝在房建、市政高架等領(lǐng)域取得了長足的發(fā)展，相關(guān)的技術(shù)標準與管理規(guī)范已逐步形成應(yīng)用框架。因此，大跨混凝土連續(xù)梁若采用節(jié)段預(yù)制、現(xiàn)場拼裝的裝配式工藝，則較傳統(tǒng)工藝可節(jié)約大量的工期與成本，且質(zhì)量也有保證。相信在未來，預(yù)制裝配化工藝也將是高速鐵路中大跨混凝土連續(xù)梁發(fā)展的重要方向。