大跨度連續(xù)梁橋懸臂澆筑合龍控制關(guān)鍵技術(shù)研究

朱月平

（上海建工集團(tuán)股份有限公司，上海 200080）

0 引言

連續(xù)梁懸臂施工完成后進(jìn)行合龍段的施工，是懸臂向連續(xù)梁體系轉(zhuǎn)換的過(guò)程，也是大跨度懸臂梁施工難度最大的關(guān)鍵部位，直接影響全橋的安全、質(zhì)量和進(jìn)度?？刂坪淆堎|(zhì)量對(duì)全橋成橋質(zhì)量及運(yùn)營(yíng)使用都十分關(guān)鍵。

本文結(jié)合上海大蘆線航道整治二期工程（閔行浦江段）—跨航道橋梁工程恒南路橋主橋三跨（65 m+107 m+65 m）大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁箱橋具體工程實(shí)例，合理確定合龍工況和現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵工序施工，對(duì)大跨度連續(xù)梁橋合龍控制關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行分析總結(jié)，闡述并總結(jié)合龍控制要點(diǎn)。

1 工程案例

1.1 總體概況

大蘆線航道整治二期工程（閔行浦江段）—跨航道橋梁工程恒南路橋工程主橋結(jié)構(gòu)形式為三跨連續(xù)的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋。主橋總長(zhǎng) 237 m，跨徑布置為65 m+107 m+65 m（見(jiàn)圖 1）。

1.2 主梁結(jié)構(gòu)概況

主梁為單箱單室箱梁，采用 C 50 混凝土并設(shè)置縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力體系。現(xiàn)澆箱梁 0# 節(jié)段長(zhǎng)度為 13 m，對(duì)稱(chēng)懸臂澆筑 11 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)度 3.5～4.5 m，合龍段長(zhǎng) 2 m，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng) 10.4 m。箱梁端部高為 6.4 m，跨中梁高為 3.2 m，由支點(diǎn)端部向跨中呈二次拋物線漸變，如圖 2 所示。

2 大跨度連續(xù)梁橋合龍控制關(guān)鍵問(wèn)題

大跨度連續(xù)梁橋施工涉及 0# 號(hào)塊、標(biāo)準(zhǔn)懸臂段、合龍段施工、體系轉(zhuǎn)換等諸多工序。其中合龍段施工是全橋成橋的關(guān)鍵。合理的合龍順序、合龍端口的高差控制及合龍時(shí)機(jī)選擇與裂縫控制是全橋成橋的重點(diǎn)。

2.1 合龍工況順序的選擇與確定

大跨度連續(xù)梁橋跨度懸臂施工跨度大于等于 3 跨，合龍段施工涉及邊跨合龍、中跨合龍。不同的合龍順序?qū)蛄旱捏w系轉(zhuǎn)換、主梁內(nèi)力變化、主梁位移標(biāo)化都不同，由此帶來(lái)的合龍高差及合龍施工難度也不同。為減小合龍段施工前的端口撓度及施工難度，施工前需結(jié)合工程特性，對(duì)合龍段施工工況及施工順序進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，盡量控制合龍高差在較小的范圍之內(nèi)。

2.2 合龍高差控制

合龍段兩端端口高差控制，是合龍前需滿足的最基本的要求。由于涉及懸臂節(jié)段多工況、體系轉(zhuǎn)換、臨時(shí)約束解除等影響，合龍段高差控制也是難點(diǎn)。當(dāng)高差過(guò)大時(shí)，也需采取壓重等多種手段控制端口高差。

2.3 合龍時(shí)機(jī)及裂縫控制

主梁合龍前，兩端口處于懸臂狀態(tài)，混凝土主梁在溫度作用下熱脹冷縮，結(jié)合混凝土耐壓不耐拉的特性，為減小合龍溫度影響帶來(lái)的裂縫，要求合龍段混凝土澆筑控制在夜間溫度較低時(shí)段進(jìn)行。且合龍端口處于懸臂狀態(tài)，混凝土澆筑過(guò)程為避免兩端變形對(duì)混凝土澆筑過(guò)程中產(chǎn)生不利影響，從而產(chǎn)生裂縫，合龍前也需對(duì)端口做到適度的臨時(shí)鎖定與約束，以控制合龍段澆筑混凝土帶來(lái)變形裂縫影響。

3 合龍工況確定及驗(yàn)算

3.1 主梁全橋建模分析［1］

圖1 工程總體結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

圖2 主梁結(jié)構(gòu)縱斷面圖（單位：mm）

圖3 主橋成橋狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖

圖4 主橋上部結(jié)構(gòu)施工主要流程圖

為確保橋梁施工過(guò)程中的安全，委托第三方橋梁監(jiān)控單位采用 Midas Civil 專(zhuān)業(yè)軟件對(duì)全橋各施工階段進(jìn)行建模分析驗(yàn)算，建立全橋空間桿系單元，同時(shí)充分考慮不同施工工況下的邊界條件。主梁共劃分 100 個(gè)單元，按現(xiàn)場(chǎng)及設(shè)計(jì)合理設(shè)置邊界條件，三維整體模型如圖 3 所示。

3.2 主橋施工總體流程

連續(xù)梁懸臂澆筑施工工序繁多，主橋施工流程如圖 4 所示。

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

結(jié)合施工流程，通過(guò)模型對(duì)各施工階段進(jìn)行受力分析，在采用先邊跨后中跨合龍施工時(shí)，邊跨合龍段端口及中跨合龍段端口合龍澆筑施工前，端口理論計(jì)算相對(duì)高差及絕對(duì)高差很?。ㄒ?jiàn)圖 5），最大為 15 mm＜20 mm，滿足合龍端口高差要求。故對(duì)三塊連續(xù)梁采用先邊跨后中跨合龍施工較為合理。

圖5 主梁合龍工況前后變形圖（單位：mm）

4 合龍施工控制關(guān)鍵技術(shù)

4.1 主梁合龍端口施工測(cè)量控制

合龍前，合龍段端口的絕對(duì)高程和相對(duì)高差是合龍前控制得當(dāng)?shù)囊粋€(gè)重要參數(shù)指標(biāo)。測(cè)量控制時(shí)，由于一般橋梁跨度較大。在連續(xù)梁懸臂段施工時(shí)，往往各懸臂定位都是利用臨近的 T 構(gòu)橋墩作為基點(diǎn)進(jìn)行控制測(cè)量。對(duì)于合龍兩端口的引用控制基點(diǎn)不一的情況，當(dāng)控制基點(diǎn)之間存在誤差時(shí)，若采用不同的基點(diǎn)將會(huì)增大合龍兩端口的實(shí)際高差，為此要求合龍端口或至臨近合龍端口的定位測(cè)量需采用同一控制基點(diǎn)進(jìn)行測(cè)控，這樣能避免由于基點(diǎn)間誤差帶來(lái)的不利影響。當(dāng)合龍端口相對(duì)高差＜20 mm 時(shí)，方可合龍。

4.2 合龍端口的臨時(shí)鎖定控制技術(shù)

由于合龍端口處于懸臂狀態(tài)，為避免兩端變形對(duì)混凝土澆筑過(guò)程中產(chǎn)生不利影響，從而產(chǎn)生裂縫，合龍前對(duì)端口做到適度的臨時(shí)鎖定與約束，以控制合龍段兩端口相對(duì)位移及錯(cuò)動(dòng)帶來(lái)澆筑混凝土變形裂縫的不利影響。合龍段鎖定本工程采用剛性勁性骨架支撐和張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力共同鎖定［2］（見(jiàn)圖 6），用剛性勁性骨架支撐抵抗混凝土升溫時(shí)產(chǎn)生的壓力，用預(yù)應(yīng)力抵抗降溫時(shí)產(chǎn)生的拉力形成既承壓又抗拉體系。臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束鎖定（見(jiàn)圖 7）利用結(jié)構(gòu)永久預(yù)應(yīng)力鋼束，一般采用底板鋼束預(yù)拉，本背景工程實(shí)際采用 SB1、MB1、ST2，張拉控制應(yīng)力為 50 % 張拉應(yīng)力。

圖6 合龍段剛性+預(yù)應(yīng)力鎖定示意圖

圖7 合龍段剛性勁性骨架鎖定結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

勁性骨架施工前，注意需在兩端的 11# 節(jié)段端口預(yù)埋鋼板以焊接勁性骨架，結(jié)合箱梁結(jié)構(gòu)，對(duì)單箱單室箱梁兩腹板位置頂板和底板設(shè)置 4 根格構(gòu)式勁性骨架。骨架加工時(shí)其水平桿和斜撐安裝過(guò)程中，一端作為固定端焊接固定，另一端設(shè)置為調(diào)節(jié)端以適應(yīng)合龍兩端口懸臂端的伸縮變化影響。為保證勁性骨架強(qiáng)度和剛度所有焊縫需滿焊，在張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼束前，勁性骨架固定鎖定。

4.3 主梁邊跨合龍施工控制［3］

邊跨合龍作為主梁合龍節(jié)段施工的開(kāi)端，其合龍段施工的成敗，既影響邊跨的施工又對(duì)后續(xù)中跨及全橋合龍產(chǎn)生重要影響，意義十分重大。

通常邊跨合龍兩端口，一端處于標(biāo)準(zhǔn)的最大懸臂狀態(tài)、臨引橋一端為支架現(xiàn)澆梁體。支架現(xiàn)澆段相對(duì)穩(wěn)定，懸臂段由于受溫度、掛籃、風(fēng)的外荷載結(jié)構(gòu)處于懸臂機(jī)動(dòng)狀態(tài)。為盡快進(jìn)行邊跨合龍，減小懸臂段不利工況的風(fēng)險(xiǎn)，采用利用邊跨懸臂段掛籃直接前移搭設(shè)到現(xiàn)澆段合理掛籃模板結(jié)構(gòu)進(jìn)行邊跨合龍。由于現(xiàn)澆段端口下部臨時(shí)支架影響，掛籃前移前需適當(dāng)拆除影響掛籃前移的臨時(shí)支架（見(jiàn)圖 8）。

邊跨合龍主要施工步驟為：

1）施工 13、14 # 墩至最大懸臂 11# 塊，張拉、壓漿，邊跨掛籃后退至 10# 節(jié)段，搭設(shè)陸上滿堂支架；合龍段滿堂支架構(gòu)造同現(xiàn)澆段。

2）鋪設(shè)合龍段底模，立模、綁扎鋼筋和安裝預(yù)應(yīng)力架立鋼筋、固定預(yù)應(yīng)力管道。

3）邊跨合龍端口高差滿足要求后，進(jìn)行邊跨合龍段勁性骨架焊接鎖定和張拉邊跨合龍段底板的臨時(shí)縱向預(yù)應(yīng)力束。

圖8 邊跨合龍段滿堂支架側(cè)面圖（單位：mm）

4）澆筑邊跨合龍段混凝土，養(yǎng)護(hù)，待邊跨合龍段混凝土達(dá)到強(qiáng)度后張拉邊跨合龍段混凝土永久預(yù)應(yīng)力。

5）在拆除主墩 13#、P 14# 墩臨時(shí)固結(jié)前拆除邊跨現(xiàn)澆段支架，將梁落在支座上，解除主墩活動(dòng)支座臨時(shí)鎖定，完成橋梁的第一次體系轉(zhuǎn)換。

4.4 主梁中跨合龍施工控制

中跨合龍兩端口都處于懸臂狀態(tài)，由于結(jié)構(gòu)及邊界都處于對(duì)稱(chēng)狀態(tài)，為控制合龍端口的相對(duì)高差?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)宜控制兩端口變形量相等，兩端荷載控制盡量相等平衡。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)中跨合龍段兩端掛籃同步前移時(shí)會(huì)碰頭的情況，現(xiàn)場(chǎng)前移中跨一只掛籃至合龍段，后退另一只掛籃至 10# 塊。為盡量控制兩端荷載平衡，在掛籃后退一側(cè)適當(dāng)配置水箱壓重（見(jiàn)圖 9）。具體壓重根據(jù)掛籃的站位情況和兩中跨懸臂端的高差實(shí)施。具體措施如下。

圖9 中跨合龍掛籃及壓重水箱布置位置圖

1）合龍段混凝土的配合比為減少裂縫，可適當(dāng)使用早強(qiáng)混凝土，由于微膨脹混凝土對(duì)現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)生要求極高，合龍段混凝土不宜采用微膨脹混凝土。

2）合龍混凝土澆筑施工綜合考慮溫度和運(yùn)輸影響，選擇在溫度較低的夜間進(jìn)行澆筑合龍。根據(jù)每天溫度變化，本工程選擇夜間 22 點(diǎn)進(jìn)行勁性骨架的鎖定焊接，24 點(diǎn)開(kāi)始澆筑混凝土至凌晨 2 點(diǎn)結(jié)束，澆筑完成后及時(shí)做好對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)。

3）合龍段混凝土在澆筑過(guò)程中，應(yīng)同時(shí)對(duì)稱(chēng)卸載；卸載的配重量等于混凝土澆筑量，根據(jù)混凝土供應(yīng)方量，每車(chē)料為 5 m3，4 車(chē)料可完成澆筑，水量也分四次排除，即每車(chē)料勻速放 0.25 m 高的水。

4）合龍段混凝土澆筑后，需安排專(zhuān)人進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，使混凝土保持濕潤(rùn)，梁頂面進(jìn)行土工布覆蓋避免日照直射；混凝土內(nèi)外溫差控制在 22 ℃ 以內(nèi)，防止裂縫的產(chǎn)生。

5）中跨合龍段混凝土澆筑好達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，將中跨臨時(shí)縱向預(yù)應(yīng)力束補(bǔ)張拉到設(shè)計(jì)張拉力，同時(shí)對(duì)稱(chēng)張拉中跨合龍段橫、豎向預(yù)應(yīng)力束，完成全橋體系的最終的轉(zhuǎn)換。

5 合龍實(shí)施效果

通過(guò)前期合理的分析模擬計(jì)算，合龍過(guò)程中合理的合龍順序選擇、合龍時(shí)機(jī)選擇、臨時(shí)鎖定、合龍端口的高差控制及體系轉(zhuǎn)換確保了主橋的最終順利合龍成橋，并控制合龍段端口相對(duì)高差在 20 mm 之內(nèi)。

6 結(jié)語(yǔ)

本文以上海大蘆線航道整治二期工程（閔行浦江段）—跨航道橋梁工程恒南路橋主橋三跨（65 m+107 m+65 m）大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁箱橋?yàn)楸尘肮こ蹋Y(jié)合該橋合龍工況和現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵工序施工，對(duì)大跨度連續(xù)梁橋合龍控制關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，同時(shí)兼顧實(shí)際施工的工況銜接，做到安全、經(jīng)濟(jì)、合理。主要成果如下。

1）針對(duì)大跨度連續(xù)梁橋合龍控制關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)和分析，并對(duì)合龍段高差控制、裂縫控制等難點(diǎn)進(jìn)行了針對(duì)性分析，確保了合龍段施工質(zhì)量。

2）結(jié)合 Midas Civil 專(zhuān)業(yè)軟件通過(guò)前期合理工序模擬分析，確定了合龍段施工的合理工況和施工順序。

3）對(duì)合龍工程中的合龍端口鎖定控制、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際掛籃合龍荷載控制、合龍段混凝土澆筑控制要點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，確保了合龍段施工的安全和質(zhì)量。