預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工方法概述

楊林杰 曹占林

1. 中鐵七局集團(tuán)鄭州工程有限公司 河南 鄭州 450001；2. 鄭州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院 河南 鄭州 450001

引言

連續(xù)梁橋因其地形適用性強(qiáng)、施工方法成熟、結(jié)構(gòu)受力性能好、變形小、行車平順舒適、養(yǎng)護(hù)方便、抗震性能好等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用[1]?？鐝椒秶蓮?0～40m的小跨徑橋直到200～300m的大跨徑橋，無論是在高速公路、高架橋、鐵路橋、山谷高架棧橋，還是跨河跨江的大橋，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋都扮演著重要的角色。

不同的橋梁施工方法會影響其結(jié)構(gòu)的內(nèi)力以及變形狀況，根據(jù)不同的橋梁結(jié)構(gòu)選擇合適的施工方法，可以使橋梁的受力狀態(tài)達(dá)到最佳。對于同種結(jié)構(gòu)形式的橋梁而言，也可選用不同的施工方法進(jìn)行施工。滿堂支架現(xiàn)澆法、懸臂施工法、簡支變連續(xù)施工法、逐孔施工法以及頂推施工法是現(xiàn)有的連續(xù)梁橋常用的施工方法。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工方法

1.1 滿堂支架現(xiàn)澆法

滿堂支架現(xiàn)場澆筑法(又稱支架整體現(xiàn)澆法) 是最原始、最基本的施工方法，歷史悠久。滿堂支架現(xiàn)澆法的施工步驟是在橋下搭設(shè)支架、在支架平臺上安裝模板，綁扎并安裝鋼筋骨架，預(yù)留孔道，現(xiàn)場澆筑混凝土，最后施加預(yù)應(yīng)力，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度之后再拆除模板和支架。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋采用滿堂支架就地澆筑法施工時(shí)，需要在連續(xù)梁橋的每一聯(lián)均布設(shè)支架，一聯(lián)施工完成后，整聯(lián)卸掉支架。橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中不存在結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，因此不會產(chǎn)生恒載徐變二次矩[2]。支架現(xiàn)澆施工法雖然有穩(wěn)定性好、施工方便、無結(jié)構(gòu)體系變化等優(yōu)勢，但是在滿堂支架施工過程中需要用到大量的模板和支架，并且支架搭設(shè)時(shí)間比較長，會影響河道通航。因此，這種施工方法一般用于小跨徑橋梁或交通不便的邊遠(yuǎn)地區(qū)采用近年來，隨著橋梁結(jié)構(gòu)的發(fā)展，大批臨時(shí)鋼構(gòu)件和萬能桿件的使用，出現(xiàn)了一些比較復(fù)雜的混凝土結(jié)構(gòu)，如：變寬的異型橋、彎橋等。通過對施工方法的難易程度、工期和經(jīng)費(fèi)等方面進(jìn)行比較之后，也會在大中跨徑彎橋中應(yīng)用此方法。

支架雖然是橋梁施工時(shí)的臨時(shí)構(gòu)件，但要承受橋梁傳遞下來的大量施工恒載，因此需要保證其具備一定的強(qiáng)度和剛度。并且支架要有穩(wěn)固的基礎(chǔ)，牢靠的構(gòu)建連接，以及大量的橫向、縱向、斜向的連接桿件，這些構(gòu)件將支架聯(lián)結(jié)成為整體。支架由于受到上部傳遞下來的荷載力會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)下?lián)犀F(xiàn)象，因此支架在安裝前要計(jì)算并設(shè)置一定的預(yù)拱度，來抵消一部分變形，從而使橋梁結(jié)構(gòu)的外形和標(biāo)高合乎設(shè)計(jì)規(guī)范。同時(shí)，為避免主梁部位出現(xiàn)局部受力，應(yīng)勻稱地布設(shè)落架設(shè)施。在采用支架施工法建造預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面連續(xù)梁橋時(shí)，一般有兩種澆筑混凝土的方法。其一是水平分層澆筑，也就是說先澆筑具有承載力的底板，具有一定強(qiáng)度之后開始澆筑腹板，腹板達(dá)到一定強(qiáng)度之后再澆筑頂板。如果需要澆筑混凝土過多時(shí)，可以將各部位分解成塊，選擇多次澆筑的方式成型。其二是分段施工法，根據(jù)施工情況劃分梁段，進(jìn)行分段澆筑，梁段之間通過連接縫連接，連接縫間距為20～45m， 寬度取值1m，此處通常是梁彎矩較小的梁段，等到各區(qū)域梁段混凝土澆筑結(jié)束之后，通過接縫處將兩梁段合攏。

滿堂支架施工方法的主要特點(diǎn)有：

（1）橋梁的整體性較好，施工過程平穩(wěn)可靠，平面線形和豎曲線形易于控制，施工時(shí)無須大型起重設(shè)備；

（2）施工過程中沒有進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，便不會引起恒載徐變次彎矩，內(nèi)力計(jì)算相對簡單；

（3）對于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋整體，通過集中張拉預(yù)應(yīng)力鋼束可以簡化梁段的構(gòu)造，施工方便；

（4）施工過程中需要用到大量的支架，在跨河大橋施工時(shí)必將會影響河道的航運(yùn)，支架還會受到水流、漂浮物等的撞擊；

（5）支架施工法施工周期較長、成本較高，施工場地較大。

1.2 懸臂施工法

懸臂澆筑法適用于建造橋梁的上部構(gòu)造，掛籃為支撐系統(tǒng)，掛籃經(jīng)過行走前移，以施工完成的零號塊為出發(fā)點(diǎn)，開始對稱地向兩側(cè)跨中區(qū)域逐塊地澆筑混凝土，等到已經(jīng)澆筑完的混凝土強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)后，開始對預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行張拉，之后進(jìn)行孔道內(nèi)壓漿，再前移掛籃，澆筑下一段混凝土，直到跨中合龍，形成完整的橋梁結(jié)構(gòu)。懸臂施工法有懸臂澆筑法和懸臂拼裝法兩種，其中，懸臂澆筑法是指對稱地在0號塊墩兩側(cè)澆筑混凝土，待混凝土形成一定強(qiáng)度，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉，然后移動施工機(jī)具、模板繼續(xù)下一段的施工，直至跨中合龍。懸臂拼裝法則是將提前預(yù)制好的混凝土橋梁節(jié)段塊件，從0號塊墩兩側(cè)依次對稱地安裝節(jié)段梁塊，之后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉，此時(shí)懸臂端不斷延長，直到合攏。懸臂澆筑施工的每一節(jié)梁段需要承受來自自身的重量、施工中人材機(jī)等荷載，以及后期各梁段澆筑施工中所產(chǎn)生的荷載。因此，為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的平衡與穩(wěn)定，需要準(zhǔn)確保持兩側(cè)懸臂對稱澆筑施工[3-5]。

當(dāng)采用懸臂施工法施工時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)此時(shí)的受力狀態(tài)為剛構(gòu)懸臂梁，當(dāng)跨中合龍之后，橋梁結(jié)構(gòu)此時(shí)形成連續(xù)梁。由于連續(xù)梁橋會在施工過程中進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，因此，橋梁結(jié)構(gòu)在最初設(shè)計(jì)的時(shí)候要充分考慮施工過程中的應(yīng)力狀態(tài)變化，以及因結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)次內(nèi)力。懸臂施工時(shí)通常選用變截面梁，因?yàn)樽兘孛媪菏┕r(shí)與服役時(shí)的受力狀況比較契合。連續(xù)梁橋在進(jìn)行懸臂施工時(shí)有一個特點(diǎn)，那就是墩梁之間處于鉸接狀態(tài)而不能承受彎矩作用，因此，懸臂施工時(shí)需要臨時(shí)固結(jié)墩和梁，直到有一端合龍，橋梁結(jié)構(gòu)形成連續(xù)梁，再恢復(fù)結(jié)構(gòu)的原始狀態(tài)。懸臂澆筑法施工多應(yīng)用在60～150m跨徑的連續(xù)橋梁中，150m以上跨徑的連續(xù)梁橋中較少采用，因?yàn)楦罂缍鹊倪B續(xù)梁橋需要特別大噸位的橋梁支座，但支座不僅壽命較短，養(yǎng)護(hù)和更換也比較困難。

懸臂澆筑法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工時(shí)，特點(diǎn)比較明顯：

（1）懸臂澆筑法施工時(shí)，連續(xù)梁橋在施工時(shí)和成橋后的結(jié)構(gòu)受力狀況相似，比如：預(yù)應(yīng)力筋不僅在施工時(shí)進(jìn)行張拉受力，成橋后還是橋梁結(jié)構(gòu)的受力鋼筋[6]。

（2）懸臂施工法是無支架施工方法，不會阻斷河道通航，施工不受季節(jié)、河道水位的影響，建設(shè)城市立交時(shí)也不會阻斷交通，不會阻礙橋下空間的使用，還適用于深山峽谷之間建橋。

（3）有利于縮短工期。懸臂施工時(shí)可同時(shí)施工幾個橋墩，每個橋墩又有兩個工作面，每個工作面獨(dú)立操作、互不干擾，可大大加快施工進(jìn)度。

（4）分段施工可以便捷地修建變高度梁，進(jìn)而可以建造多樣化布置、構(gòu)造美觀的連續(xù)梁橋。

（5）掛籃由于結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用，懸臂澆筑混凝土既不用大型的起吊設(shè)備，也不用滿布支架，大大節(jié)約了施工成本。

1.3 簡支變連續(xù)施工法

相對于一次落架施工法來說，選用簡支變連續(xù)施工法的單位工程造價(jià)要低得多，結(jié)構(gòu)體系良好。由于施工的裝配化和標(biāo)準(zhǔn)化，簡支變連續(xù)施工法的施工周期較短，廣泛應(yīng)用于中小跨徑橋梁。簡支變連續(xù)施工法就是先架設(shè)預(yù)制主梁形成簡支梁，然后在內(nèi)支座區(qū)域現(xiàn)澆濕接縫混凝土，再張拉墩頂?shù)闹髁侯A(yù)應(yīng)力鋼束形成連續(xù)梁體系[7]。

簡支變連續(xù)結(jié)構(gòu)體系具有以下特點(diǎn)：

（1）采用預(yù)制簡支梁段與現(xiàn)場澆筑墩頂連續(xù)段相結(jié)合的施工方法，有利于把控梁體的質(zhì)量，節(jié)省模板，縮短工期。

（2）簡支變連續(xù)結(jié)構(gòu)受力體系為一期恒載按照簡支梁傳力，活載和二期恒載按照連續(xù)梁傳力，降低了基礎(chǔ)沉降帶來的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力的影響[8]。

（3）簡支梁采用預(yù)制大大降低了混凝土因收縮徐變而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)次內(nèi)力。

（4）施工過程中不需要大型的機(jī)械設(shè)備和大量腳手架，進(jìn)一步降低了工程造價(jià)。

（5）簡支變連續(xù)結(jié)構(gòu)具備著連續(xù)梁橋的優(yōu)點(diǎn)，減少了伸縮縫的數(shù)量，提高了行車舒適性。

根據(jù)其受力特點(diǎn)可以將簡支變連續(xù)法施工的橋梁結(jié)構(gòu)分為簡支梁預(yù)制階段和連續(xù)梁形成階段[9]。在簡支梁的預(yù)制階段，連續(xù)梁承受著自身重量和一期的預(yù)應(yīng)力荷載作用?，F(xiàn)澆濕接縫混凝土后，簡支梁端部現(xiàn)澆混凝土與負(fù)彎矩區(qū)的張拉預(yù)應(yīng)力相結(jié)合形成連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，形成的連續(xù)梁體結(jié)構(gòu)承受著二期恒載、二期預(yù)應(yīng)力荷載和活載的作用。成橋后墩頂處的負(fù)彎矩比同等滿堂支架的現(xiàn)澆連續(xù)梁小，跨中處的正彎矩比對應(yīng)簡支梁小，一定程度上降低了彎矩的峰值[10]。簡支梁在施工過程中梁體是靜定結(jié)構(gòu)，雖然存在混凝土的收縮徐變效應(yīng)而引起的變形，但此時(shí)不會產(chǎn)生次內(nèi)力。支座雖然有些許不均勻沉降但也不會引起附加內(nèi)力。當(dāng)形成連續(xù)梁結(jié)構(gòu)體系后，前期混凝土產(chǎn)生徐變效應(yīng)，后期混凝土產(chǎn)生收縮效應(yīng)，前后期混凝土變化不同步，變形受到約束，進(jìn)而導(dǎo)致收縮徐變次內(nèi)力[11]。梁體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀況跟隨時(shí)間在不斷變化的同時(shí)，梁體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力也會重分布。

1.4 逐孔施工法

顧名思義，逐孔施工法是從橋梁的某一側(cè)出發(fā)，采用一套施工設(shè)備或一、二孔施工支架逐孔進(jìn)行施工，循環(huán)前進(jìn)，直到施工完成的施工方法[12]。逐孔施工法有幾種常用的類型：整孔吊裝或分孔吊裝逐孔施工、節(jié)段逐孔施工和移動模架法等。

逐孔現(xiàn)澆施工與支架現(xiàn)澆施工的區(qū)別是：逐孔現(xiàn)澆施工法是只在一個橋跨里設(shè)置支架，等到張拉預(yù)應(yīng)力筋完成后，再將支架移至下一跨進(jìn)行施工，而支架現(xiàn)澆施工法則是通過滿布的方式在一聯(lián)橋跨中全部布設(shè)支架進(jìn)行連續(xù)施工，因此，在逐孔現(xiàn)澆施工過程中，跨與跨之間轉(zhuǎn)換時(shí)會發(fā)生受力體系轉(zhuǎn)換問題，同時(shí)混凝土?xí)l(fā)生收縮徐變進(jìn)一步引起結(jié)構(gòu)次內(nèi)力。逐孔施工法與支架現(xiàn)澆施工法相比，只在一跨里布設(shè)支架，進(jìn)而支架的使用量大大減少，支架在跨與跨之間轉(zhuǎn)移使周轉(zhuǎn)次數(shù)增多，利用效率提高，且施工過程中不需要大型的起吊設(shè)備，橋梁結(jié)構(gòu)上下部分同時(shí)展開施工，極大地縮短了施工工期，但這種施工方法僅適用于中等跨徑或者結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單的等高度連續(xù)梁橋。

1.5 頂推施工法

頂推施工法是指將沿橋梁縱軸方向上的后臺設(shè)置為預(yù)制場地，分節(jié)段預(yù)制梁體，然后將預(yù)制好的梁段和預(yù)應(yīng)力筋組成整體，通過千斤頂將梁體向前頂推到預(yù)先設(shè)計(jì)好的位置，之后預(yù)制下一節(jié)段梁，循環(huán)施工，直到結(jié)束[13]。采用頂推施工法施工時(shí)，預(yù)制梁體在移動過程中，支點(diǎn)處和跨中處的梁截面應(yīng)力狀況變化比較大，所以施工的梁體截面通常選擇等截面梁。然而梁體結(jié)構(gòu)的自重比較大，因此需要使用摩擦系數(shù)比較小的滑移裝置來進(jìn)行頂推施工。當(dāng)采用頂推施工法進(jìn)行主梁頂推時(shí)，梁體結(jié)構(gòu)內(nèi)力在不斷變化，梁體移動過程中，在支點(diǎn)處的梁截面承受負(fù)彎矩，跨中區(qū)域的梁截面產(chǎn)生正彎矩，即主梁截面的彎矩和剪力會經(jīng)歷正負(fù)彎矩的交替變化。與橋梁服役過程中的主梁內(nèi)力狀況相比，這種施工過程中主梁內(nèi)力不斷變化的狀況顯得更為不利。為了改善這種施工過程中施工內(nèi)力不斷改變的不利狀態(tài)，會在主梁前部外接質(zhì)量較輕的鼻梁，盡管這樣，內(nèi)力計(jì)算值仍然很大。

頂推施工法的施工特點(diǎn)可以歸納為以下幾個方面：

（1）頂推法施工過程平穩(wěn)、無噪聲，可建橋長度較大，施工成本低。頂推施工法不僅可以在山谷、深水和高墩上采用，而且可用于曲率相同的坡橋和彎橋上。

（2）主梁通過分段預(yù)制，提前控制了混凝土的收縮徐變，進(jìn)而建造的橋梁結(jié)構(gòu)整體性較好。

（3）通過統(tǒng)一預(yù)制連續(xù)梁節(jié)段的場地，便于進(jìn)行現(xiàn)場施工管理，以及改善施工環(huán)境。施工過程中的模板和設(shè)備可以來回周轉(zhuǎn)使用，提高了施工機(jī)械的利用率。

（4）由于施工中和服役中主梁的受力變化很大，所以在進(jìn)行截面設(shè)計(jì)和預(yù)應(yīng)力束布設(shè)時(shí)，一定要注意荷載作用對其產(chǎn)生的影響。此外，施工時(shí)可通過設(shè)置臨時(shí)墩和導(dǎo)梁等措施來降低施工過程中的主梁應(yīng)力[14]。

（5）頂推施工法適用于等截面梁施工，當(dāng)建設(shè)大跨徑橋梁時(shí)，選用等截面梁就有點(diǎn)不太合適。因?yàn)榇罂缍鹊牡冉孛娌粌H自重比較大，材料上造成浪費(fèi)，而且施工難度上也會變得很大，因此頂推施工法適用于中等跨徑的連續(xù)梁橋，頂推跨徑建議為40m～45m，橋梁的總長度為500m～600m。

2 結(jié)束語

本文分別對滿堂支架施工法、簡支變連續(xù)施工法、懸臂

施工法、逐孔施工法、頂推施工法這幾種建造連續(xù)梁橋常用的施工方法進(jìn)行了闡述。不同的施工方法適用于不同跨徑和截面形式的連續(xù)梁橋，應(yīng)要根據(jù)實(shí)際施工條件選擇最適合的施工方法。通過施工方法技術(shù)的不斷進(jìn)步、不斷完善，我國的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋必將高質(zhì)量地向前發(fā)展。