基于高墩大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的懸臂合龍技術(shù)

許倩

（邳州市交通工程有限公司，江蘇邳州 221300）

0 引言

懸臂澆筑是大跨連續(xù)梁橋施工常用的一種工藝，該工藝由于無需搭設(shè)支架，不影響交通，常用于跨越江河及繁忙交通線的橋梁施工[1-4]。懸臂澆筑施工中，新澆筑節(jié)段混凝土重量通過掛籃傳遞到已施工完成節(jié)段，新澆筑混凝土硬化后通過張拉預(yù)應(yīng)力筋與已建成部分連接。懸臂施工通常由兩側(cè)同時(shí)施工在跨中合龍，為實(shí)現(xiàn)順利合龍并保證施工過程安全，通常采用施工控制方法，對(duì)橋梁標(biāo)高及預(yù)應(yīng)力開展監(jiān)測(cè)與調(diào)控。

為保證施工質(zhì)量和成型效果，連續(xù)梁的懸臂澆筑工藝需要結(jié)合多方面因素選擇合龍措施，包括項(xiàng)目特色、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、工藝條件以及成本費(fèi)用等[5-6]，從中對(duì)比優(yōu)選出最合適采用的合龍方法，從而保證橋梁受力合理、線形美觀，為后續(xù)橋梁項(xiàng)目的安全使用和工作年限奠定良好的基本條件[7-8]。本文以跨越省道及某內(nèi)河的某雙線連續(xù)梁特大橋?yàn)槔?，從配重?jì)算、內(nèi)模安裝與鎖定以及參數(shù)敏感性分析等角度出發(fā)，并結(jié)合部分檢算結(jié)論，著重對(duì)邊跨直線段的施工順序、支架方案的搭設(shè)等工序要點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性介紹，對(duì)相應(yīng)的合龍控制要點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述，供同類工程參考。

1 工程概況

某工程雙線特大橋采用（60+100+60）m連續(xù)梁跨越省道及某內(nèi)河，墩位為12#、13#、14#、15#。橋梁總長(zhǎng)度約221.5m，中承截面正中心區(qū)域處的橋梁高度約7.835m，距離中心區(qū)域10m且距離邊緣跨線15.75m的區(qū)域橋梁高度約4.835m，橋梁下端呈現(xiàn)二次拋物線的形狀，整個(gè)橋梁分段開展修建?；【€段箱梁選取掛籃懸臂澆筑手段進(jìn)行合龍，直線段長(zhǎng)度約9.75m，選取支架現(xiàn)澆法進(jìn)行施工。整體橋梁有3個(gè)中間接合，邊跨合龍段2個(gè)，中跨合龍段1個(gè)。中跨部分與側(cè)跨部分的合龍段長(zhǎng)度相等，約為2m?？v橫向的預(yù)應(yīng)力體系選取由多根鋼絲絞合構(gòu)成的鋼絞線制品。

2 邊跨合龍段施工技術(shù)

2.1 配重設(shè)計(jì)

2.1.1 14#墩邊跨配重計(jì)算

14#墩中跨側(cè)掛籃模板重心在11#段前端（中心距為41m）。邊跨掛籃模板在12#段前端的情況下（中心距45m），不平衡彎矩具體值如下（單只掛籃重38t）。邊跨側(cè)彎矩M1=380kN×45m=17 100kN·m；中跨側(cè)彎矩M2=380kN×41m=15 580kN·m；不 平 衡 彎 矩M3=M1-M2=1520kN·m。通過計(jì)算可得出，需在中跨側(cè)增加1 520kN·m的彎矩方可保持梁體平衡，折算至11#段（中心距41m）需加載的配重為3.707t。合龍段混凝土方量25.88m3，重67.275t，重量分別作用于直線段及懸臂段端頭位置，懸臂段端頭位置中心距為49m，不平衡彎矩如下：M4=672.75kN/2×49=16 482.375kN·m；折算至11號(hào)段（中心距41m）需加載的配重為40.2t。

綜上所述，14#墩邊跨側(cè)配重量40.2t，中跨側(cè)配重量為40.2+3.707=43.907t。將荷載施加于14#墩邊跨合龍段前，應(yīng)于中跨一側(cè)需完成對(duì)應(yīng)不平衡荷載的加載工作（主要由掛籃模板后退造成），之后才能將配重設(shè)置于兩端。項(xiàng)目實(shí)際中布置的預(yù)壓塊質(zhì)量為1.75t，在該段的邊跨合龍工序中，共需要預(yù)壓塊48塊，其中的中跨、邊跨各需25、23塊。對(duì)邊跨合龍段的受力情況進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，可得到如圖1所示的力學(xué)模型。

2.1.2 13#墩邊跨合龍段配重計(jì)算

圖1 14#墩邊跨合龍段施工受力簡(jiǎn)圖（單位：cm）

合龍段混凝土方量25.88m3，重67.275t，混凝土荷載主要作用在直線段和懸臂段的兩端處，后者端頭處的中心距達(dá)49m，其不平衡彎矩計(jì)算為M4=672.75kN/2×49=16482.375kN·m；折算至11號(hào)段（中心距41m）需加載的配重為40.2t。項(xiàng)目實(shí)際中布置的預(yù)壓塊質(zhì)量為1.75t，在該段的邊跨合龍工序中，共需要預(yù)壓塊46塊，中跨、邊跨各23塊。

2.1.3 邊跨合龍段配重加載及卸載

在完成邊跨合龍段的模板支設(shè)工作后，按照事先獲得的配重?cái)?shù)據(jù)開展加載，在這之前應(yīng)當(dāng)完成對(duì)應(yīng)不平衡彎矩的加載工作（主要由不平衡荷載造成），然后借助于塔吊，對(duì)稱施加荷載于邊跨及中跨側(cè)。配重塊均安裝在11#段頂板范圍。澆筑1m3混凝土卸載的重量為1.554t。預(yù)壓塊單塊重量為1.75t，卸載一塊預(yù)壓塊必須澆筑1.13m3混凝土。在現(xiàn)場(chǎng)開展卸載時(shí)，應(yīng)當(dāng)綜合考慮混凝土澆灌速度進(jìn)行合理調(diào)整。糾偏用的配重塊在合龍段施工結(jié)束后暫不進(jìn)行卸載。完成卸載的配重塊統(tǒng)一外運(yùn)至橋下碼放。

2.2 內(nèi)模安裝與鎖定

在合龍段底板處與支架底部連接固定，采用直徑20mm的鋼筋支撐于鋼管底。以點(diǎn)焊的方式連接支撐筋與網(wǎng)片，并將頂托支撐布置于鋼管柱頂，鋼管立柱與頂托之間必須保證垂直。邊跨現(xiàn)澆段及13號(hào)塊端部箱內(nèi)腹板底倒角兩側(cè)如圖2所示。

圖2 合龍段立面圖

3 吊架合龍工藝分析

3.1 工藝原理

采用吊架工藝時(shí)，主要原理是借助掛籃的一些構(gòu)件形成吊掛體系，以此開展中跨合龍段的施工。實(shí)施中，先移動(dòng)掛籃至合龍?zhí)?，以掛籃底模作為澆筑段底模，再通過預(yù)留孔于梁體頂?shù)装逄幍踝旎@下橫梁，并在頂板處提吊側(cè)模，以此形成模板體系。

3.2 操作要點(diǎn)

（1）吊架就位。在中跨合龍段處拆除一側(cè)掛籃，并將另一側(cè)多余的配件一起拆除，保留底模體系與提吊構(gòu)件。將掛籃移至合龍?zhí)帲ㄟ^梁體上的預(yù)留孔，使掛籃底模連接固定在頂?shù)装迳?，同時(shí)將側(cè)模板提吊于腹板處。再依次完成鋼筋綁扎、預(yù)應(yīng)力筋穿束工作以及灌漿孔道鋪設(shè)，然后在梁體頂板處固定內(nèi)模，最后澆筑合龍段混凝土。吊架結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 吊架合龍示意圖

（2）配重及勁性骨架焊接。由于在邊跨合龍時(shí)，中跨的配重已經(jīng)安放，故此中跨配重采用邊跨配重時(shí)留下的水袋即可。其余操作要點(diǎn)基本與雙掛籃合龍工藝相同。

4 參數(shù)敏感性分析

4.1 懸臂施工狀態(tài)下的參數(shù)敏感性分析

在橋梁開展懸臂施工過程中，通過主體部位的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和懸臂梁自重，選取最不利受力工況進(jìn)行計(jì)算分析。在該橋選用單T懸臂修建期間，主體截面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的改變極大地影響著橋體受力。因此，考慮將變量設(shè)定為1#墩單T懸臂模型中的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。若該值提升10%幅度，獲得相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力、徐變系數(shù)等參數(shù)，及混凝土容重、彈模等信息，并獲得其相較于撓度的有關(guān)改變數(shù)值，如圖4，顯示出了不同設(shè)計(jì)變量條件下導(dǎo)致的撓度誤差。連續(xù)梁懸臂施工期間，懸臂梁的撓度不隨徐變系數(shù)的改變而發(fā)生較大的改變，基本保持穩(wěn)定數(shù)值。通過撓度誤差研究可知，在各種因素的作用下，撓度誤差最大位于前端?；炷翉椥阅Ａ颗c徐變系數(shù)不是導(dǎo)致橋體軸向出現(xiàn)一定程度撓度誤差的關(guān)鍵，且徐變系數(shù)基本不會(huì)引起懸臂梁豎向位移的改變。對(duì)比預(yù)應(yīng)力和混凝土自身重量，混凝土彈性模量與徐變系數(shù)這兩個(gè)因素對(duì)梁體撓度的影響程度不大。此外，如果要產(chǎn)生徐變位移，通常需要有長(zhǎng)時(shí)間的累積過程，但由于懸臂梁的修建過程較短，因此就修建的全部過程而言，徐變效應(yīng)對(duì)梁體撓度的作用程度不高。

圖4 最大懸臂狀態(tài)下模型參數(shù)與撓度關(guān)系

4.2 合龍成橋狀態(tài)下的參數(shù)敏感性分析

在整體橋體合龍完畢后，在相應(yīng)機(jī)械裝置均已撤離現(xiàn)場(chǎng)的狀況下，依次開展合龍狀態(tài)撓度的影響因素，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，涉及因素具體包括徐變系數(shù)、預(yù)應(yīng)力以及混凝土彈模與容重，進(jìn)而得出每個(gè)數(shù)據(jù)狀況時(shí)的撓度偏差，見圖5。

圖5 參數(shù)變化時(shí)的撓度偏差分析

通過圖5可得出連續(xù)梁合龍情況下每個(gè)設(shè)計(jì)變量導(dǎo)致的撓度誤差，可以看出預(yù)應(yīng)力和混凝土容重對(duì)撓度的影響特別明顯，且在兩者的影響下，撓度誤差出現(xiàn)最大的時(shí)間處于兩者影響最嚴(yán)重時(shí)期。除此兩方面影響外，混凝土彈性模量變化及徐變系數(shù)對(duì)撓度變化的影響較小。在實(shí)際工程修建中，混凝土彈性模量和徐變系數(shù)產(chǎn)生作用的時(shí)間比合龍時(shí)間更長(zhǎng)，由此從根本上減少了該兩個(gè)因素的影響程度。

在控制連續(xù)梁懸臂修筑的過程時(shí)，為控制預(yù)應(yīng)力施加精度，應(yīng)定期檢查張拉裝置的精確性，強(qiáng)化錨固牢固程度，減小管道所受的摩阻力。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土彈模，張拉鋼絞線前嚴(yán)控混凝土強(qiáng)度和彈模；在每個(gè)施工階段結(jié)束后，對(duì)照方案設(shè)計(jì)線形和實(shí)際施工誤差，為懸臂施工節(jié)段的立模標(biāo)高提供依據(jù)。

5 施工控制關(guān)鍵技術(shù)

橋梁施工具有顯著的時(shí)效特點(diǎn)，即混凝土材料特性、結(jié)構(gòu)體系、施工荷載、環(huán)境溫度等隨時(shí)間改變。設(shè)計(jì)參數(shù)偏差、施工誤差、測(cè)量誤差等內(nèi)外部因素的影響下，造成橋梁施工過程中的實(shí)際狀態(tài)不可能與預(yù)測(cè)完全一致。盡管設(shè)計(jì)圖紙中會(huì)給出施工階段的變形值及預(yù)拱度，但影響施工的參數(shù)以及施工質(zhì)量無法提前預(yù)知，設(shè)計(jì)取值與現(xiàn)實(shí)會(huì)存在一定的偏差，這些參數(shù)只有在施工過程中通過施工監(jiān)測(cè)才能準(zhǔn)確地獲得，施工過程中如不控制設(shè)計(jì)參數(shù)偏差和施工誤差，積累后將引起梁體受力狀況和整體線形存在不合理現(xiàn)象，不符合設(shè)計(jì)要求。因此，必須對(duì)橋梁進(jìn)行過程控制。

橋梁施工控制技術(shù)是通過反饋-監(jiān)測(cè)-評(píng)估-控制環(huán)節(jié)對(duì)施工橋梁的內(nèi)力、變形、穩(wěn)定性進(jìn)行管控，在實(shí)現(xiàn)橋梁成型的基礎(chǔ)上保證施工安全和橋梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)處于最優(yōu)，保證橋梁線形以及受力狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求。結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)類型、施工特點(diǎn)確定橋梁施工控制主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

（1）施工仿真模擬與施工狀態(tài)預(yù)測(cè)，根據(jù)初步擬定的施工方案，開展全過程仿真分析，確定每個(gè)工況下主梁變形及截面內(nèi)力情況。

（2）開展施工監(jiān)測(cè)，施工過程中在控制位置安裝傳感器及變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)主要工況為完成后進(jìn)行主要內(nèi)力及變形測(cè)量，掌握橋梁真實(shí)受力狀態(tài)。

（3）偏差分析與參數(shù)識(shí)別，將實(shí)測(cè)值與理論預(yù)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)存在的偏差進(jìn)行分析，找到造成偏差原因，確定調(diào)控指標(biāo)及調(diào)控量。

（4）偏差預(yù)測(cè)與施工調(diào)控，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)后續(xù)施工偏差進(jìn)行預(yù)測(cè)，

（5）施工狀態(tài)預(yù)測(cè)與施工調(diào)控，在理論預(yù)測(cè)、偏差分析、偏差預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行下一節(jié)段施工狀態(tài)預(yù)測(cè)，確定施工調(diào)控措施，保證控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

大跨度連續(xù)梁橋合龍段施工是掛籃懸臂澆筑施工中最重要的環(huán)節(jié)。合龍段混凝土的質(zhì)量容易受到晝夜溫差、早期收縮、內(nèi)部溫度、收縮徐變、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換和外力的影響。通過合理采用配重設(shè)計(jì)、平衡設(shè)計(jì)等施工工藝，可大幅降低不利施工因素的影響，有效控制合龍段的施工質(zhì)量。同時(shí)，輔以合理的施工監(jiān)測(cè)方案，能有效監(jiān)測(cè)并及時(shí)調(diào)整橋梁合龍段的受力狀態(tài)，保證橋梁合龍施工的安全。