組合梁橋頂升過程施工技術研究

【摘要】鋼-混組合梁橋在簡支變連續的過程中，在墩頂澆筑橋面板混凝土時，在墩頂通過頂、落梁施工工藝來減少甚至抵消成橋階段墩頂負彎矩，從而達到延長結構使用壽命和保證運營階段橋梁的使用安全性。但是在頂升過程中，有很多需要注意的控制因素以及監測參數。本文就以在建的港珠澳大橋淺水區非通航孔橋為實例，對鋼梁頂升過程一些注意事項進行簡單闡述。

【關鍵詞】組合梁；頂升

1 概述

鋼箱—混凝土梁是一種能有效地推遲或避免受壓區鋼板局部屈曲以充分利用鋼材強度， 又能發揮和改善混凝土受壓性能的新型組合截面梁???[1]。鋼梁形式包括工字鋼、槽鋼以及箱形鋼梁。混凝土與鋼梁之間用剪切連接件連接，使混凝土板與鋼梁組合在一起，整體共同工作形成組合梁[2]。在橋梁建設中，組合梁由于其力學性能優越，經濟效果明顯，施工方便，在各種橋型中被廣泛運用。

組合梁橋之所以有良好的受力性能，就是因為把抗拉能力強的鋼材放在截面下緣，把抗壓能力強的混凝土放在上緣。但是在連續組合橋中，在中間支座附近，產生負彎矩，即結構的上翼緣受拉，若上翼緣的混凝土板受到的拉應力超過某一限值，橋面板開裂，將嚴重影響結構的使用壽命。這樣，在連續組合梁橋中，支座附近的混凝土就必須要做處理，以減小支座處負彎矩，即減小甚至抵消支座附近處混凝土的拉應力。

2 鋼-混凝土組合梁橋負彎矩區處理方法

組合梁橋設計中的難點之一是混凝土不得已處于組合構件或混合結構的受拉區時，如何降低混凝土的拉應力作用??????[3]。組合結構在支座附近負彎矩段的控制方法，按照對結構的作用主要分為調整施工順序、施加作用措施、釋放作用措施和加強抗力措施，其中施加作用措施可分為墩上鋼梁起頂、預加靜載法和配置預應力筋。

2.1 調整施工順序

圖1 調整混凝土澆筑順序改善負彎矩截面內力

通過調整混凝土澆筑順序來改善截面受力如圖1所示，此種方法比較適用于中、小跨徑的鋼-混凝土組合梁橋，且恒載所占比重較大，活載等級較低的情況。橋面板混凝土澆筑順序如圖1所示：首先澆筑3#、1#、5#混凝土，即中跨跨中和邊跨跨中及邊支點區段的混凝土；再澆筑中支點負彎矩區的橋面板混凝土2#和4#。這樣做可以使負彎矩區的橋面板混凝土只承擔橋面鋪裝層和活荷載產生的負彎矩，使其拉應力有所減小。各區段混凝土的分界點可以選在恒載彎矩零點附近。但是該方法也有其不足之處：施工簡單，但對活載較大的橋梁，難以從根本上解決負彎矩引起的開裂問題。

2.2 預加配重法

預加配重法是在調整混凝土澆筑順序法的基礎上，進一步發展完善而來的。預加配重法簡單地說就是在調整混凝土澆筑順序法中，當澆筑完中跨跨中和邊跨跨中及邊支點區段的混凝土后，待澆筑的混凝土凝結硬化后，在上面預加配重，再澆筑負彎矩區段混凝土，待負彎矩區段混凝土凝結硬化后，再卸除配重荷載。在卸除配重荷載的過程中，相當于給支座附近負彎矩區混凝土施加了預壓力。對于中小跨徑的橋梁，該方法效果比較明顯，但是對于大跨度橋梁，需要施加的配重過大。

2.3 橋面板混凝土配置預應力鋼束

對于大跨度鋼-混凝土組合梁橋，采用之前兩種方法對降低橋面板負彎矩效果不明顯，這時可以采用在負彎矩附近配置預應力鋼束，此時，預應力鋼束提供給負彎矩區段正彎矩，與產生的負彎矩可以抵消一部分，而且預應力產生的彎矩可以抵消任何階段的負彎矩，不管是恒載產生的還是活載產生的負彎矩，都可以用預應力抵消一部分，故其適用性較廣。

2.4 強迫位移法

該方法的思路是待鋼-混凝土組合箱梁的鋼主梁部分架設完畢并連成整體后，在組合負彎矩區段混凝土橋面板時，頂升待澆筑（組合）橋面板支座，然后澆筑混凝土橋面板，待混凝土達到規定強度后再落梁，這樣就給負彎矩區段橋面板一個預壓力。但是此施工工藝對頂升量δ要求嚴格，若δ偏小，達不到預期的要求，但是如果δ偏大，對跨中鋼主梁以及橋面板損害都較大。

3 某橋梁采用頂升施工工藝進行內力調整

3.1、工程概述

港珠澳大橋起自香港大嶼山石散石灣，止于珠海/澳門口岸人工島，總長約35.6km。CB05合同段起點里程K29+237，終點里程K35+890，主線設計總長度6653m。淺水區非通航孔橋采用85m連續組合梁，5～6孔一聯，全長5440m。主梁采用“開口鋼主梁+混凝土橋面板”的組合結構。單片組合梁最大重量約1846t。主梁采用“開口鋼主梁+混凝土橋面板”的組合結構。施工方法采用先整孔吊裝，再通過主梁焊接、橋面板混凝土濕接成五孔或六孔一聯的連續梁橋。在負彎矩區段橋面板組合過程中，采用施加預應力和頂升兩種方法并用消除支座附近負彎矩。

圖1 組合梁標準斷面圖

3.2 施工技術

每個墩頂單幅頂落梁施工由8臺600t豎向千斤頂完成，頂梁或落梁作業時，每2臺千斤頂通過1臺油泵串聯，千斤頂和支座頂面采用600mm×400mm×20mm鋼板抄墊，平均每個墩頂需鋼板約640塊。千斤頂上的鋼板中心與梁底墊板中心對齊，支座上的抄墊鋼板（用于倒頂）與橫隔板對齊，千斤頂下抄墊1100mm×500mm×20mm鐵板。頂梁施工以鋼梁應力控制為主，頂升量控制為輔。采用分級起頂的方式保證頂梁施工的同步性，以頂升高度控制，頂升作業時，每頂升2.5cm即停止頂升，抄墊梁底與支座頂面鋼板，抄墊完成后再繼續頂升，每頂升5cm高度時記錄一次數據，如油表讀數、尺讀數和實際頂升高度等。

頂升橋梁施工順序主要分為以下幾個步驟：墩頂布置，解除支座與梁底連接；量取支點梁底至墩頂初始讀數；開啟油泵頂升2.5cm，關閉油泵，抄墊鋼板；開啟油泵，頂升2.5cm，累計高度為5cm，關閉油泵，抄墊鋼板，記錄實際油表讀數、鋼尺讀數、實際累計頂升高度等；開啟油泵頂升2.5cm，累計高度為7.5cm，關閉油泵，抄墊鋼板；開啟油泵，頂升2.5cm，累計高度為10cm，關閉油泵，抄墊鋼板，記錄實際油表讀數、鋼尺讀數、實際累計頂升高度等；重復以上頂梁步驟，直至頂升至設計高度，關閉油泵，鎖死千斤頂。

由于千斤頂行程為200mm，不能一次頂升至設計高度，因此需進行倒頂，通過在梁底與支座頂面抄墊鋼板實現倒頂，千斤頂頂升約150mm時進行倒頂。

3.3、頂升階段施工質量控制

在頂升過程中，應保證每臺千斤頂的頂升量同步，這樣就需要在頂升的時候，每臺千斤頂都需要一個工作人員時時觀測頂升量并報告結果，當頂升量有差異的時候，通過調整油泵來調節各千斤頂的頂升高度。由監理和監控單位對油泵的讀數和千斤頂讀數進行時時記錄。另外在頂升過程中，鋼箱梁頂升附近的拉應力很大，通過有限元軟件計算得到頂升過程中應力最大點，頂升前安裝應力傳感器，在頂升過程中，由工作人員帶上專業裝備，時時觀測頂升過程中鋼主梁的應力，并與計算值對比，保證誤差控制在5%之內，當實際應力值大于理論應力值5%時，應立即停止施工，查明原因后再繼續施工。

通過觀測頂升過程中鋼主梁控制截面的應力和理論值對比，其結果比較接近，且都遠遠小于其極限承載力。

4 結論

在連續大跨度鋼-混凝土組合梁橋中，支座附近的負彎矩區混凝土因長期處于受拉狀態，且隨著混凝土的收縮徐變，拉應力進一步增加，這對結構的使用壽命和使用周期都提出了很大的挑戰。通過強迫位移法來減小甚至抵消支座附近的負彎矩已經成為工程實踐中較為成熟并且運用較廣的一種措施，特別是對中大型橋梁，這種方法效果明顯且相對經濟。本文以某大橋施工為實例，通過闡述強迫位移法的施工流程及施工過程中注意的事項，以及應控制的關鍵參數，為強迫位移法提供了技術支持以及參考價值。

參考文獻

[1].莫時旭，鐘新谷. 鋼箱- 混凝土梁局部屈曲分析與試驗研究[J]. 鐵道科學與工程學報，2007（2）：49-53.

[2] 周履. 混凝土收縮徐變引起的鋼-混凝土結合梁的內力重分配[J]. 橋梁建設，2001（2）：1-4.

[3] .項海帆.高等橋梁結構理論[J].人民交通出版社，2013.

作者簡介：劉春（1989-2）男，重慶交通大學碩士研究生，主要從事大跨徑橋梁研究工作。