預應力混凝土連續梁不平衡施工及監控技術研究

蔡 鵬

1. 上海市基礎工程集團有限公司 上海 200020；2. 上海城市非開挖建造工程技術研究中心 上海 200002

1 工程概況

四川省宜賓市大溪口至南廣交通改造及景觀工程南廣河節點水上立交主要由主線、E匝道、F匝道3部分組成。該節點水上立交主線橋為不等跨（35＋80＋35）m預應力混凝土連續梁，E匝道為小曲線（25＋40＋25）m預應力混凝土連續梁，F匝道為（35＋54＋35）m預應力混凝土連續梁（圖1）。

2 施工技術難點、特點

1）主線橋不等跨，懸臂掛籃施工產生不平衡力，施工控制精確度較高。

2）懸臂澆筑施工線形控制精度要求較高。

3）施工場地狹小，又受汛期影響，連續梁施工存在交叉作業，相應施工組織要求較高。

圖1 水上立交平面位置（單位：m）

4）在混凝土澆筑施工過程中，需進行對稱澆筑，確保兩側受力平衡，避免一側的變形量超過極限值，導致結構失穩。

5）施工過程中，主要進行施工監控及增加配重，確保結構處于平衡狀態，不產生失穩現象。

3 施工方案簡介

主線橋（圖2）采用掛籃懸臂施工。邊中跨塊數不同，邊跨懸臂施工的12#和13#塊底板加厚，需在中跨進行配重以抵消邊中跨不平衡彎矩；邊跨直線段采用支架現澆法；邊跨及中跨合龍時進行合龍配重，中跨合龍時施加頂推力。

圖2 主線橋立面示意

4 連續梁施工

4.1 主線橋不平衡施工

本橋主線為（35＋80＋35）m預應力混凝土剛構橋，懸澆過程中，邊跨7段，中跨9段，施工過程中存在不平衡懸臂澆筑施工。

根據設計圖紙，剛構橋在懸臂澆筑過程中需施加配重以消減T構兩側主梁的不平衡重，確保剛構橋結構安全穩定，根據現場實際情況，結合設計思路，對剛構橋配重位置及配重量進行了計算[1-4]。

4.2 不平衡施工配重

剛構橋采用懸臂澆筑法進行施工，限于掛籃尺寸及構造，配重位置距離不平衡梁段根部至少2個梁段的長度，即施工6#塊時，配重位置位于3#塊端部區域；施工7#塊時，配重位置位于4#塊端部區域。

大橋不平衡配重采用混凝土塊，難以做到與不平衡梁段同步施工，故考慮在施工不平衡梁段前，先施加一半配重，在不平衡梁段澆筑完成后，再施加剩余一半配重。

根據不平衡彎矩計算，配重量及配重位置如表1所示。

表1 主線橋不平衡配重位置及配重量

4.3 不平衡懸臂段施工

根據現場實際情況，對剛構橋模型進行施工全過程仿真計算分析，驗算大橋不平衡施工過程中的結構安全性。

1）6#塊模板安裝及鋼筋綁扎完成后，利用塔吊將37.8 t混凝土配重塊吊運至3#塊端部進行重疊堆放（圖3）。

2）橋墩兩側懸臂段對稱進行混凝土澆筑（圖4）。

3）混凝土澆筑完成后，再次利用塔吊將剩余37.8 t混凝土配重塊吊運至3#塊端部，與澆筑前配重塊重疊堆放（圖5）。

4）待混凝土達到一定強度后，張拉預應力鋼絞線、封錨、注漿。完成后移動掛籃繼續澆筑7#節段，7#節段按照6#節段澆筑步驟施工，并在相應位置放置配重塊（圖6～圖8）。

圖3 6#塊澆筑前，3#塊端部配重378 kN（工況1）

圖4 6#塊澆筑（工況2）

圖5 6#塊澆筑完成后，3#塊端部配重示意（工況3）

圖6 7#塊澆筑前，4#塊端部配重733 kN（工況4）

圖7 7#塊澆筑（工況5）

4.4 不平衡施工計算結果及分析

由計算數據（表2）可得：各計算工況下墩頂截面全截面受壓，結構受力安全；進行7#塊不平衡配重及施工7#塊過程中，配重量較大，不平衡彎矩也較大，施工過程中應加強監控量測，隨時了解大橋狀態，確保大橋施工過程中的安全性。

圖8 7#塊澆筑后配重示意（工況6）

表2 各工況下墩頂應力匯總

4.5 合龍段施工

邊跨合龍段施工完成后，卸載3#、4#及邊跨配重塊，中跨掛籃前移，循環澆筑下一節段混凝土至中跨合龍位置。中跨采用掛籃合龍，一側掛籃拆除過程中施加同等掛籃質量的配重塊，施加中跨水平推力，同時兩側施加配重預壓，安裝中跨合龍段臨時剛性連接，澆筑混凝土，同時等重卸除中跨配重，待混凝土達到一定強度后，張拉三向（縱、橫、豎）預應力。

5 施工監控

5.1 監控目的

該剛構橋施工涉及對稱懸臂澆筑、非對稱懸臂澆筑、邊跨段支架現澆等，施工方式較多，結構體系不斷變化。對于懸臂澆筑施工，每一梁段的增加都對現有結構的內力和線形產生一定的影響，并最終影響成橋后的結構內力和線形。因此，必須對剛構橋進行線形及應力監控，確保合龍精度，消除可能對結構安全和施工安全產生影響的不利因素，使成橋后的結構線形和內力滿足設計要求。

5.2 監控實施

1）應變監測。對于剛構橋，一般只需監測主梁應力，以反映施工過程大橋的受力狀態。懸臂澆筑過程中，懸臂根部為控制截面，所以在懸臂過程中，只監測根部截面應力，確保主梁受力安全（圖9）。

圖9 主梁應變監測截面測點布置（單位：cm）

2）線形監測。在施工過程中，需要準確把握箱梁在每道工序下的變形。同時，與理論計算結果進行校核并結合應力測量結果，分析梁重誤差、預應力張拉誤差、混凝土收縮徐變以及溫度變化等因素對梁端標高的影響，以期獲得橋梁設計線形（圖10）。考慮到成橋后主跨長期下撓的趨勢，二期鋪裝完成后，主跨需要達到的成橋線形為設計線形再向上預拱一個二次拋物線（拋物線中點拋高值為＋L/1 000，L為跨度）。

圖10 主橋線形測點橫向布置示意

6 結語

本工程南廣河節點水上立交主線橋于2017年1月順利合龍，所有節段的梁底標高誤差均在4 cm以內，合龍段相對高差2 cm以內，剛構橋線形流暢，符合規范要求。通過本工程剛構橋不平衡施工不難看出，不平衡施工中加、卸載質量及位置須相對精確，以免造成撓度控制不準確。精確布置監控點位，認真做好監控數據資料，對準確計算及質量保證起到至關重要的作用。不平衡施工中必須嚴格控制結構內力變化，以保證梁體成橋后的線形與設計線形接近或吻合，達到最佳受力結構狀態，保證橋梁使用年限。