大跨連續剛構橋施工控制技術研究

劉 永 亮

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

1 概述

預應力連續鋼構橋形憑借跨越能力高、承載能力強、整體剛度高、施工便捷等諸多優勢在省內高等級公路施工中受到廣泛應用。隨著連續剛構橋單跨跨徑的不斷提升，為了保證剛構橋線性、撓度、各控制截面應力水平滿足設計及規范要求，必須做好施工控制工作。在省內普遍使用的大跨徑連續剛構體系中，常用的兩種為：主跨結構形式為連續梁的多跨剛構體系和多跨連續—剛構體系兩種，成橋方式均為預應力后張法，三跨及以上的連續剛構橋，主跨部分上部結構和墩臺為固結，最大程度保留了連續剛構的受力特性，使得全橋受力形式更趨合理，這也是多跨連續剛構橋體系的主要特點；另一種剛構形式則借助鉸接方式將兩片多跨連續剛構體系連接為一個整體，鉸接處于全橋跨中位置，鉸接兩側為對稱的連續剛構體系，該體系的最大優勢是可以借助邊跨連續梁自重使T形號剛構設計為不等跨懸臂段，以提高主跨跨徑值。

2 連續剛構橋施工控制主要內容

目前，高等級公路連續剛構橋施工實踐中，為了不干擾既有線路的運營，最常用的施工技術為懸臂澆筑法，從0號墩開始采用對稱或者非對稱方式進行分段懸臂澆筑，最終將各節段與墩臺固結，形成連續剛構體系。在懸臂澆筑階段，為了保證主梁線性、撓度及控制截面應力水平滿足設計及規范要求，必須做好全橋的施工控制工作，尤其是截面應力和線形兩方面，以保證連續剛構橋的施工及運營質量。

2.1 連續剛構橋線性控制

橋梁結構在施工荷載及外部環境的耦合作用下，將出現不同程度的撓曲變形，導致橋梁線性偏離設計坐標值，如果無法有效控制線性，將導致節段無法合龍，最終無法順利完工，造成無法彌補的損失。懸臂澆筑線形控制方式選用容許誤差法，其中，T形剛構梁和普通連續梁的誤差容許值一致，懸臂合龍成橋誤差值應介于-50 mm～+50 mm范圍內，懸臂合龍后的相對高程設計值偏差應控制在-20 mm～+20 mm之間。成橋線形控制應貫穿于施工全過程，以便于及時校正由于施工荷載及其他外部因素引起的成橋線形誤差，保證懸臂合龍后的截面應力、線形滿足設計文件要求。

2.2 連續剛構橋控制截面應力控制

除了做好成橋線形控制外，為了保證成橋后的結構承載體系滿足設計要求，各控制截面的各應力組合結果滿足設計值，防止出現截面應力集中問題。主梁截面應力控制一般選取跨中、支點及1/4跨位置作為應力控制截面，在控制截面位置埋設應變片以采集控制截面底板、斜腹板及翼緣板位置的實時應變值，最終判斷全橋的荷載響應情況。一旦發現任何一個控制截面的任何應變采集點的應變出現異常，應及時停止施工作業，徹查應變突變的原因，并做好校正工作，保證各應變監測位置的應變值始終處于合理范圍內。相較于線形控制而言，截面應力控制更加重要，且二者存在明顯的邏輯先后性，從本質上分析，大部分線形失控的根本原因來自于截面應力分布不均衡所致；此外，截面應力控制失效將出現嚴重的應力集中問題，造成局部混凝土結構壓潰，甚至直接影響全橋的承載能力。規范給定的應力工況組合類型包括：結構自重應力、施工荷載作用下的應力、預應力施加應力、溫度應力及基礎不均勻沉降引起的附加應力。

3 某大跨連續剛構橋施工控制關鍵問題分析

文章選取省內某高速公路大跨徑連續剛構橋施工項目為研究案例，主跨跨徑組合形式為(60+100+135+135+100+60)，主跨體系為連續混凝土剛構體系，截面形式為單箱單室箱型梁，主跨為變截面形式，截面高度和頂、底腹板厚度按照1.5次拋物線型設計，為了保證箱梁的豎向、橫向承載能力，在箱梁的縱向、橫向及豎向設置三個方向的正交預應力。圖1為主跨1/2模型。

3.1 線形控制

在項目線形施工監控過程中，主跨線形控制主要控制主跨高程，連續剛構橋在懸臂澆筑過程中的標高控制非常關鍵，是保證懸臂順利合龍的關鍵；此外，高程控制可以作為應力控制的輔助判斷標準。高程控制主要反映在對結構構件的尺寸參數偏差方面，應保證結構構件的施工尺寸和設計尺寸相吻合，盡可能降低單一構件的尺寸誤差；此外，連續剛構懸臂澆筑過程中的高程誤差容許值應控制在JTG/T F50—2016公路橋涵施工技術規范要求的誤差內，連續剛構懸臂澆筑梁的中軸線偏差值應控制在-10 mm內，豎向撓度值偏差值應控制在-20 mm～+20 mm內，主梁頂腹板寬度值誤差應控制在-30 mm～+30 mm范圍內，且對稱澆筑梁段二者之間的誤差值應控制在20 mm以內。表1給出了主跨對稱邊墩對應梁段的預應力張拉完成后高程監控值和理論計算值對比結果。

表1 主跨對稱邊墩對應梁段的預應力張拉完成后高程監控值和理論計算值對比結果

分析表1統計數據可知，基本全部的理論值均大于實際監控值，根據JTG/T F50—2016公路橋涵施工技術規范中關于主跨不同位置的高程容許誤差要求，二者偏差均位于容許誤差范圍內，因此，施工監控滿足設計要求。

3.2 應力控制

在連續剛構橋施工過程中，必須保證主跨在施工階段及成橋運行狀態下的截面應力響應情況均滿足設計要求，這也是決定橋梁結構是否順利運營的關鍵。截面應力監控的目的是保證主跨在任何工況下均可保證截面各位置應力均處于規范要求范圍內，防止出現應力集中引起的局部混凝土壓潰，最終影響主梁截面的受力分布形式。在主梁截面位置布設應變傳感器，實時采集荷載作用下的對應位置的應力—應變響應情況。實測應力—應變滿足胡克定律，具體如式(1)所示：

σ=E×ε

(1)

其中，E為截面彈性模量值；ε為傳感器采集到的應變值；σ為對應位置的應力值。在計算過程中，鋼筋和混凝土相較而言，屬于勻質材料，根據規范有，鋼筋彈性模量E=2.1×105MPa；混凝土為多相混合材料，其彈性模量隨著混凝土齡期不斷變化，在計算混凝土彈性模量時，必須考慮混凝土的徐變效應影響。

在主跨的邊墩、跨中位置、1/4跨位置、支撐位置選取應力監控控制截面，在控制截面上的梁底、下腹板、頂腹板、翼緣根部、翼緣端部等位置布設應變片，以實時采集對應位置的應變變化情況，經應力—應變采集儀采集并統一輸出，工程技術人員通過分析對應位置的應力變化情況，判斷在施工荷載作用下的對應截面位置的應力變化是否滿足規范要求。本文選取1/4跨位置的截面頂腹板應力變化情況為例進行分析。具體如圖2所示。

分析圖2可知，在主跨施工階段，主跨的1/4控制截面的不同應力采集點得到的應力值均低于C50混凝土的抗拉壓應力極限值，即fc=32.4 MPa,ft=1.83 MPa，因此，主跨施工過程中1/4跨位置的截面應力分布情況滿足設計要求。

4 結語

大跨徑連續剛構橋在省內橋梁施工建設實踐中應用非常普遍和廣泛；懸臂施工技術是使用最普遍的連續剛構橋施工技術之一，在具體施工過程中，必須加強全橋在施工階段的線形和應力監控能力，保證主跨線形和各控制截面應力均滿足設計及規范要求，以保證全橋后續通常運營的安全性和可靠性。