高墩大跨徑連續剛構橋上部結構施工控制

王將

摘要 以某位于山谷溝壑地區的大跨徑連續剛構橋為例，在概述主墩結構特征及施工控制難點的基礎上，擬定出連續剛構橋上部結構現澆段施工方案，對主橋懸澆施工控制、高墩邊孔現澆施工控制及合龍段施工控制等方面進行深入探討。結果表明，連續剛構橋受力狀態較好，施工工藝簡單，技術成熟，經濟適用性強，施工難度主要隨墩高和跨徑增大而增大;必須從主梁結構設計、懸臂澆筑、高墩邊孔現澆及合龍段施工等方面加強控制，保證結構穩定。

關鍵詞 高墩;大跨徑;連續剛構橋;上部結構;施工控制

中圖分類號 U445.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0108-03

0 引言

連續剛構橋因主墩分擔部分彎矩，主梁跨度整體比連續梁橋大，主墩順橋向抗推剛度還能同時起到抵抗主梁溫度和收縮徐變效應的作用，故該橋梁型式在山區深谷溝壑中應用廣泛。但是高墩大跨徑連續剛構橋設計時，隨著主梁跨徑和主墩高度的增大，高墩在平衡全橋受力的同時，其結構穩定性控制難度也隨之增大。當前大量的理論研究主要針對高度在80 m以下的傳統雙肢薄壁墩展開，而大跨徑連續剛構橋主墩高墩一般在100 m以上，甚至與主梁跨徑相當，橋墩也采用雙肢薄壁箱型組合墩[1]。為此，必須進行該橋梁型式組合墩裸墩結構穩定性分析，為高墩大跨徑連續剛構橋設計及施工提供借鑒參考。

1 工程概況

某大跨徑連續剛構橋跨越深度180 m的山谷，主橋設計跨徑（106+200+106）m，主梁按照變截面單箱單室混凝土箱梁設計，主墩處和跨中設計高度分別為12.5 m和4.5 m，主墩采用墩高80.0 m和177.4 m的雙肢薄壁箱型組合墩，過渡墩則采用墩高28.2 m和26.3 m的矩形實體墩。連續剛構橋下接承臺和樁基礎。該橋梁主跨上部的200 m連續鋼構形式在國內已經普遍應用，在設計上不存在技術難點，但是177.4 m的高墩在國內實屬少見，考慮到該橋梁地理位置特殊，高墩設計過程中還必須充分考慮山區瞬時風荷載，為此，高墩穩定性是該橋梁上部結構施工控制的重點。橋墩主要材料為彈性模量3.55×

104 MPa的C55混凝土。

2 主橋懸澆施工控制

2.1 掛籃托架壓載試驗

該高墩大跨徑連續剛構橋主橋采用平衡懸臂法施工工藝，安裝掛籃前應將鋼支撐預埋在主墩頂，并安裝掛籃托架，掛籃拼裝固定于托架上。為進行托架承載力檢驗，消除托架塑性變形，必須采用吊砂袋預壓法進行掛籃托架壓載試驗[2]，壓載重量控制載360 t以內，根據試驗確定彈性變形和立模標高。托架壓載試驗時，在托架中軸線兩側170 cm處分別布置2排控制點，托架中心也布置1排，共5排，并每排左中右位置各布置3個測點。在壓載前根據0#塊上所布置的點位測出托架頂面高程，依次按照設計荷載的20%、40%、60%和80%壓載砂袋，并測量托架實際變形量，待壓載荷載達到設計荷載100%時按照壓載開始時、壓載24 h、壓載48 h三個時間進行測量。此后卸除荷載，所測量出的托架變形量為1.0 cm。

為修正掛籃剛度，檢查掛籃在最不利受力工況下實際受力性能及結構安全，消除塑性變形，并得到加載后的彈性變形，還必須進行掛籃菱形架加載試驗。加載試驗主要通過工作平臺實現，在試驗開始前必須平放安裝2片桁架結構，以2臺千斤頂對桁架結構前端實施預壓，千斤頂型號均為YD-150型，與此同時，借助6根φ32 mm精軋螺紋鋼完成桁架結構后端連接。

按照掛籃施工最不利工況確定試驗荷載，以梁段自重最大的1#塊為參考重量，分四次加載，初始荷載及第二、三、四次加載噸位依次為10 t、40 t、75 t和90 t，其中第四次為120%的超壓加載。每完成一級加載后必須進行菱形桁架前端節點上橫梁頂面標高、菱形架彈性變形和非彈性變形的測量。

2.2 模板安裝

該連續剛構橋懸澆掛籃外模板通過大型鋼模板拼接而成，掛籃前后下橫梁和外?；辛荷瞎潭?內模則通過小型鋼模板拼裝，并確保板縫平順嚴密。內外模安裝后均應在按照設計厚度均勻涂刷模板漆，此后進行鋼筋綁扎。通過串條固定腹板時，嚴控腹板混凝土厚度，并在設計值基礎上腹板內模外擴5 mm，以避免因脹模而導致混凝土超方。

高墩大跨徑連續剛構橋懸澆施工必然面臨結構體系轉換問題，結構自重、混凝土收縮徐變、預應力及立模標高等均對施工高程控制有較大影響。結合類似工程實際，對于該設計跨度為120 m的連續剛構橋，其預拋高值應當設置為15 cm。故該連續剛構橋以15 cm的預拋高值為各節段立模標高控制目標，各節段底模安裝標高為底模設計標高、掛籃彈性變形、線控預拋高、預拱度之和[3]。

2.3 鋼筋及管道安裝

該橋梁結構中主橋0#塊鋼筋布設最為復雜，綁扎完節段鋼筋后必須通過閃光對焊工藝接長處理，焊接過程中必須保證兩根對接鋼筋同心，電流適當，焊接完成后進行300點/次的抗拉拔試驗。鋼筋安裝時如果與橫縱向預應力鋼束和孔道位置沖突，必須按照實際位置偏離設計位置最小、對受力影響最小的原則調整普通鋼筋位置。該連續剛構橋腹板和底板處鋼束較多，較薄的斷面可能因局部應力集中、壓曲臨界應力下降而出現受力裂縫。為此，必須嚴格根據相關規范拼接腹板鋼筋骨架與底板橫向鋼筋，同時還應該在底板鋼筋網格間增設拉結筋，增設箍筋、防崩勾筋。

該高墩大跨徑連續剛構橋采用鍍鋅鐵皮豎向預應力波紋管，管道安裝前必須全面檢查波紋管環剛度和透水性能，并每根波紋管底部開孔后連接1根PVC管，密封孔隙，避免漏漿。橫向預應力波紋管安裝在橋面頂板中，縱向預應力波紋管安裝時應按照20 cm間隔增設鋼筋定位網片，并在管道內穿設PVC硬管支撐，避免壓扁管道。

2.4 混凝土澆筑

檢查模板尺寸、數量及焊接施工質量后進行混凝土澆筑。澆筑期間混凝土材料自由傾落度嚴格控制在2.0 m以內，并按照對稱原則澆筑，對稱點差量不超出2 m3?；炷翝仓耐瑫r通過φ50 cm插入式振搗器進行混凝土振搗，振搗半徑控制在振搗設備作用半徑的1.5倍范圍內，振搗器插入深度不超出5～10 cm范圍。持續澆筑施工后如果混凝土面無下沉現象，表明平整度滿足規范要求，則可結束澆筑。跟隨混凝土澆筑施工進程，加強對模板穩定情況的觀察，如果出現模板松動、鼓包、歪斜，必須立即加固。澆筑及振搗結束后及時收面，并覆蓋養生7 d以上，澆筑結束24 h后將擋頭模板卸除并鑿毛。

2.5 預應力張拉

預應力張拉前按照規范及設計要求穿束，穿束及錨環安裝前必須全面清理預應力波紋管內雜物，避免后續張拉過程中影響摩阻力，甚至引發鋼絞線斷裂。錨應力損失、錨口損失、夾片回縮量、鋼絞線伸長量等參數在實際張拉過程中都要考慮，錨口損失通常按照設計張拉應力的2%～3%確定，實際張拉應力應為設計值的103%[4]。

2.6 孔道壓漿

從底板壓降孔處進行豎向預應力筋壓漿，并在壓漿開始前徹底清理孔道內泥沙、雜物、水分。對于長度在25 m以上的縱向預應力束管道應進行真空輔助壓漿，真空泵負壓和壓漿機壓力嚴格控制在0.03～0.05 MPa和0.5～0.7 MPa范圍內，水泥漿液粘稠度不超出14～18 s，待出漿孔中所溢出的漿液粘稠度達到設計要求后再繼續穩壓60 s，便可結束孔道壓漿。

3 上部結構施工質量控制

3.1 主要部位控制指標

3.1.1 橋梁整體質量控制

按照《公路橋梁施工技術規范》（JTG F50—2017），該橋梁整體質量要求見表1。

3.1.2 模板施工誤差控制

模板施工時，也應嚴格按照相關規范控制模板基礎標高和內部尺寸、裝配式構件標高以及預埋件位置和尺寸，具體要求見表2。

裝配式構件支承面標高允許誤差應控制在?5～2 mm之間，相鄰模板表面高差應不超出2 mm，模板表面平整度控制在5 mm以內;預埋件中心線偏差不超出3 mm，預留孔洞中線偏差≤10 mm。支架和拱架縱軸平面位置應控制跨度的1/1 000處，曲線形拱架標高誤差應不超出?10～20 mm。

3.1.3 混凝土澆筑及預應力筋誤差控制

混凝土澆筑施工誤差應按照表3規定進行控制。豎向預應力筋材在使用前必須進行除銹處理，保證其處理后張拉應力值滿足設計要求，張拉伸長率誤差不超出±6%，每個斷面鋼束斷絲滑絲數不超出鋼絲總數的1%[5]。

3.2 高墩邊孔現澆施工控制

該高墩大跨徑連續剛構橋左幅主橋起點位于陡峭坡面，邊孔現澆段挖孔樁基礎配合螺旋管樁拼裝組合支架長19.95 m，高41.38 m。邊孔現澆施工受到結構強度、樁基承載力、壓桿屈曲、支架結構變形及結構穩定性的較大影響。施工開始后采用深度均值為15.4 m的φ150 cm挖孔樁基礎和φ720×14 mm螺旋鋼管等材料進行支架結構拼接安裝，并且在豎向管柱拼接安裝施工期間逐層施作角鋼系桿連接斜撐，確保支架結構穩定。雙肢36a工字鋼橫縱梁設置支架頂端，由φ22 mm螺紋鋼按照120 cm間距排開后焊接縱梁，同時充當支架卸落平臺。

為消除支架非彈性變形，并測定其彈性變形，應通過吊裝砂袋逐級加載預壓，加載和施工過程中應加強對支架變形以及可能出現的管件焊縫處的連續監測。梁段混凝土必須以中間部位為起點依次向兩端呈對稱形式澆筑，在澆筑施工期間應嚴格控制梁底標高和懸澆段標高完全一致。考慮到該橋梁工程所在地區山風瞬間風荷載影響較大，組合支架上增設了6根地錨鋼索。結合支架設置后的結構方面的穩定性要求，為此必須全面考慮工程所在地區氣候環境、瞬間可能出現的最大風力荷載以及因施工過程的持續進行而可能施加的偏載等因素，必須按照設計要求增設加腋，預留安全儲備。

支架鋼管簡化為梁單元以進行支架結構有限元分析，最大應力值為?35.8 MPa，比170 MPa的允許應力值小，意味著支架鋼管受力安全;管樁支架屈曲模態中最危險工況下結構穩定系數取32，超出1.3的規范值，這也意味著該高墩大跨徑連續鋼構橋梁所設置的支架結構在穩定性方面完全符合規范及設計要求。根據分析，左幅第5、6、7、8孔最大應變值分別為?243 με、13 με、?188 με、237 με，均未超出825.5 με的允許形變，表明支架結構設計安全可行。

4 合龍段施工控制

該大跨徑連續剛構橋合龍施工次序為邊孔合龍、中孔合龍、體系轉換。合龍施工前應臨時連接固定兩端，避免因梁體熱脹冷縮而引發合龍混凝土開裂;還應對梁段進行壓重處理，防止因合龍施工而引發主梁結構撓度改變。邊跨合龍緊跟混凝土澆筑施工，為保證結構整體穩定性，必須在合龍過程中在T構兩側同時壓重處理，而在此后中孔合龍施工節段，必須結合實際澆筑進度將之前所施加的壓重結構分步拆除，確保懸臂撓度穩定。為避免T構因熱脹冷縮等原因而影響合龍段混凝土施工質量，合龍施工安排在溫度最低的凌晨1：00—5：00的時間段進行，根據設計要求焊接水平支撐和剪力撐，張拉頂板和底板處合龍束，鎖定待合龍段。合龍段混凝土澆筑結束并達到90%設計強度后進行頂板張拉及壓漿。

5 結論

綜上所述，山區高墩大跨徑連續剛構橋對施工工藝要求高，必須在施工期間充分考慮內外部荷載及施工環境的不利影響，加強結構線形控制，確保梁體線形連續，從主梁結構、懸臂澆筑施工、施工預拋高、合龍段施工及體系轉換等方面加強施工過程控制。應用結果表明，在高度超出40 m、長度超出20 m的箱梁現澆段進行工字鋼配合挖孔樁基礎施工完全可行。

參考文獻

[1]向亞軍. 山區大跨徑連續剛構橋高墩穩定性有限元分析[J]. 西部交通科技， 2021（11）： 120-123.

[2]黃勤勞. 高墩大跨徑連續剛構橋懸灌法施工關鍵技術[J]. 鐵道建筑技術， 2020（10）： 110-112+130.

[3]劉利峰. 高墩大跨徑連續剛構橋線形控制[J]. 公路交通科技（應用技術版）， 2019（10）： 189-192.

[4]于松波. 大跨徑預應力混凝土連續剛構橋懸臂施工線形控制分析[J]. 黑龍江交通科技， 2021（11）： 108-110.

[5]楊鑫. 高墩大跨徑連續剛構橋施工過程中穩定性分析[J]. 交通世界， 2021（16）： 83-86.