高墩大跨度連續剛構橋懸臂施工關鍵技術研究

戴湘波

（廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 511400）

0 引言

預應力混凝土連續剛構橋采用懸臂澆筑施工技術時，需要對不同梁段的關鍵結構參數進行必要的監控。橋梁施工階段，梁段的立模標高需要依據之前的監測結果進行必要的預測和調整，確保懸臂端合龍時的相對標高誤差小于設計允許值，且不會對梁段結構造成損傷，這有助于剛構橋成橋整體線形平順、受力穩定。關于高墩大跨度連續剛構橋的線形、應力隨施工變化發展的研究是橋梁設計與施工的關鍵工作，對于橋梁安全穩定運行具有重要的社會經濟效益。

1 工程概況

甘肅省S10 鳳縣（陜西）至合作（甘肅）高速公路卓尼至合作段一期工程路基、橋梁、隧道工程ZH04 標段位于甘肅省甘南州臨潭縣，橋梁工程第二聯主橋跨越西溝河東岸的公園及西溝河，為了降低建橋對公園景觀的影響、減少公園內的橋墩數量，橋跨布置為（55+3×100+55）m，采用預應力混凝土變截面連續剛構形式。橋梁上部結構箱梁采用單箱單室截面，縱、橫、豎三向預應力體系。橋寬為12.55m，箱梁根部梁高為6.0m，跨中梁高為2.5m，箱梁高度按1.8 次拋物線變化。箱梁頂板寬為12.55m，底板寬為6.5m，翼緣板懸臂長為3.025m。箱梁頂板設橫坡，底板橫橋向水平。箱梁0#、1#塊總長度為11m，頂、底板厚度分別為0.5m 和1.0m，腹板厚度為0.7m；距墩中心4.0m 處至跨中，箱梁頂板為0.32m 等厚度；距墩中心3.0m 處至跨中，底板厚度從0.7～0.3m 按1.8 次拋物線變化；腹板厚度從0～7#塊為0.7m，9#塊以后為0.5m，8～9#塊由0.7m 按直線變化至0.5m；主橋下部結構采用雙薄壁墩、雙柱式橋墩、薄壁空心墩，橋墩高度70～90m，柱式橋臺，墩臺均采用樁基礎，根據該橋地質情況，墩臺基礎按照摩擦樁和端承樁設計。項目組擬對該剛構橋開展懸臂施工技術分析，以確保其施工質量。

2 高墩大跨度連續剛構橋懸臂施工關鍵技術

2.1 墩頂施工

主墩0#塊施工階段，橋墩墩高較高，0#、1#塊均采用支架現澆進行箱梁施工。0#塊施工結束之后，在兩側對稱1#塊處進行1m 鋼筋混凝土柱施工，確保支撐體系的穩定性，之后采用鋼桁梁進行底側模支撐，采用C55 混凝土澆筑施工，主墩梁段施工中需要盡可能避免產生較大應力；墩頂梁段混凝土施工采用臨時支座進行錨固，對連續梁段開展懸臂分段澆筑；施工力矩則要確保平衡，施工應力則要進行及時分析，避免支座難以承擔應力變化。0～3#塊梁段混凝土施工中，項目采用35 段螺紋鋼開展保護工作[1]。

2.2 掛籃制作

高墩大跨度連續剛構橋懸臂施工需要進行掛籃安裝，移動掛籃進行其余梁段混凝土澆筑。施工掛籃的設計及計算需要參照相應規范開展。3#塊梁段施工階段，項目采用菱形掛籃，主要包括橫梁、懸吊、主桁架等結構，掛籃結構制作需要選取合理材料，并保證其精確性，避免結構力學體系變化影響其承載性能；掛籃制作結束之后，則要進行無損焊縫檢測，減少后續質量缺陷。掛籃需運送至主梁交叉段頂面，利用鋼軌枕定位；之后吊裝主桁架，進行連接體系安裝。掛籃在懸臂澆筑過程中需要對其相應變形進行分析，確保施工預拱度。吊裝作業相關設備及材料性能則要開展必要檢測，確保承載力滿足施工要求。

2.3 預壓及混凝土澆筑

掛籃整體結構則要開展預壓荷載檢測，這有助于改善掛籃的整體穩定性；掛籃安全系數則要進行設計荷載檢測；混凝土澆筑前需要對掛籃位置及模板標高進行及時糾正，且設備需要進行必要清潔，混凝土接觸界面要保證整潔和濕潤；現場采用木制模板，并要對其進行泡脹處理，避免澆筑過程中水分過多而造成結構裂縫現象；大面積混凝土施工銜接很容易出現施工縫，為此，項目采取分段施工的方式，以保證不同工序之間分層澆筑混凝土的準確性、完整性；主梁頂板、腹板位置的混凝土在澆筑后要進行二次振搗，以提升混凝土密實度；分層澆筑混凝土的振搗時間則需要保持在30s 以內，泵送混凝土施工則要控制混凝土坍落度（20cm 左右）；為避免出現混凝土溫度裂縫，需要進行現場濕養護。懸臂現澆梁段最大重量為128.6t，掛籃自重按60t 考慮[2]。

2.4 懸臂施工

箱梁采用掛籃懸臂現澆法施工。各單“T”形箱梁除0#、1#塊外分為12 對梁段，箱梁縱向分段長度為3×3m+3×3.5m+6×4m；0#、1#塊總長為11m，在墩頂托架上現澆施工，箱梁四個“T”形同時對稱懸臂澆筑。主橋邊中跨合龍段長度均為2m，邊跨現澆段長度為3.76m；主橋邊中跨合龍段采用吊架現澆施工，邊跨現澆段在墩旁托架上現澆施工。

3 高墩大跨度連續剛構橋懸臂施工監測

3.1 技術要點

該剛構橋懸臂施工線形和施工技術、結構規模、跨徑等密切相關，為確保施工成橋線形平順，施工階段線形控制技術指標需要滿足如表1 所示要求。考慮到箱梁梁段施工線形誤差極容易受到周圍環境及技術、設備的影響，項目人員需要及時進行不同控制截面尺寸、高程的動態檢測，對后續梁段進行誤差調整[3]。

表1 施工線形控制技術指標

3.2 施工監測方案

該剛構橋主梁施工階段需要確保其線形滿足設計要求，主梁線形監測方案需要對不同梁段截面開展監測點位設置。截面測點布置如圖1 所示。主梁線形監控設備則為精度小于5mm 的水準儀，不同梁段標高測定則主要在掛籃移動、主梁預應力張拉、混凝土懸臂澆筑等過程開展；在混凝土懸臂澆筑節段，梁段底部則要初始設置2 個原始測點，該測點需要在混凝土澆筑完成后依靠提升裝置提升至梁段頂面[4]。

圖1 箱梁截面線形測點布置示意圖

4 有限元分析

4.1 模型構建

本文通過項目實際施工特點構建有限元MIDAS Civil 混凝土剛構橋模型進行模擬，并且開展橋梁不同施工階段的線形變化情況分析。有限元模型上部箱梁采用C55 混凝土模擬，主墩墩身采用C50 混凝土，承臺采用C35 混凝土；箱梁內部預應力結構采用鋼絞線（fpk=1860MPa，=15.24mm）；剛構橋有限元模型總共包含250 個單元，共計325 個節點，采用梁單元對橋墩及箱梁開展模擬，箱梁為組合截面構造，下部橋墩則采用等截面模擬；橋墩、主梁之間的連接則依照實際情況采用剛性連接模擬；該橋梁并不需要考慮土體及樁基礎之間的相互作用及變形，樁基礎和土體之間則僅進行模型邊界固定處理，樁基礎則采用梁單元模擬，基樁設計間距控制為4.5m；剛構模型荷載主要包括橋梁施工荷載及二期荷載（考慮混凝土20 年收縮徐變），前者主要包括張拉預應力1460MPa、橋梁上下部結構自重、滑模施工荷載330kN/m、懸臂掛籃及支架荷載1480kN；后者則主要包括行車荷載、行人荷載、二期鋪裝層荷載[5]。

4.2 理論線形分析

該剛構橋施工階段具備荷載種類較多、主梁預拱度影響因素較多的特點，本文主要對橋梁2#塊主墩開展混凝土收縮徐變及支架掛籃作用下的理論預拱度分析。不同影響參數下理論預拱度發展變化情況如圖2 所示，圖2（a）表明，混凝土20 年收縮徐變下的剛構橋理論預拱度變化幅度較大，且混凝土收縮徐變造成的預拱度變化主要產生在跨中區域，中跨位置變形明顯要大于邊跨；施工活載理論預拱度變化如圖2（b）所示，結果表明，跨中位置變形受活載影響效應不可忽視，且主墩位置處也受到活載影響，這主要歸因于主墩存在沉降變形；圖2（c）則考慮上述因素下的理論預拱度變化，主墩2#塊存在突變變形，這主要是由于該區域附近存在明顯的收縮變形。在實際施工階段，主墩0#塊位置混凝土澆筑前，技術人員需要對其變形部位進行一定加固[6]。

圖2 不同影響參數下理論線形變化

4.3 線形對比

為分析主梁線形施工階段和理論模擬的誤差，本文考慮主梁2#墩4#梁端在預應力張拉和混凝土澆筑情況下的理論、實際線形對比，相關變化比較情況如圖3 所示。研究結果表明，實際監測和理論線形之間的變化規律具備一定相似性，且兩者變形擬合度相對較高，部分位置的數據存在一定偏差，誤差整體控制在0.2cm 以內。經過后續現場分析可知，線形誤差主要歸因于檢測設備數據采集誤差及提升鋼筋造成監控點位置偏差、環境溫度變化等[7]。

圖3 實際施工、理論模擬線形對比

5 結語

大跨度連續剛構橋在我國復雜的地質環境中應用優勢極為顯著。剛構橋施工需要重點關注其變形、應力發展情況，成橋線形決定了后續橋梁運營的穩定性及社會效益。剛構橋線形影響因素較多，本文結合具體工程項目，對高墩大跨度連續剛構橋懸臂施工關鍵技術進行分析，并且設計了施工線形監測方案，對理論與實際主梁線形發展情況進行對比，獲取了可靠研究成果，對于推廣高墩大跨度連續剛構橋懸臂施工關鍵技術應用具備一定的現實意義。