不对称连续刚构桥的施工控制

(大连理工现代工程检测有限公司，辽宁大连 116024)

1 项目概况

某不对称刚构桥，桥梁全长281 m，为53+128+92预应力混凝土连续刚构桥，桥面净宽9.5 m，其中0号台为扩大基础，重力式混凝土桥台;1号墩为墙式基础，实心双矩形桥墩，墩高35 m;2号墩为钻孔灌注桩基础，异型桥墩，墩高86.5 m;3号墩为挖孔灌注桩基础，混凝土轻型桥台。1号墩“T”形上构箱体0号块高6.2 m，有11对悬浇节段;2号墩“T”形上构箱体0号块高9.5 m，有20对悬浇节段，合龙段梁高3.2 m，上构连续箱体为单箱室构造。全桥混凝土强度等级分配为桩基C30、墩身C40、连续箱体C50、桥面 C50。

本桥为典型的墩、梁不对称刚构桥，其结构受力特性与施工方法具有一定的代表性。桥梁布置图见图1。

图1 桥梁布置图

2 施工控制的目标与内容

施工监控总的来说要实现两个目标:1)要保证结构在施工过程中的安全;2)要实现设计文件所规定的成桥状态。反映在实际施工控制中，通常分为线形控制与应力监测两个方面。

对于不对称连续刚构桥，施工控制以线形控制为主，确保合龙段两侧断面高差满足规范要求。

施工过程中，对各节段的施工进行动态控制，对某节段各工况下的实测数据进行分析处理，并通过计算模拟与预测本节段的变形结果进行分析比较，确定实际施工状态与模拟计算之间的差别，分析对下一节段的影响。

通过分析数据，如果实测线形与目标线形不一致是由梁段的几何尺寸与设计不一致引起的，则在理论计算中进行本节段模型几何尺寸调整，分析调整对目标线形产生的影响，确定最终的调整方法;如果实测线形与目标线形不一致是由与时间有关的效应引起的，则调整相关计算参数，使计算模型适应目前的实测结果。调整参数后，需要进行重新计算，分析之前的目标线形对修改计算后的目标线形的影响，以便确定是否需要对线形进行再次优化，并在调整后的基础上对后续阶段的施工进行预测指导。

在线形控制的同时，需要对结构应力进行监测。通过在结构控制断面预埋应力监测设备对结构施工过程中各控制工况进行应力数据采集。应力控制以满足桥梁规范中规定施工阶段应力限制为最基本控制条件，发现异常变化则停止施工，查找原因进行调整，确保结构在施工过程中的受力安全。

3 施工控制过程

3.1 施工控制理论计算

计算采用平面杆系有限元计算模型。混凝土收缩徐变与预应力损失等均按照JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范选取。施工工序、施工时间、各材料参数与荷载等均按照施工单位提供的资料进行正装模拟计算。

根据以往经验以及结构实际情况，采用如下假定:

1)本桥为全预应力构件，计算中未考虑普通钢筋参与受力;2)墩身底部与承台按固结约束考虑。全桥主梁与桥墩均采用梁单元模拟，边界条件与施工过程一致，所有约束均为刚性约束。

3.2 结构预拱度的设置

3.2.1 预拱度的设置

结构的预拱度通常分为施工预拱度与成桥预拱度。结构某节点的施工预拱度=施工过程中的总变形量+成桥预拱度;结构某节点的成桥预拱度=成桥收缩徐变量+1/2活载频遇值;成桥收缩徐变量为结构完成之日至设计设定的某个时间下为成桥状态之间结构产生的收缩徐变。本桥按照结构完成8年后达到成桥状态进行成桥收缩徐变计算。

3.2.2 施工过程梁段立模标高的确定

在悬臂浇筑过程中，梁段立模标高的确定关系到主梁线形是否平顺、成桥标高是否符合设计要求，同时是施工控制的核心。所采取的公式为:

其中，Hlm为立模标高;Hsj为设计标高;fyg为施工预拱度;fgl为挂篮的变形;fwc为误差调整值。

其中挂篮变形量根据挂篮静载试验结果得出;误差调整值则通过分析上一节段的结构变形量与理论变形量之间的差别得到。

3.3 挂篮计算与静载试验

3.3.1 挂篮计算

施工控制需要对挂篮进行计算，主要计算内容有:各主要构件计算、挂篮行走与混凝土浇筑等工况下挂篮抗倾覆计算、挂篮结构整体计算及挂篮结构稳定性计算等。

3.3.2 挂篮静载试验

挂篮静载试验的目的:

1)消除挂篮的非弹性变形;2)检验挂篮承载能力;3)得到各种荷载等级下挂篮各部位的变形量。

挂篮静载试验加载重量通常为悬浇节段最大块件重量的1.2倍。加载时0号块两侧挂篮要同步对称加载，避免对结构产生不对称弯矩。

3.4 施工过程线形控制

对于桥梁施工测量，首先建立全桥坐标控制网，建立两个以上不受施工影响的高程控制基准点，施工中在各0号块和墩身、承台等位置布置标高观测基准点和沉降观测点，定期进行校核。

在不对称连续刚构桥施工过程中，线形控制的主要观测内容有:

1)桥墩沉降、偏转观测;2)悬浇段端部挠度观测;3)主梁轴线测量。

悬浇过程中，影响悬浇段端部挠度的因素有很多，包括挂篮本身弹性变形量、结构悬臂变形(挠度变形与转角变形)、桥墩沉降变形、温度变化对悬臂造成的变形以及由于不对称荷载造成桥墩偏转产生的悬臂端的挠度变形。

在施工控制中，通过对测量结果的分析处理得到各影响因素产生的变形量。

在悬浇梁段施工控制中，分别对各节段空模状态、混凝土浇筑后、预应力束张拉后以及挂篮前移到位四个工况进行标高测量。标高测量分别观测在梁顶底板位置预埋的观测点的标高，得到各工况的挠度变化量。对于悬臂较大、梁刚度较小的阶段，各悬臂节段在测量本节段断面标高的同时，需要对前几个节段的断面标高观测点进行相应工况测量，得到大悬臂状态下变形较大位置的挠度变形情况。

3.5 施工过程应力监测

应力监测通常选择在各控制截面位置预埋应力传感设备，对各主要工况进行应力监测，得到实测应力值，通过与理论预测值进行对比，保证结构受力安全。本桥在各0号块端部截面与桥墩控制断面预埋了钢弦式应力传感器。

对各悬浇节段、体系转换阶段以及顶推等关键施工阶段进行应力监测。例如，对梁段预应力束张拉前后进行应力数据采集，可以很大程度上避免应力结果受到混凝土收缩徐变与温度变化的影响。

3.6 合龙段控制

3.6.1 对合龙段工序进行优化

根据现场实际情况以及工期的要求，对设计合龙工序进行了一定调整。对合龙段施工工序进行优化，首先保证结构安全，其次保证优化后能够达到设计要求的成桥状态。通过优化能够节约施工成本，加快施工工期。

3.6.2 预防由于张拉预应力导致混凝土开裂的措施

近年来，连续刚构张拉底板预应力束时频繁出现底板开裂现象。施工控制中，采取了多种方法防止裂缝出现:

1)施工中强调对预应力筋的定位要准确，防崩钢筋与定位筋的数量与位置必须严格按照设计要求进行，尤其是对转角较小的预应力筋要格外注意，保证防崩钢筋卡在波纹管凹槽内，并保证锚固长度以抵抗外崩力;

2)分别在合龙段附近增加了4道横隔板，以保证结构受力安全。横隔板对整个结构的受力以及防止底板开裂具有十分重要的作用;

3)对合龙段预应力张拉顺序进行优化。将整个张拉过程改为进行多批张拉，每批张拉后及时注浆，以增加截面有效面积，并避免连续张拉相近的预应力束。

3.6.3 顶推控制

连续刚构体系成桥之后，由于收缩徐变将导致结构下挠。边跨的下挠度小于中跨，导致桥墩向中跨方向偏移。因此，对于收缩徐变导致结构挠度变形较大的刚构桥来说，顶推工作必不可少。墩高不对称连续刚构，其矮墩受力更为显著，顶推时以控制矮墩位移为主，保证矮墩在成桥后收缩徐变作用下受力合理，当中跨梁段完成混凝土收缩、徐变后，在桥址处气温达到设计平均气温时，使得刚构梁两个主墩轴线达到处于铅垂位置的理想状态。

由于中跨合龙时，当地平均气温约为25℃，高于设计合龙温度15℃。根据计算，温度增加顶推力1000 kN，中跨合龙时合龙口施加顶推力合力大小为3500 kN。

本桥选用在合龙段两侧断面预埋作用在截面上的顶推撑杆的方式。顶推采用在合龙段端部断面预埋钢板，焊接顶推杆，千斤顶位于两顶推杆之间。顶推杆采用两根12b槽钢通过缀板连接，在保证其轴心受压的情况下需要对其稳定性进行验算。

整个顶推过程，采用分级顶推，通过在墩中心线梁顶处设置全站仪棱镜观测墩顶水平位移、测量千斤顶伸长量控制梁端位移以及控制顶推力三方面控制顶推过程，当任何一方面达到理论计算量则完成顶推。顶推力施加的同时需要对两主墩墩顶位移及合龙口相对位移进行监测，采取顶推力与位移双控，顶推力与位移值其中1项达到设计值后终止顶推作业，随即锁定合龙段。实际施工中施加顶推力达到3500 kN时，实测梁体位移值均未达到相应设计位移值。设计顶推力3500 kN时的梁体位移值见表1。顶推时间选择在晚上，以便顶推完成后进行劲性骨架的安装，监测实际顶推过程位移与顶推力情况。

表1 顶推位移量表 cm

产生顶推力达到计算值后，梁体位移未达到设计值的原因，最主要的是在计算模拟过程中，未考虑普通桥墩对整个结构刚度的影响。

3.6.4 其他注意事项

1)浇筑混凝土时间选择在晚上温度较低的时段，并加强养护;2)合龙段混凝土中适当添加膨胀剂，本桥选用HJUEA低碱膨胀剂，用量为水泥用量的4%，在施工中应增加混凝土的拌合时间，并延长养护时间;3)合龙段两侧断面混凝土凿毛要彻底，并且应在混凝土具有一定强度后再进行凿毛，否则影响接头质量;4)合龙前应对近几日的天气情况进行预报，避免在剧烈降温天气浇筑混凝土;5)在合龙前后应及时清除桥面荷载，尤其是不对称荷载，减小由于桥墩偏转对大悬臂结构产生的标高影响;6)顶推时，根据顶推力的大小，千斤顶吨位应在最大顶推力的1.2倍左右。

4 结语

1)对于不对称连续刚构桥，各“T”悬浇节段挠度变形量不同，对施工控制工作提出了更高要求。模拟计算参数的选取需要在整个施工过程中进行不断修正，以便对结构变形量进行准确预测，得到准确的预拱度，保证结构合龙两侧高差满足规范要求。2)对施工过程中测量数据要进行分析处理，出现不一致情况需要进行分析调整，确保线形达到目标线形。3)在施工控制过程中，对预应力筋的定位以及张拉吨位要严格控制，并根据设计情况适当增加措施防止混凝土开裂。4)不对称连续刚构桥各“T”之间由于成桥后收缩徐变产生的挠度变形不同，因此要准确控制顶推过程，包括顶推值选取、顶推过程中顶推力与结构位移控制。

［1］徐君兰.大跨度桥梁施工控制［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］沈阳云.高墩大跨连续刚构铁路桥合龙施工关键技术［J］.铁道建筑，2009(4):21-22.

［3］周 伟.连续刚构箱梁底板崩裂原因分析与对策［J］.科技咨询，2009(13):121-123.

［4］刘防震.苏通大桥主跨268 m连续刚构的施工监控［J］.公路，2008(12):88-89.

［5］肖长礼.水磨湾特大桥连续刚构施工监控［J］.公路交通科技，2005(3):66-68.