多跨长联大断面连续箱梁桥悬浇施工关键技术研究

何永昶 上海铁路局建设管理处

1 引言

某新建铁路桥为客运专线四线（线间距：4.4 m＋5.3 m＋4.4 m），设计时速200 km，全长2 222.334 m。主桥长1 341.7 m，采用（45+65+14×80+65+45）m预应力混凝土连续梁桥式，位于直线上，大部分位于平坡段；主桥主梁为单箱三室结构，直腹板，全桥箱梁顶宽21.7 m，底宽16.1 m。边支点处梁高3.0 m，次边墩支点梁高5.5 m，其余中支点梁高6.5 m,各中跨跨中处梁高3.5 m；梁底曲线按圆曲线变化。边支座中心线至梁端0.85 m。梁体采用纵向、竖向双向预应力，在墩顶和跨中均布置横隔板。主梁采用有砟桥面；主桥墩号为43＃～61＃，纵向中间52＃墩设置为固定墩，其余各墩均为活动墩。

该桥为多跨长联四线单箱大断面结构，主桥主梁采用挂篮悬臂灌注法施工。由于悬臂法施工的预应力混凝土连续梁桥，桥梁形成要经历复杂的体系转换过程，桥梁的受力和位移较为复杂；对于多跨长联连续箱梁，在悬浇施工过程中，需要经过多次合龙，箱梁悬浇挂篮设计、箱梁悬浇施工的线形控制均为该桥顺利施工所必须解决的关键问题。

2 多跨长联四线单箱梁悬浇施工方案

2.1 总体施工顺序

按照结构体系形成过程，第一步：以各墩为中心悬臂逐段浇注梁体至跨中附近形成“T”型；第二步：原则上相邻两个“T”型合龙形成“∏”型；第三步：逐个“∏”型依次合龙，经过多次体系转换形成多跨连续梁，合龙顺序由中间向两岸方向对称进行。在小合龙形成“∏”时，一处转化为纵向固定，其余均为纵向活动。在大合龙时由全联中间52＃墩向两侧合龙，此时正中52＃墩为固定支座墩，其余为纵向活动支座墩。

2.2 主梁施工流程

根据现场施工实际情况，箱梁上部结构施工投入9套挂篮施工，先期 9 套挂篮分别投入 45#、46#，47#，48#，51#，52#，53#，57#和58#墩T构悬臂施工，在此9个T构施工完毕后，根据就近原则，45#墩T构挂篮转入44#墩T构悬臂施工，46#墩T构挂篮转入59#墩T构悬臂施工，47#墩T构挂篮转入50#墩T构悬臂施工，48#墩T构挂篮转入49#墩T构悬臂施工，51#墩T构挂篮转入60#墩T构悬臂施工，52#墩T构挂篮转入54#墩T构悬臂施工，53#墩T构挂篮转入55#墩T构悬臂施工，45#墩T构挂篮转入44#墩T构悬臂施工，58#墩T构挂篮转入56#墩T构悬臂施工，57#墩T构挂篮不倒用。

2.3 0＃、1＃ 块施工方案

0#、1#块支架施工，充分利用承台的宽度及箱梁的长度，将临时固结立柱设置在靠近1#块梁端，依靠主墩墩顶永久支座承受竖向力，临时固结立柱抵抗偏心弯矩，使临时固结立柱反力减小。

除0＃块、1#块、边跨直线段采用支架施工，合龙段采用吊架施工外，其余节段均采用挂篮悬臂施工，在合龙前采取临时锁定措施，保证梁体的整体稳定性。

2.4 主梁挂篮的结构形式

由主梁系统、吊挂系统、底平台系统、模板系统、走行系统、后锚固系统六部分组成。其中，挂篮主梁系统由贝雷架拼装而成，设置前后支腿，挂篮横桥向共布置4组主梁，长度为15 m，作用为控制节段施工时横向稳定、承受节段施工荷载及辅助走行。

2.5 标准段挂篮施工步骤

（1）节段施工工序

挂篮走行就位→调整底模及侧模标高→绑扎钢筋、安装内模及预应力管道→浇注节段砼→砼养生、张拉预应力→放松吊挂系统→下落底平台→挂篮主梁及底平台分别前移。

（2）挂篮走行工序

第一步将底模平台下落约50 cm后临时悬挂于梁体上；第二步前移挂篮主梁至施工下一阶段位置，主梁就位后重新安装好前后支腿及后锚固系统；第三步利用走行吊挂及走行纵梁及在锚固于前一节段梁端底板上的走行框上牵引底平台。

3 挂篮预压试验

3.1 挂篮预压试验目的

（1）消除挂篮的非弹性变形，获取挂篮主梁弹性变形数值，并与理论计算值进行比较，确定挂篮实际预抬量。

（2）检验挂篮贝雷梁主梁、前上横梁、前后下横梁、前吊带以及后锚固等主要受力构件受力状况，确保挂篮运行安全。

3.2 挂篮主桁及前上下横梁荷载试验方法

选择开阔平地组拼挂篮试验平台，在平台上将两只挂篮主桁反向对拼，在前后支腿位置设置分配梁模拟挂篮前后支腿受力，将试验挂篮主梁放在上方，对拉挂篮主梁放在下方，支撑在试验平台上并与试验平台连接牢固；在挂篮后锚固位置将上下两组贝雷梁临时操垫，然后按照挂篮5#节段施工时的后锚固预张拉力张拉140 kN；在挂篮前上横梁位置上端安装前上横梁，下端安装前下横梁，在前上横梁各设计吊点位置安装精轧螺纹钢筋吊杆，利用8台千斤顶根据试验加载荷载和步骤分级同步张拉加载各吊杆并观测挂篮变形值和检测各受力部件。

3.3 挂篮荷载试验结果分析

（1）预压加载试验数据分析

根据理论计算，挂篮预压加载试验时，3号观测点对应试验张拉值的弹性变形为37.4 mm，贝雷梁销孔错孔引起的非弹性变形为4.0 mm，理论变形合计为41.4 mm。根据实际测量，在挂篮预压试验过程中，挂篮预压平台发生了沉降，引起了贝雷梁主梁的转动，由此转动引起3号测点的下降量如图1所示。

图1 挂篮预压平台转动引起3号测点下降量计算简图

由图可知，由于挂篮预压平台沉降引起的3号测点下沉量为16 mm，因此，3号测点理论变形量为41.4+16=57.4 mm，实际测量数据为56 mm，两者偏差为1.4 mm，偏差率2.44%，由此可知，挂篮变形理论计算值基本准确可靠，挂篮受力及变形均能满足设计及施工需要。

（2）预压卸载试验数据分析

同样以3号测点为例，通过预压卸载试验，变形值为48 mm，与预压加载时变形量48 mm完全一致，其余测点也基本相同，由此可知，卸载后，挂篮变形全部复原，未产生不可恢复的塑性变形，挂篮结构均在容许受力范围内。

3.4 主梁挂篮预抬量设置

挂篮预抬量设置时，挂篮本身荷载产生的变形已经发生，因此，设置预抬量时，应用实际总变形量减去挂篮自重产生的变形，经理论计算，挂篮自重引起的边主梁变形（包括吊带伸长）为4.3 mm，中主梁变形（包括吊带伸长）为6.6 mm。主梁挂篮预抬量设置如表1所示。

表1 主梁各块段预抬量设置值

4 多跨长联四线单箱连续梁桥主梁悬浇施工监控

4.1 监控特点及对策

（1）全桥经历了11次小合龙和7次大合龙形成设计成桥状态，整个施工过程经过多次体系转换，混凝土的收缩徐变特性、温度、预应力束张拉等因素对结构线形及受力均产生较大的影响。

（2）该桥为客运专线四线，较常见的单线和双线铁路桥宽得多，合理控制施工过程中箱梁的扭转变形及确保箱梁横向线形显得非常重要。

（3）鉴于该桥需经过多次合龙，施工周期长，混凝土的收缩徐变特性、温度等因素对支座预偏量的设置影响非常大，应根据实际施工方案及合龙温度计算合理的各活动墩的支座预偏量，并加强监测。

为确保成桥线形及内力与设计相符以及施工过程安全，本桥采取了以下主要监控对策。

（1）以设计的成桥状态为目标，按照实际采用的施工方案及设计参数计算确定每一施工步骤应达到的分目标，并建立施工过程跟踪分析程序，利用跟踪分析程序来指导以后的施工过程和必要的调整与控制。

（2）沿箱梁横向设置多个立模标高及箱梁顶面标高测点，根据箱梁的横向线形及挂篮变形的横向分布，提供和控制各测点的标高，尤其是两边测点的标高。

（3）根据施工过程实际采用的合龙方案及实测参数，实时计算各活动墩的支座预偏量，并考虑每次合龙的实际温度与理论取值的差异对其进行修正；同时，从首次合龙起，就加强活动墩处箱梁的实际位移量的监测，根据监测数据对后续支座预偏量的设置进行适当调整。

4.2 实时控制措施

（1）施工单位在开始悬浇箱梁施工前，根据现场情况，编制切实可行的详细施工组织，严格按拟定的施工方案尤其是合龙顺序组织施工。

（2）混凝土浇筑时，实时测定混凝土抗压强度、容重及弹性模量（得到完整的Ec～t曲线）、预应力钢绞线的弹性模量、预应力损失、箱梁截面尺寸、挂篮变形等关键参数，并根据实测值进行跟踪计算，结合现场测量总结的温度对箱梁挠度的影响规律，实时计算调整悬浇箱梁立模标高。

（3）严格按立模标高定位挂篮，并拧紧挂篮吊杆与上横梁的连接螺栓。

（4）根据现场监测结果，制定针对性的小合龙、大合龙方案，并加强合龙过程的箱梁变形及应力的监测。

4.3 监控结果

（1）各节段箱梁立模标高实测值与预告值误差不大于10 mm，满足规范要求。

（2）所有节段箱梁立模平面位置控制点坐标实测值与预告值基本一致，满足规范要求。

（3）各节段箱梁顶面标高实测值与理论值误差不大于10 mm，满足规范和设计要求。

（4）所有节段箱梁梁顶平面位置控制点坐标实测值与理论值基本一致，满足规范和设计要求。

（5）全桥箱梁控制截面应力实测值小于规范容许值。

（6）所有合龙段箱梁施工前两侧悬臂端底板标高实测差值与理论差值最大误差均不大于规范容许误差15 mm。

（7）成桥后箱梁顶面标高实测值与理论值误差不大于20 mm，满足规范要求。

（8）从现场监测结果来看，该桥主梁施工均正常，未出现异常现象；成桥时主梁的线形满足设计要求；成桥后结构内力状态合理，满足设计要求。

5 总结与建议

（1）多跨长联悬浇箱梁施工原则上采用相邻两个“T”型小合龙形成“∏”型，然后逐个"∏"型依次大合龙，经过多次体系转换形成多跨连续梁的施工方案；对于大断面悬浇箱梁挂篮主梁可采用贝雷梁，并需对挂篮进行预压试验及对挂篮主梁进行走行试验，以验证挂篮的安全性并消除挂篮的非弹性变形，为确定挂篮弹性变形提供实测依据。

（2）对于四线单箱大断面主梁悬浇施工，应沿箱梁横向设置多个立模标高及箱梁顶面标高测点，根据箱梁的横向线形及挂篮变形的横向分布，提供和控制各测点的标高，尤其是两边测点的标高，以免箱梁在施工过程中发生横向扭曲。

（3）为了分析温度（尤其是日照温差）、混凝土收缩徐变等因素对悬浇箱梁变形的影响规律，建议选取1到2个最大悬臂状态T构进行悬臂端竖向变形实时监测，并根据观测时的温度、混凝土实测弹性模量、混凝土浇注及预应力张拉完时间等参数对其进行理论探讨，以更好地控制多跨长联悬浇箱梁成桥线形。