290m空腹式连续刚构桥梁合龙技术

陶 路

（中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司 武汉 430034）

北盘江特大桥跨径布置为82.50m＋90＋220m＋82.5，为一座5跨空腹式预应力刚构桥［1］，见图1。全桥共计5个合龙段，分别是2个边跨、次边跨及1个中跨合龙段。合龙段箱梁长均为2.0m，箱梁高4.5m，底板宽6.5m，顶板宽10.5m，腹板厚0.45m，底板厚0.32m，顶板及翼板厚度为0.2～0.65m，边跨合龙段混凝土量为19.51m3，重约51t。次边跨及中跨合龙段混凝土量为27.83m3，重约72t。

大桥跨度较大，合龙口较多，工序复杂，受合龙温度及运营状态主梁收缩、徐变影响，各主墩将产生纵向偏位，合龙段也将受温度作用影响，受力较为不利，需采用合龙锁定、顶推等措施保证结构安全［2－4］。

图1 北盘江大桥总体布置图

1 合龙顶推研究

北盘江大桥主跨290m，6～9号墩高依次为78，123，176，68m，合龙温度、混凝土收缩、徐变形对结构后期墩顶偏位影响较大。合龙温度与设计温度存在一定的差异，温度效应及收缩、徐变效应将致梁体产生收缩变形，引起墩顶纵向偏位，主墩将处于偏心受压状态，结构受力不利，影响桥梁线形及运营安全。为消除上述因素的影响，需在大桥合龙时，在合龙口施加一对反向顶推力，致主墩产生合理反向预偏，改善结构受力［5］。

1.1 合理顶推量确定

北盘江大桥顶推量主要结合合龙温度及混凝土收缩、徐变对墩偏影响计算结果进行确定。因此，需对大桥进行温度等影响性分析。

1.1.1 合龙温度影响性分析

合龙时，桥址温度与设计温度的温差效应将致主墩产生偏位。结合北盘江大桥施工工序，采用有限元软件MIDAS对不同的合龙温差作用下的主墩偏位进行了计算分析，计算结果见图2。

图2 不同温差下各墩偏变化量（向跨中偏为正）

由计算结果可见，各主墩偏位与温差变化成正比关系，受温差效应影响，6～9号墩顶偏位与合龙温差的关系依次为3.66，1.49，1.33，3.49 mm／℃。

1.1.2 混凝土收缩、徐变影响性分析

桥梁合龙后，由于主梁混凝土收缩、徐变影响，将致主梁产生竖向及纵向位移，引起主墩偏位。根据相关规范，采用有限元软件MIDAS建立由施工阶段至成桥阶段的模型，以考虑施工过程累积受力状态对运营阶段下的收缩、徐变引起的主墩偏位进行了计算分析，计算结果见图3。

图3 不同运营阶段各墩偏变化量（向跨中偏为正）

由计算结果可见，成桥10年后，6～9号墩由主梁收缩、徐变引起的墩顶偏位依次为80，32，28，76mm，2次边墩偏位相对较大，主墩由于中跨、次边跨同时收缩，位移相反，水平偏位相对略小。

1.1.3 顶推量确定

本桥次边跨、中跨合龙时间为2013年5月中旬，桥址夜间温度基本为19℃，合龙段锁定及合龙均在夜间温度稳定时进行，无需考虑日照引起的墩偏影响。因此，合理顶推量以运营10年后墩顶偏位为基准，结合温度影响量进行修正，6～9号墩顶推量确定为75.5，30.5，26.7，72.5mm。

1.2 合理顶推力确定

1.2.1 顶推力影响性分析

本桥顶推过程分为次边跨顶推和中跨顶推作业，2次顶推对各墩的影响均有所不同，为了合理地分配各顶推力，分别计算了次边跨、中跨顶推力与各墩顶偏位的关系，见图4。

图4 各跨合龙时顶推力与各墩偏位关系（向跨中偏为正）

由图4可见，次边跨合龙时，6～9号墩顶推力与各墩偏位的关系依次为－0.039，0.032，0.05，－0.033mm／kN；中跨合龙时，6～9号墩顶推力与各墩偏位的关系依次为－0.015，－0.016，－0.017，－0.016mm／kN。

1.2.2 顶推力确定

北盘江大桥全桥5个合龙口，其中3个需顶推作业，6～7号、7～8号、8～9号墩间顶推力分别为F1～F3。由顶推力与各墩顶偏位的关系，同时综合考虑各墩高、刚度及墩偏受力影响性，确定了F1，F2，F3分别为1 000，3 300，900kN。顶推完成及运营10年后预测墩顶偏位见表1。

表1 顶推完成及运营10年后预测墩顶偏位 mm

由表1可见，3个合龙的顶推作业可基本抵消成桥后10年间主梁收缩、徐变引起的主墩偏位，优化墩身结构受力。

2 合龙施工技术

2.1 合龙配重措施

合龙配重措施主要通过合龙段浇筑过程同步卸载等量合龙配重，实现施工过程中合龙口保持较高的稳定性，以保证合龙混凝土浇筑过程中不受扰动，完成高质量合龙。合龙配重需同时考虑大桥主墩受力，以主墩弯矩平衡及合龙段混凝土重量进行确定。

各跨合龙时，配重位置及荷载见图5。合龙时，合龙口两侧的悬臂前端配重为合龙段混凝土的一半，另外一侧悬臂前端配重荷载为合龙段混凝土与施工吊架重之和的一半。边跨合龙时，配重位置确定为6号、9号墩主梁悬臂前端，边跨侧配重荷载为25.5t，次边跨侧配重为25.5＋10＝35.5t；次边跨合龙时，合龙口两侧各配重36t，跨中侧配重均为46t；中跨合龙时，合龙口两侧各配重36t。合龙浇筑过程中同步等量卸载合龙口两侧悬臂前端的配重，另一侧悬臂配重荷载保持不变，以保证合龙全过程中合龙口高度稳定及主墩 受力平衡。

图5 北盘江大桥合龙时配重示意图

2.2 合龙顶推、锁定措施

合龙顶推为消除合龙温差、后期收缩徐变引起墩身偏位的重要工序，需精确实施。按大桥合龙工序安排，配重作业施工完成后，可进行顶推作业。根据合龙顶推研究成果，3跨的顶推力分别为900，3 300，1 000kN，顶推位置于箱梁顶板与腹板的交汇处，顶推按20%→50%→80%→100%的4个级别进行，以保证均匀、对称地对两T构施加顶推力，避免箱梁出现扭转现象。

大桥合龙后，结构将由静定结构转为多次超静定结构，温度变化将致结构产生次内力，对新浇筑合龙段混凝土受力较不利，需在合龙口设置刚性支撑，并且以抵抗温胀、收缩力为原则进行布置，合龙安排在夜间温度较低且较稳定的时间段进行，日温差越大，构件受力越大。本桥合龙时日温差约12℃，合龙口采用内、外刚性支撑进行加强，通过温差作用计算结果，顶、底板顶面各布置2根2I40a外刚性支撑，共4处；内刚性支撑布置于腹板上、中、下及顶板内倒角上方共8处。在桥梁顶推完成后，千斤顶保持荷载不变的条件下对刚性支撑进行焊接，焊缝长度不小于0.6m。刚性支撑及顶推示意见图6。

图6 刚性支撑及顶推示意图

2.3 合龙实施

根据前述研究成果，北盘江大桥采用施工吊架进行全桥合龙，按照边跨→次边跨→中跨的顺序进行，合龙工序顺序根据墩身弯矩、主梁受力对称的原则进行确定，同时需兼顾合龙段受力状态施加合龙段配重、刚性锁定等措施。具体施工工序见图7。

图7 北盘江大桥合龙工序流程

3 结语

综合考虑大跨度主梁收缩、徐变及合龙温度效应引起的主墩偏位，对北盘江大桥进行了顶推方案研究，确定了合理的顶推量及顶推力，同时根据墩身弯矩平衡及合龙口稳定的原则，设置了内、外刚性支撑及合龙配重，保证合龙施工过程中合龙段受力的安全，优化了成桥运营阶段结构受力。

［1］ 中交第二公路勘察设计研究院有限公司.贵州省六盘水至盘县高速公路北盘江大桥初步设计［Z］.武汉：中交第二公路勘察设计研究院有限公司，2009.

［2］ 向苇康，郑尚敏，万 水.波形钢腹板PC组合连续箱梁桥施工监控［J］.交通科技，2013（1）：1－4.

［3］ 王梦莹.预应力混凝土连续梁施工监控［J］.交通科技，2011（S2）：99－103.

［4］ 向木生，黄 鹤，刘忠泽.体外预应力主动加固技术施工控制分析［J］.交通科技，2010（2）：7－9.

［5］ 潘国兵，刘 毅.多跨高墩连续刚构桥主梁合龙方案研究［J］.武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2013（1）：23－26.