汾河特大桥合拢段顶推位移控制

魏 鑫

（山西省交通科学研究院，山西 太原030006）

预应力混凝土连续刚构桥是桥墩固结的多次超静定结构，在施工和后期运营阶段中受梁体自重、混凝土收缩徐变、温差等因素的影响，梁体会产生位移，造成主墩偏位。而预应力混凝土连续刚构桥在合拢段施工过程中，由于施工实际温度和设计温度可能会存在偏差，将会使梁体产生位移，造成主墩偏位，产生应力。为了消除主墩由于结构自重、混凝土收缩徐变以及合拢温差等引起的位移和应力[1-2]，使桥梁后期的线形和设计线形符合较好，可在连续刚构桥中跨合拢前对梁体施加水平顶推力，使主墩产生一反向水平位移来抵消这一不利影响，调整桥墩受力状态，使成桥后结构在运营阶段的应力和内力处于安全可控范围内，确保桥梁的使用安全。

1 工程概况

汾河特大桥位于霍永高速公路东段K10+852.48处，东西向横跨汾河，分左右幅，桥梁全长2 421.96 m。上部结构：主桥采用（66.98+7×120+66.98）m预应力混凝土刚构-连续组合梁，箱梁截面形式为单箱单室，顶板宽12 m，底板宽6.5 m，翼缘板悬臂长度为2.75 m；主墩顶0号块梁高7.5 m，跨中合拢段梁高2.5 m，主墩根部至跨中合拢段梁高按1.8次抛物线变化。桥梁下部结构为：11号、20号主引桥过渡墩和12号、19号主桥桥墩采用空心墩，13～18号主桥桥墩采用双薄壁空心墩，墩高在53～75 m之间，桥梁总体布置如图1所示。

图1 汾河特大桥总体布置示意图（单位：cm）

汾河特大桥主桥为九跨一联预应力混凝土刚构-连续组合梁，属于大跨高墩桥梁，且主跨跨数多，合拢次数多，其中边跨合拢段4个，中跨合拢段14个。主桥原合拢顺序为：先合拢第12跨、20跨，然后依次合拢第13跨、19跨，第14跨、18跨，第15跨、17跨，最后合拢第16跨，在施工过程中受施工条件和施工周期的影响，大桥合拢顺序调整为：先合拢第15跨、17跨，然后依次合拢第14跨、18跨，第16跨，第12跨、20跨，最后合拢第13跨、19跨，且在第14跨、15跨、16跨、17跨、18跨合拢过程中施加1 500 kN的顶推力，全桥共需顶推10次。合拢顺序的改变、顶推力的施加使得梁体在顶推后发生位移，这给监控带来了很大的困难。既要保证顶推力和顶推位移的到位，又要确保桥梁在施工过程中预拱度的准确性，以利于成桥后桥梁线性的平顺性。

2 有限元模型的建立

汾河特大桥主桥属多次超静定结构，仿真分析计算主要采用了平面杆系有限元分析法进行，采用桥梁博士结构分析软件进行结构分析计算。在进行仿真计算时，根据实际施工情况及施工设计图纸中将全桥离散为568个节点，565个单元，其中主梁单元349个，桥墩单元216个，边界条件近似模拟为：8个主墩与大地固结，过渡墩支座模拟成活动铰接，结构离散图如图2所示。

图2 汾河特大桥结构离散图

3 顶推施工

3.1 顶推时间的确定

温度变化对桥梁结构的受力和变形影响很大，这种影响随温度的改变而改变，在不同时刻对结构状态（应力、变形）进行量测，其结果是不一样的。根据前期累计的气象记录确定适宜刚性支撑顶推焊接的施工时间，合拢段顶推应在晚间温度最低时进行，此时两端梁体已回缩至最短状态，随时间推移温度增高梁体热胀，刚性支撑完全受压，本桥最终确定的顶推时间为晚上12点。

3.2 量测控制点的布置及观测

本桥顶推主要对梁端标高、桥墩偏移量、合拢段长度的变化进行观测，标高测量主要是在“T”构箱梁最前端预埋钢筋头测量在顶推过程中箱梁高程的变化[3]。

3.3 顶推工作

根据设计单位提供的1 500 kN的水平顶推力，最大悬臂段现浇施工前根据设计图纸，将合拢段刚性支撑预埋件和顶推托架准确定位预埋于最大悬臂梁端，在定位、安装刚性支撑前将骨架中部的底连接板焊在先施工的骨架上。合拢段对应两端刚性支撑在预埋定位时应通过角钢临时连接以保证合拢时对接精度。在中跨合拢段箱梁梁体腹板施加1 500 kN水平力，将箱梁向合拢方向外顶推。

为了保证合拢顶推时桥梁的安全，顶推加载施工采用水平向变位与顶推力双控指标控制，控制以顶推力为主，水平、纵向变位校核。顶推过程中，须遵循“对称、均值”的加载原则，加载时采用分级加载，依次为300 kN、750 kN、1 200 kN、1 500 kN。每加载一级要让千斤顶持力15 min，以保证桥墩偏移量达到要求。

4 顶推位移分析

全桥分为左右幅，合拢段14个，顶推10次，由于合拢次数多，合拢误差会累积，对后续合拢造成不利影响，为保证全桥的合拢误差在规范和设计要求范围之内，顶推工作尤为重要，经过科学合理的计算和分析，在施工过程中尽量减小误差，保证合拢精度[4]。右幅第15跨、第14跨、第16跨顶推计算值与实测值对比表分别如表1、表2、表3所示。

表1 第15跨计算值与实测值对比表 cm

表2 第14跨计算值与实测值对比表cm

表3 第16跨计算值与实测值对比表 cm

通过表1～表3可以看出：

a）从合拢段长度变化量和墩顶偏移量可以看出，在顶推初期，由于力在梁体中的传递较慢，存在滞后性，实测值与计算值相差较大，随着顶推力的增大，实测值与计算值的相差在逐渐减小。合拢段长度变化量实测值与计算值比值由0.60增加到0.97，墩顶偏移量实测值与计算值比值由0.61增加到0.98。

b）14号墩墩高72.5 m，15号墩墩高70 m，在第15跨顶推过程中，14号墩顶偏移量要大于15号墩顶偏移量，分析原因为14号墩桥墩刚度要比15号墩桥墩刚度小。

c）在第14跨顶推过程中，由于第15跨已经合拢，模型计算的13号墩顶偏移量计算值要远大于14号墩顶偏移量计算值，在顶推过程中实测值也是如此，所以在顶推过程中，须遵循“对称、均值”的加载原则，以免轴线发生偏位。

d）模型的计算值比施工过程的实测值要大，这与模型中结构的刚度和桥梁实际刚度存在出入有关，同时在实测中也存在误差。

e）在整个顶推过程中，最前端的梁段高程变化都比较小，说明在顶推过程中桥梁结构是安全的。

5 结语

a）通过对霍永高速公路东段汾河特大桥顶推位移分析可以看出，施工过程中顶推的位移实测值与采用有限元进行仿真模拟分析的计算值较为吻合，同时也验证了汾河特大桥顶推方案的合理性和可行性。

b）在顶推初期，由于力在梁体中的传递较慢，存在滞后性，合拢段长度变化量实测值与计算值相差较大，随着顶推力的增大，实测值与计算值的相差在逐渐减小。

c）有限元仿真模拟的计算值比施工过程的实测值要大，这与模型中结构的刚度和施工现场实际刚度存在出入有关，在今后的仿真模拟分析中应考虑结构的实际刚度。