浅析大跨度连续刚构桥施工控制关键技术

（石家庄市公路桥梁建设集团，河北 石家庄 050091）

一、引言

目前，我国大跨度连续刚构桥主要采用悬臂施工法施工，但采取悬臂法施工时，该种桥梁较易出现腹板斜裂缝或下挠过大等问题，为了确保桥梁修建的安全性，必须对桥梁进行施工控制。

二、工程概况

某连续刚构桥梁主跨210m，按112m+210m+112m的方式布置桥跨，桥梁引桥为连续T梁桥，桥梁起止桩号为：K11+973～K12+817，桥梁全长844m。主桥梁采用的截面形式为双幅对称单箱单室，其中单幅桥梁有15m宽的顶板，70m的最大桥高。

三、有限元理论分析

本文采用Midas Civil有限元软件进行建模，除了对桥梁的应力以及线形等进行分析之外，该模型还考虑了混凝土在十年内的收缩徐变影响和结构所受的施工工期的影响。

（一）应力计算结果

通过有限元软件的计算，桥梁上部结构在整个施工时期所受到的拉应力最大值为0.6MPa，压应力最大值为14.7MPa。桥墩在施加完二期恒载后的应力值：9#墩顶处应力值达到-4.6MPa，墩底处达到-6.0MPa；10#墩墩顶处应力值达到-4.7MPa，墩底处达到-6.0MPa。

（二）线形计算结果

对收缩徐变进行十年的考虑时，桥梁南部的边跨端部有49.7mm的水平位移量，北跨的边跨端部则有54.4mm的水平位移量，在收缩徐变后，桥梁中跨处的9#主墩有17mm的水平位移量，10#主墩有22.5mm的水平位移量。

（三）结构受到不同施工进度的影响

当不同施工进度的差值为一年时，桥梁悬臂段的下挠差值累计达到20mm。

（四）悬臂浇筑不平衡自重主墩偏位

在施工时，由于无法同步进行混凝土的浇筑以及施工，使得桥梁的T构有弯矩产生，在纵桥方向墩顶将产生位移，弯矩值随着悬臂段的增加而增加。通过对有限元模型中的自重为1830kN的最大悬臂端（即28#）加载5%～20%自重（按照叠加5%的方式）的竖向不平衡力，分别测试高度为70m的10#墩的墩顶位移和墩底应力，测试结果表明：随着不平衡百分比的增加，墩顶的水平位移以及墩底的最大压应力均呈现正比例关系，而墩底的最大拉应力则为反比例关系。

四、悬臂施工阶段控制

悬臂施工属于超静定结构，因此桥梁在施工时涉及到多次的体系转换，要确保桥梁成桥时的状态满足要求，除了需要对设计进行优化外，对施工监控的依赖也较多。由于实际施工时具备较多不确定因素的影响，所以仍需要通过施工控制对设计理论进行调整。施工监控应以标高的线形控制中的预拱度设置为主，而预拱度主要受到挂篮变形、收缩徐变、人为因素、桥梁施工预拱度设置四个方面影响。

五、合龙控制

合龙前，连续刚沟桥的状态为T构悬臂，在开始进行边跨的合龙时就包括了一系列体系转换的问题，并且合龙时的施工难度较大，成桥的质量与合龙质量具有直接的关系。若合龙时的质量控制较差，将直接导致成桥时的线形不平顺，对结构的内力而言，强行合龙也会造成较大的影响。

（一）合龙配重

对连续刚构桥梁的合龙施工而言，任何施工方法都涉及配重问题。合龙的配重过程包含基本配重和附加配重两部分。基本配重可使T构的悬臂段两段不会因合龙段浇筑混凝土而产生下挠，避免混凝土在浇筑时由于下挠而出现开裂的问题，同时调整标高及混凝土的徐变。附加配重是在完成合龙段的施工后，并在混凝土强度符合要求后才进行卸载。桥梁的施工控制是利用连续刚构桥的体系在合龙后已完成转变，附加配重在卸载后无法抵消先前加载的影响，以此达到对桥梁结构的变形以及内力进行调整的目的。

（二）合龙顶推

连续刚构桥梁悬臂端采用顶推可降低温度对桥梁合龙时的影响，并且只能在进行桥梁中跨的合龙时才能采用顶推的方式，在边跨合龙时，由于存在铰支座，在温度变化时存在自由变形，因此并无温度应力产生。

（三）边跨合龙

考虑在成桥后运营的10年时间内混凝土收缩徐变的影响，将本项目桥梁南端边跨端部以及北端边跨端部朝向主墩方向分别设置49.79mm和54.4mm的水平位移量。因此，在将边跨支座安装于边跨现浇段时，需预先对支座施加预偏量，合龙时的设计温度取的是桥梁所处地区的月平均温度最高和最低的平均值。

（四）中跨合龙

中跨合龙段有2m的长度，40.7m3的圬工体积，重达106.1t。由理论计算可得，中跨合龙悬臂端的配重为53t，下挠为5.7mm。通过有限元模型分析可知，为使墩顶的水平偏位降低，需在合龙前对中跨悬臂端施加水平推力。在最大的悬臂端分别施100、200、300kN的推力，得到墩顶的水平位移分别为9#墩：-1.70mm，-3.41mm，-5.11mm；10#墩：2.81mm，5.62mm，8.45mm。由数据可知，顶推力和水平位移呈现线性关系。通过该种关系展开法系优化推力以及温度影响的分析。

1、收缩徐变对顶推力的影响

确定了桥梁运营一定时间后，由于混凝土收缩徐变所需要的实际顶推量之后，还需考虑与理论相比实际存在的摩阻力，并且桥梁在成桥到混凝土完成收缩徐变的时间较长，若采用提前预顶100%的收缩徐变值，在完成合龙后，结构在运营期内将会产生较大的反向位移，并在该段时期还存在活荷载，对于桥墩而言具有较大的不利弯矩，容易导致开裂等现象。结合工程经验，对于预顶值只需占据实际混凝土收缩徐变的60%。

2、温度对顶推力的影响

在平均温度为30°C的前提下，在升温10°C和20°C后，9#墩合龙的温差位移为-8.6mm和-17.1mm，10#墩则为11mm和22.4mm。从上述结果可知，增加顶推力可有效解决高温合龙问题。在合龙温度高10°C或20°C的情况下，两墩可增加顶推力448.4kN或898kN。在顶推作用下所产生的墩底累计应力值为：9#墩最大压应力为8MPa，最大拉应力为-2.2MPa，10#墩分别为8.4MPa和-2.3MPa。

六、结语

由于混凝土的收缩徐变，如果连续刚构桥在3/4边跨以及跨中处有较大的下挠，施工时应尽可能保持同步浇筑混凝土，防止出现因混凝土浇筑龄期不一致导致的合龙质量差。连续刚构桥在运营一定的时期后将会出现较大的下挠，因此在施工时应对其预加预拱度，预拱度的线形应采取余弦曲线。在大跨度的连续刚构桥施工过程中，应结合工程实际制定施工工艺，以保证桥梁质量。桥梁合龙时，应严格控制合龙配重以及顶推力等。