连续梁桥合龙段施工技术与监控分析

刘 洋

(浙江交工宏途交通建设有限公司 杭州市 310051)

随着我国桥梁建设的快速发展，其施工质量越来越受到广泛关注。混凝土连续梁桥或者连续钢架构桥梁，目前还是以挂篮悬浇法施工方式为主。在采用挂篮悬浇法施工过程中，混凝土连续梁桥施工方法难度较大，工艺复杂，相比其它连续桥梁施工而言，其质量要求更高。以长沙市某混凝土连续箱梁大桥建设工程为依托，对主桥合龙段前后过程中的施工工艺设计、应用以及对各工艺在实际施工过程中需要注意的事项进行详细论述，并结合施工方案制定了施工监控技术方案，将监控实测值和有限元软件模拟理论值进行对比分析。

1 工程案例

某大桥全长330m，主桥由6个跨度应力转变成截面连续梁桥，其引桥主要以5～6孔为一联的30m先简支后连续的预应力混凝土连续小箱梁。此大桥的主桥结构设计标准是6跨一联30m+4×50m +30m的 260m预应力变截面连续梁，如图1所示。该桥直腹板是运用单箱双室断面，单幅箱梁顶板宽度达到16.8m，底板宽度达到了11.98m，其两翼板悬臂长度为2.48m，其梁根底梁为2.78m，跨度梁高度为1.59m，它的腹板与底板的厚度分别为0.5m、0.25～0.5m。箱梁底板厚度与高度均是依照二次抛物线进行有规律变化，箱梁是运用三向预应力结构，纵横向预应力都是使用低松驰高强钢绞线。以跨中合龙段作为施工技术与监控分析对象，施工块位置见图1。

2 连续梁桥合龙段施工技术

2.1 合龙段施工总体设计

连续梁桥合龙之后，其体系将发生变化，转化形成整梁桥的整体，在合龙施工过程中，梁桥的悬臂会最长，其根部的预应力会达到最大值，这对于整个梁桥受力而言最为不利。若多跨连续梁桥进行合龙段施工时，不仅能一个孔一个孔进行合龙，也能多个孔一块进行合龙；不仅能从一边依照顺序合龙，也可从中间向两侧合龙。选择的工程案例中合龙段施工顺序，是依据此工程中设计图纸，其顺序是先两边跨度→次跨度→中跨度，合龙段施工使用吊篮配重，此吊篮不同于传统吊篮，是最新制造的钢质吊篮，其模板是为改制之后新型模板，改制之前是边跨直线段模板。

2.2 合龙段之前施工工艺

在完成桥梁边墩主体施工之后，接着对边墩T型悬臂进行施工如图2所示，还要将边跨直线段钢管桩支架平台拼装加入其中，等工序结束后，再对边跨直线段13#块进行浇筑，另一方面分别浇筑到11#块与12#块时(11#块是指边主墩箱梁对称的悬臂，12#是指主桥箱梁T型悬臂对称)，在12#块段上预埋合龙段托架吊带孔与劲性骨架预埋件，最后产生了合龙之前两个边跨直线段+3个T型结构，如图3所示。

图3 合龙之前T型结构示意图

2.3 合龙段施工过程

合龙段施工工艺具体流程见图4。

图4 连续梁桥合龙段施工流程示意图

如图4所示，锁定1是指边跨度段与悬浇段之间的锁定；浇注是指浇注边跨度上的混凝土；锁定2是指对次边跨度的临时锁定；折除主要是指对边跨度上的贝氏支架进行拆除；拆除+锁定是指拆除临时锢锚，再锁定支座；锁定4是指两边的中跨度合龙段进行锁定；体系转换是指依据设计相关要求，依次对称张拉中跨的第二批连续预应力钢筋，产生六跨度连续结构形成主跨的体系转换。

(1)锁定，对边跨度段与悬浇段之间临时锁定，使用梁体外联结构，而且还将张拉预应力约束至T6，从而以预应力抵消两侧由于温度下降而导致的减小拉力。

(2)浇注边跨合龙段混凝土，此合龙段混凝土倘若张拉具有一定强度，则张拉边跨顶板就会产生负弯矩束，随之又出现张拉正弯矩束。

(3)拆除，对边跨度上的贝氏支架进行拆除，对16#与20#墩顶临顶端临时锚固进行清除，然后对其永久性纵向支座进行锁定，从而使其结构转变成单悬臂梁。

(4)锁定4，指对两边的中跨度合龙段进行锁定；体系转换是指依据设计相关要求，依次对称张拉中跨的第二批连续预应力钢筋，产生六跨度连续结构形成主跨的体系转换。

(5)拆除+锁定，是指拆除17#与19#墩临时锚固，对永久性纵向支座进行锁定，使其结构转变成为单悬臂的双孔连续梁。

(6)锁定4，是指两边的中跨度合龙段进行临时锁定。张拉临时预应力束T7，对17#与19#墩的永久支座锁定，再浇注混凝土。当混凝土达到张拉强度之后再对临时预应力束T7进行解除。则出现张拉边跨顶板负弯矩束，随之出现张拉正弯矩束。

(7)体系转换，指依据设计相关要求，依次对称张拉中跨的第二批连续预应力钢筋、产生六跨度连续结构形成主跨的体系转换。张拉应该依据先长束，后短束；先顶板之后再底板，最后再腹板；先边跨后次边跨，最后才中跨这样的顺序进行操作，边跨度合龙段结束之后示意图，如图5所示。在体系转换过程中，在进行中跨与次跨合龙段之前，第一步就是对劲性骨架进行清除，此劲性骨架主要是存于边跨与次边跨之上，实现体系转换，接着再依据边跨合龙段施工工艺进行实际施工，其合龙段常见如图6所示。

图5 边跨合龙段之后模型式示意图

图6 合龙段常见结构示图(单位：m)

3 合龙段施工监控分析

3.1 监控方案

为确保大桥合龙过程中的结构安全，还须对合龙段进行施工监控，结合工程案例特点，认为在桥梁施工监控过程中必须对其进行事前预测分析，也就是在桥梁合龙段正式施工之前对该施工计划进行具体分析，要准确模拟施工过程，才能在整个桥梁合龙段施工安全与稳定方面从宏观上进行把控。针对合龙段施工进行应力监控，监控重点内容包括合龙段梁内顺桥向的应力分布情况。以中跨合龙段为例进行分析，如图7得知，图中数字为中跨度合龙段应力计算编号，在这些编号中的两个编号106与260是应力计算的横桥方向设置的，其余都是顺桥方向设置的。

图7 中跨合龙段应力计算布置截面示意图

3.2 监控结果分析

合龙段箱梁应力监控测试结果如图8所示。

图8 应力监控测试结果曲线示意图(单位：MPa)

由图8得知，其中第一次、第二次与第三次分别属于张拉后的测试结果，而557#、527#、220#、260#、662#、215#、154#、106#、117#与108#分别为测试点编号。合龙段顺桥向每个测点应力在张拉10d出现波动较大，张拉经过20d之后，其波动慢慢缩小，从测点方位而言，预应力孔道临近测点应力波动较双翼两端偏大。在中跨合龙段预应力钢束张拉之后，其体系结构发生根本性变化，由原来的静定结构转变成了超静定结构，合龙段则承担着最大的弯矩，且合龙段上部结构还要被预应力钢束所束缚着，箱梁底与顶板都遭受挤压；此外，由于外界温度与合龙段之初混凝土内部的水化热形成温度次应力，这些因素会促使各测点的应力在张拉之后的10d之内形成比较大波动。由于时间不断变化，合龙段混凝土逐渐凝结与水化热结束之后，水热化随着温度应力与混凝土收缩应变对合龙段所起到影响逐渐变小。当张拉超过20d，对合龙段产生影响原因包括钢绞线疏松、混凝土收缩变化以及孔道壁与锚索之间的摩擦等而产生的预应力损耗等。这些因素还互相制约与影响，所以，其变化相对而言并不大。

合龙段横向设置的测点最终结果体现了梁体顶板、底板所承受拉应力，顶板所承受的拉应力较大，达到底板的1.5倍，张拉后10d内应力变化波动偏大，其原因是合龙时，与合龙段临近的悬壁端梁体受压时，合龙段长度不长，体积不大，且应力较集中，致使应力转移较急，自由收缩受到约束，使得梁体顶与底板形成拉应力。随着时间的变化，合龙段混凝土应力分布比较均匀，当张拉超过20d，应力化幅度慢慢变小。

施工现场数据还表明，合龙段施工过程中的箱梁顶板与底板横桥向都产生了拉应力，最高值达到2.509MPa，底板最高拉应力为1.679MPa，合龙段顺桥向都是处于挤压，顶板最高压应力达到了9.670MPa，底板最高压应力达到了17.671MPa，其应力指标都没有超过设计规定值，合龙段施工箱梁的应力全部在可控制的范围内。

3.3 监控值与理论值比较分析

为了进一步了解大桥合龙段在合龙施工当中的受力特点与验证施工监控技术的合理性。依据长沙某大桥的箱梁参数，利用有限元软件MIDAS Civil建立中跨合龙段的三维数值模型，一共铺设2042个关键点4886条线3666个面。运用到实际工程当中进行模拟加载分析其合龙段的应力规律。中跨合龙段模型见图9。

图9 中跨合龙段数值模型

依据以上分析可知，对于施工情况，读取张拉完成之后合龙束后的第一次实际测试值，与数值模型应力理论计算值进行对比，如图10所示。

图10 中跨度理论值与实际监控值对比

如图10得知，理论值与应力监控曲线变化趋势几乎一样，差异不大，其结果比较接近。另一方面实测数据结果偏大，应力较小的监测位置与理论数据结果计算值得到的位置基本一致，进一步说明了模拟计算结果比较具有一定可靠性，且具有实用借鉴与参考价值。

4 施工重点注意事项

在合龙段进行施工过程中，因为施工图中比较重视合龙段的临时劲性骨架，每支钢接杆务必要安排一台安流电焊接进行施工，而且规定在4h内完成，另一方面还要对焊接施工时的气温有很明显的要求，所以，合龙期间，时间不会很长，在合龙段一侧的固结清除之后，刚性支撑力基本上等于温差所产生的轴向力。而倘若合龙段两侧支座出现固结，此外由于浇注合龙段时间内温度变化明显，就会导致桥梁体内出现数千吨的温度内力。从而使得刚性支撑没有办法进行承受。若浇注后依然没有对合龙段两侧的固结进行解除，就会使得箱梁梁体遭受到巨大的温度内力而遭受破坏。

5 结语

以湖南长沙某大桥为例，对合龙段的主要施工工艺设计与应用，以及各工艺在实际施工过程中需要注意的事项进行详细分析。在预应力连续箱梁各工艺实际施工过程中，合理采用合龙段施工技术与施工方案，通过对施工过程监控合龙段的结构应力变化施行监控，是确保连续梁桥顺利合龙有利的手段之一。因此，需要对合龙段受力理论进行分析，并结合监控量测数据来确保桥梁顺利施工。