多跨连续箱梁桥合拢段施工技术研究

牛旭升

（甘肃铁科建设工程咨询有限公司，甘肃 兰州 730000）

在21世纪的今天，随着科学技术水平的提高，桥梁工程事业得到了飞速的发展，尤其对于多跨大跨预应力混凝土连续梁桥，在公路铁路桥梁中普遍采用。该桥型通过人们在理论和实践中的探索和研究，不断地提高了对桥梁结构的认识，包括其基本理论、施工技术和现场桥梁结构的受力变化等方面。基于这些探索和研究，使得连续梁桥向着更科学更合理的方向发展，施工技术也更趋于成熟可靠。但是，在近几年在桥梁建设当中，由于部分施工人员对连续梁桥合拢段施工的特殊性及复杂性认识不足，采取的施工技术及施工方法不当，造成梁体混凝土开裂破坏、失稳倒塌的事故多次出现，给国家、企业造成了巨大损失。

1 工程概况

沈阳四环快速路西苏堡特大桥跨越浑河，桥梁中心桩号 K120+210.000，跨径布置为 3×30+（70+2×110+70）+39×30，其中主桥跨径为（70+2×110+70）m，小桩号侧引桥跨径布置为3m×30m，大桩号侧引桥跨径布置为39m×30m，交角90°，桥梁全长1626m。引桥上部结构采用先简支后结构连续预应力混凝土T梁，下部结构采用肋板台、柱式墩、桩基础；主桥上部结构采用大跨径预应力钢筋混凝土变截面连续梁，下部结构主墩采用大体积空心墩，下设承台群桩基础；过渡墩采用柱式墩，桩基础。

主桥上部结构为变截面四跨预应力混凝土连续箱梁桥，跨径布置为70+110+110+70=360m。主桥分为两幅设置，单幅桥宽16.5m，两幅间距为6m，桥梁全宽39m，桥面机动车道横坡为2%，人行道横坡为向内1%。主桥上部结构采用C50混凝土，箱形截面，单箱单室结构，桥面2%横坡通过调整主梁腹板高度来形成，箱梁底板水平，人行道横坡由人行道枕梁高度不同实现。

2 合拢段施工及结构体系的转换

体系转换是悬臂浇筑施工中的一个重要环节，连续箱梁合拢施工时先合拢中跨再合拢边跨还是先合拢边跨后合拢中跨，须按设计要求顺序进行。本桥设计采用先合拢边跨再合拢中跨的体系转换形式，根据本桥的挂篮结构，施工中跨合拢采用挂篮施工，中跨合拢在14#段施工完毕后将一端的挂篮后移，一端的挂篮前移至合拢位置并锚固。施工边跨合拢采用支架合拢，在边跨直线段施工完毕后，接长边跨等高度现浇段支架托，并于悬臂端箱梁底板锚固。合拢段作为梁体浇筑的最后一个施工段，是悬臂浇筑箱梁施工的关键。它包含了线性控制、设计控制应力、体系转换、合拢精度、箱梁温度伸缩、混凝土收缩徐变等一系列悬臂浇筑箱梁施工的重点和难点。在完成梁体各悬臂浇筑节段及边跨直线段施工后，尽早完成合拢段梁体施工。

2.1 合拢段施工工艺流程

合拢段施工工艺如图1所示。

图1 合拢段施工工艺框图

2.2 边跨合拢施工

边跨合拢前施工准备：①悬臂梁段浇注完毕，拆除悬臂挂篮；②清除箱顶、箱内的模板、施工材料、机具设备，用于合拢段施工的材料、设备有序放至墩顶范围的箱梁顶面上；③边跨合拢段支架及模板；④近期气温变化规律测量记录；⑤在“T构”两悬臂端预备配重水箱；⑥人员及其它施工设备；⑦做好合拢前的观测及测量工作。

边跨合拢段与边跨现浇段一样，采用满堂支架施工。悬臂梁段浇注完毕，拆除挂篮，接长边跨等高度现浇段支架托梁，并于悬臂端箱梁底板锚固。外模及底模采用挂篮模板，内模采用组合钢模。连续梁桥边跨合拢段是在浇筑完边跨现浇直线段和边跨达到最大悬臂段时进行浇筑的，而在浇筑边跨现浇直线段之前所采用的支架必须进行预压，以便消除支架的非弹性变形，这样所浇筑的连续梁桥现浇直线段是稳定的。不过边跨最大悬臂段相对来说不是很稳定，因为它会受到许多因素的影响致使梁体发生理论外的竖向变形、轴向变形和水平偏移等，这些因数包括温度变化、日照影响和风力影响等。所以，在浇筑边跨合拢段时要充分考虑这些变形对连续梁桥合拢的影响，另外还要考虑这些变形可能会引起混凝土开裂。边跨合拢施工步骤如图2所示。

图2 边跨合拢施工步骤

合拢段位置和施工方案应该根据具体的设计和施工状况选择其施工工艺，具体的选择包括：

1）当连续梁桥边跨合拢段位于现浇支架上浇筑时，由于支架的相对稳定性，所引起的合拢段变形和应力就较小，这样在支架上浇筑边跨合拢段所引起的应力相对来说是稳定和有利的。边跨支架现浇段一般设计为直线段，因此合拢段的位置宜布置在直线段上，以使构造简单，施工方便。

2）合拢段位置设于支架现浇段和悬臂端中间的吊架上或是悬臂段的挂篮上。边跨合拢段的吊架一端设在边跨现浇段的前排钢管桩支墩的横梁上；另一端利用悬臂箱梁上预埋的吊带承受，悬臂段共设置四根吊带，其中两根锚固在箱梁底板上，另两根锚固在箱梁两翼缘根部。吊架底篮纵梁要求保持纵向和横向均处于水平方向，合拢段梁底的纵坡用三角形垫块来调节。

3）利用拖拉或顶推施工合拢。这种工艺不是很常用，主要为了简化和节省施工过程中所使用的材料。

2.3 中跨合拢施工

1）安装中跨合拢段吊架及模板→安装底、腹板钢筋及预应力管道→内模安装→顶板钢筋及预应力安装→悬臂端压配重→在温度最低时刻锁定劲性骨架并浇筑中跨合拢段混凝土 (同时按浇筑速度卸载配重)→当混凝土强度达到100%时张拉中跨合拢段→拆除中跨合拢段临时锁定→拆除中跨合拢吊架→拆除0#块墩顶固结，体系转换为连续结构。

安装步骤为：①将挂篮的底篮整体前移至合拢段另一悬臂端；②在悬臂端预留孔内穿入钢丝绳，用几组滑车吊起底篮前横梁及内外滑梁的前横梁；③拆除挂篮前吊杆；④用卷扬机调整所有钢丝绳，使底篮及内外滑梁移到相应位置，安装锚杆、吊杆和联接器将吊架及模板系统锚固稳定；⑤将主桁系统退至0#梁段后拆除，中跨合拢段吊架布置如图3所示。

图3 中跨合拢段吊架布置

2）设平衡重。合拢施工时，每个T构悬臂加载做到对称平衡，合拢前悬臂受力以弯矩为主，平衡设计应遵循对墩位的弯矩平衡，主要考虑如下几种施工荷载。

（1）合拢吊架自重，主要包括底篮、内外模；

（2）合拢锁定的劲性骨架、临时预应力束；

（3）合拢段的混凝土重量。

平衡设计按照上面的施工荷载进行计算对T构中心的弯矩和设置的平衡重对T构中心的弯矩平衡。

中跨合拢设置平衡重如图4所示。

图4 中跨合拢设置平衡重

3）合拢锁定。合拢前使两悬臂端临时连接，尽可能保持相对固定，以防止合拢段混凝土在浇筑及早期硬化过程中发生明显的体积改变，锁定时间按合拢段锁定设计执行，临时“锁定”是合拢的关键，合拢“锁定”遵循又拉又撑的原则，锁定由外置劲性骨架与两端合拢口连接形成，通过劲性骨架的支撑和对拉作用约束合拢口在温度的变化情况下两端悬臂的变形，保证合拢段新浇混凝土与施工缝的连接。支撑劲性钢骨架采用“预埋钢板+连接工字钢+预埋钢板”三段式结构，其断面面积及支承位置根据锁定设计确定，合拢时，在两悬臂端预埋钢板之间设置连接工字钢，由联结钢板将连接工字钢与预埋钢板焊接成整体，同时注意焊缝尽量设在不同截面处。合拢锁定见下图。合拢锁定温度根据沈阳当时的气温，选择在凌晨2:00点钟进行，并要求各焊接处同时安排施焊，尽量以最快的速度完成，完成后及时浇筑混凝土。合拢段合拢前梁段偏差必须满足设计或规范的要求：轴线偏差小于11mm；两端顶面高差小于22mm。合拢段合拢锁定布置如图5所示。

图5 合拢段合拢锁定布置

3 合拢段施工要点

1）在连续梁桥合拢之前施工技术人员应对最大悬臂端及时进行全桥的联测，充分掌握悬臂端梁体的相对标高、梁体轴线位置以及梁体的伸缩量。连续观测并记录合拢前几天的温度变化情况，为合拢做好准备。监理人员应见证测量过程，必要时进行同级换手测量；

2）合拢段浇筑前为了保证连续梁桥对称均衡的合拢，需要清除桥面上不必要的施工临时荷载，以免引起“剪力差”变位，导致连续梁桥不能高精度的合拢；

3）在浇筑连续梁桥合拢段之前要临时锁定两侧最大悬臂端，必要时还需要提前张拉一部分预应力筋，而这些施工措施要严格按照设计图纸进行。临时锁定采用刚性支撑锁定，一般要求在合拢当天温度最低的时候进行锁定，这样梁体的变形相对是最小的。临时锁定后，要在固定时间内张拉完临时合拢预应力筋；

4）在合拢段施工时，需要采用配重的方法来防止合拢段施工的附加应力，而配重最常见的是设置水箱来调整；

5）浇筑合拢段的混凝土最好比连续梁体混凝土高一个标号，为此可以选择做好特殊配合比设计的微膨胀混凝土来浇筑合拢段混凝土；

6）浇筑合拢段混凝土对温度是有要求的，温度应该在浇筑当天最低且变化幅度较小的时间段内，最好是浇筑完合拢段混凝土温度开始上升；

7）待浇筑合拢段混凝土达到要求的强度后就可以拆除桥墩上的临时支撑，拆除顺序一般按照设计要求进行，这样就可以转换为连续体系桥梁结构。为了核对连续梁桥体系转换后的效果，施工技术人员应该在拆除临时固结后测量桥墩上永久支座的下沉变化量；

8）连续梁桥预应力钢筋的张拉顺序一定要严格按照设计图纸进行，一般张拉顺序为先顶板后底板再腹板，先长束后短束，全部钢束对称张拉。为确保竖向预应力筋的位置准确、垂直，在中部采用定位钢筋、在顶面用角钢定位。竖向预应力筋锚固端与墩身钢筋位置发生矛盾时，应保证锚垫板和锚下螺旋筋的位置准确而调整墩身钢筋位置。竖向预应力钢筋用切割机切割，预应力钢筋要垂直预先安装。

4 总结

本文结合沈阳四环西苏堡特大桥跨浑河主桥(70+2×110+70)m四跨连续梁桥的施工，对连续梁桥合拢段施工关键技术及体系转换的施工过程进行研究，给出了合拢段施工所需要注意的要点，为连续梁合拢段施工质量控制提供了借鉴作用。