高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥梁施工控制

宫大辉

（中铁十八局集团有限公司，天津 300222）

1 引言

我国桥梁建设技术不断发展，建设高度以及跨度不断打破记录。其中，连续刚构桥梁在连续梁桥的基础上得到进一步发展，其T 形刚构体系除具备较为平缓的曲线之外，还确保了桥梁的整体性以及更大的结构刚度。在桥梁不断朝向高墩大跨的方向发展时，薄壁高墩的结构备受青睐，相比于实心墩而言，薄壁高墩具有更大的柔度，受环境变化以及动荷载的影响较小，但其有较高的施工精度要求，因此其施工控制成为施工关键。

2 工程概况

龙潭双线大桥桥址于 D1K463+626.900 ～D1K464+186.390，采用 2*72mT 构跨越 S305 省道及鱼泉河，墩位为 0#、1#、2#，公路与铁路线路小里程夹角为52 度。公路与连续梁底部高差35.5米，公路限高 5.5米，正宽 7米。

梁体截面为单箱单室、变高度、变截面箱梁，底板、腹板、顶板局部向内侧加厚，腹板按线性变化，底板按二次抛物线变化。全联在端支点、中支点处设置横隔板，横隔板设有孔洞，供检查人员通过。

桥面宽度：防护墙内侧净宽9.0m，桥梁宽12.6m，桥梁建筑总宽 12.9m。梁全长 145.5m，计算跨度为72+72m，中支点截面中心线处梁高8.035m，边跨9.75m 直线段截面中心线处梁高4.235m；梁底下缘按二次抛物线变化。箱底宽6.7m，顶板厚 40cm，底板厚 42～90cm，腹板厚45-90cm，腹板按线性变化，底板厚度按二次抛物线变化。边支座中心线至梁端0.75m，端支座横向中心距为5.6m。

3 施工控制

3.1 测点布置

为便于后续的施工控制，选取如图1 所示断面作为纵向应力监测截面，监测图中所示截面上下缘应力。现场施工所受影响较大，包括有桥梁自身横载以及施工活载等，因此实际施工时还需根据具体情况调整截面。采用振弦式应变计测量桥梁应变。

图1 桥梁结构关键截面测点布置

3.2 施工阶段划分

该桥梁所采用的施工方法为悬臂浇筑法，桥梁施工工序为：

（1）桥梁下部结构的浇筑，包括有桩基础承台和墩身；

（2）浇筑 0# 块和 1# 块，并完成挂篮的安装以及预应力钢束的张拉；

（3）两边同时对称悬臂浇筑，并完成相应预应力钢束的张拉；

（4）平衡合拢段的配重，并完成合拢段的刚性连接，浇筑合拢段混凝土，同时拆除平衡重；

（5）待混凝土强度满足要求后，进行中跨底板预应力钢束的张拉；

（6）施工桥梁附属设施。

3.3 有限元分析

采用有限元软件MIDAS/CIVIL 对该桥梁进行建模处理，在本次仿真计算中，将计算过程划分为施工及使用两个阶段，桥梁施工阶段共分为三个阶段：桥墩，主梁以及二期恒载的施工。本文在进行施工控制时所建立的模型为灰色预测模型，模型建立时采用的是灰色系统理论，其预测过程如图2 所示。

图2 模型预测流程图

鉴于篇幅所限，本文将直接给出结果。将桥梁施工时从预测模型所得到的预拱度值绘制如表1 所示。

表1 桥梁预拱度

从表1 中可知，桥梁在施工时的实测值与预测值在10# 时有大于6mm 的误差，其余梁块均小于5mm。在施工完桥梁的最大悬臂阶段后，其两端的高差约为4mm，符合规范要求，施工控制的目的达到。

4 温度场效应的影响

当前高墩大跨预应力连续刚构桥在建设时，多遇到因温度效应所导致的裂缝，随着裂缝的不断叠加，会不断的加剧桥梁的变形，对其适用性造成影响。

4.1 主梁温度敏感性分析

箱梁结构在不均匀光照下会产生不同的温度分布情况，其中构件的内部不同温度会导致桥梁出现内部约束应力，表现出受压和受拉同时出现；应温度不同导致结构出现不同的变形，但因外部限制从而产生外部约束应力。

桥梁在合拢之前所处的状态为悬臂状态，其结构在太阳的照射下会产生非线性的温度分布，因桥梁此时属于静定结构，尚不会产生外部约束内力，在其合拢之后结构体系转换为多次超静定结构，此时非线性的温度应力会导致其出现内外约束应力。

本文将对桥梁T 构在最大悬臂阶段时各控制截面在温度荷载作用下的应力及应变进行分析。

（1）对线形控制的影响

图3 桥梁升温变形示意图

如图3 所示，温差作用下，最大悬臂阶段下桥梁顺桥向的变形仅具有较小的变化幅度，此时若不考虑温差作用，桥梁横桥向不会有变形出现，在考虑温差作用后，会有偏转现象出现在桥梁的横桥向，其值随着不断接近跨中而表现出较大的变化，对轴线控制的影响较大；主梁竖向挠度存在较大变化，此时箱梁底板温度较低，使桥梁梁体出现下挠现象，其下挠程在悬臂端部达到最大值。因此为避免监控数据受到温差作用的影响，应尽量避免在高温时间段进行监控，监控时间应选取在日出前。

（2）对应力控制的影响

图4 箱梁顶板沿厚度方向测点温度变化示意图

如图4 所示，桥梁结构整体在悬臂浇筑施工时处于静定结构，此时的温差作用仅会产生自应力，导致结构出现较大的变形，但不影响到结构应力。在0#块处存在有局部超静定，因此该处局部范围内有会应力变化，该处存在有0.3mpa 的最大应力变化，对主梁应力所造成的影响较小。但预应力混凝土连续刚构桥为超静定结构，其结构内部容易因年温差的影响而有次内力产生，在较大温度条件下进行合拢时会导致其在降温时出现较大的次内力，而其与混凝土收缩相互叠加之后会导致次内力变得更大。因此施工应避免在较大温度变化的时期以及温度较高的时期进行合拢。

4.2 高墩温度敏感性分析

图5 箱梁各测点平均温度变化

（1）在阳光照射下，因混凝土结构不具有较好的导热性会使得高墩结构出现内外侧温度有所不同的情况，从而使其温度在壁厚方向的分布存在差异，该种差异将会使其出现温度应力。在该桥梁施工时，高墩向阳位置有1.5mpa 的最大拉应力，对高墩结构安全较不利；

（2）当墩壁向阳或背阳面出现温差时，会导致其有温度应力及不均匀应变出现。对于高墩结构而言，其容易因该种应力及应变的不断积累而导致在墩顶位置有位移出现，对高墩结构稳定性造成影响，此外，应力集中现象会使得高墩结构出现开裂。

从图5 可知，因太阳直射时间在夏季时较长，温度变化较大，因此墩结构具有较高的内部平均温度。而其背部因无太阳的照射而导致该位置的温度较向阳处要小。墩外侧的温度容易受到环境影响，而其内侧温度所受影响较小，因此在外界温度较小时，桥墩出现内部温度较高而外部温度较低的温度表现。

温差荷载的影响因素在主梁以及桥墩处均相同。在对温差荷载进行计算时，可采用力的分解，在阳光以倾斜的角度进行照射时，可将其按照两个方向直射的方式进行计算再进行相加。结合现场所获取的温差数据，对桥梁温差沿截面高度方向的分布进行分析。桥墩墩身在其墩厚方向会因变形以及内力作用而出现弯曲，导致截面出现非线性温度应变。

5 结语

高墩预应力混凝土连续刚构桥梁在日照作用下，容易因温度荷载作用而导致其结构出现内外应力。以该桥梁为例，在主梁以及高墩温度荷载的叠加下，对于桥梁整体而言，其在合拢前后的结构内力受温度高低的影响较大，因此在实际观测时应尽可能选取相同时间点收集数据。据分析可知，桥梁在越高的温度条件下进行合拢时，其内力以及外部约束会引起较大的引力，严重可导致裂缝的出现。因此无论是在施工或使用阶段，为确保桥梁线形以及内力均满足要求，因尽可能在一天中温度较低时进行合拢。