预应力混凝土现浇箱梁施工质量控制

王学柠

（中铁十八局集团第一工程有限公司，河北 涿州 072750）

1 引言

在桥梁行业不断腾飞的今天，大跨度预应力混凝土连续箱梁在其中扮演着不可缺少的角色。而因连续梁结构体系属于超静定结构，在其产生变形时往往会出现内力的重分布现象，对于桥梁结构而言一般是有害的［1］。因此，为使其线形能够满足设计要求，必须对其进行施工质量控制。

2 工程概况

该桥梁上部结构为预应力混凝土连续箱梁结构，桥跨结构为75m+130m+75m。采用悬臂浇筑施工法，施工阶段中最长的悬臂段有64m。下部结构为桩基础，主梁采用的是空心墩。具体如图1 所示。

图1 桥面施工示意图

3 基础沉降监测与控制

作为静定结构，虽桥梁结构不会因基础沉降而出现附加内力，但其上部结构却会因此而有沉降产生，导致桥梁结构出现倾斜或滑移等问题［2］。而作为超静定结构，桥梁结构会因基础沉降而产生较大的问题，除去主梁变形之外，还会对结构受力产生影响，在其内部产生较大附加内力，以至于破坏桥梁某些部位。

该桥梁属于超长群桩基础，当前认为该种基础类型出现的变形占据了20%～30%桥梁的总沉降，而因桩侧摩阻力作用会导致其周围土体出现变形，该种变形占据了60%～70%的桥梁总沉降量。对于该桥梁，预先对主桥基础沉降的预测值是20mm，为确保实际施工时满足沉降需求，以控制中跨合拢质量，需对桥梁基础施工过程进行监测。

在大跨度预应力混凝土连续梁桥悬臂施工过程的前期，桥梁处于静定结构，桥梁结构并不会因基础沉降而产生附加内力［3］。但在桥梁上部结构试作完之后，桩顶荷载逐渐加大，在自身荷载作用下，桩基础必然会出现压缩变形，从而引起周围土体的变形。故在悬臂施工时桥梁必然会出现沉降。当桥梁合拢之后，桥梁体系转化为超静定结构，此时基础沉降对其受力较为不利。

在该项目中，在0# 块顶板桥面中心设置沉降观测点，并以此作为后期高程放样基准点。故可通过观测基础沉降观测点的方式来确定基础沉降情况，并以此作为高程放样准确性的控制点。因在该项目中，0#块具有较大重量，且基础沉降设计值较大，故在放样0 号块时，为抵消基础沉降，应加高高程20mm，以此消除基础沉降量，保证桥面线形流畅。

图2 墩顶荷载与桩顶位移关系

从图2 可看出，桩基础在悬臂施工过程中有着不断加大的沉降量，但随着时间的推移，其沉降速度趋于缓慢；桩顶荷载是影响其位移的因素之一，其还与地质条件有较大联系；在桥梁合拢之前，因桩基础仅具有较小的沉降，因此其基本保持在稳定状态，故桥梁结构在合拢之后不会有较大的附加内力出现。对桥梁桩基础在悬臂施工时的沉降情况进行观测较为重要，可避免桥梁基础在合拢之后出现较大变形以及产生较大的附加内力。

4 竖向预应力损失及腹板斜裂缝控制

在桥梁悬臂施工时发现其腹板处存在有沿着预应力管道的斜裂缝出现，并被浸泡出水渍，如图3 所示。

图3 桥梁腹板斜裂缝

通过调查发现，该问题属于预应力混凝土箱梁在悬臂施工时常出现的问题之一，但其却难以得到解决。鉴于该问题在当前并无定论，因此本文选择研究竖向预应力损失以及腹板受力跟悬臂施工之间的关系。

桥梁选用JL32 标准精轧螺纹钢筋作为其竖向预应力钢筋［4］，该种钢筋具有 930MPa 的抗拉强度标准值。张拉时以836Mpa 作为其锚下张拉控制应力，以672MPa 作为其张拉控制力。将穿心式压力传感器随机安装到桥梁的竖向预应力钢筋中，测量所得结果如表1 所示。

表1 竖向预应力筋张拉测量表 （单位：KN）

从表中可知，竖向预应力应锚具缘故往往难达到张拉控制应力，只能达到其98%左右。对于竖向预应力钢筋中的粗螺纹钢，采用螺帽锚固是其缺点所在。因两者的螺纹有间隙存在，故在千斤顶放松时，预应力会因间隙而损失。在千斤顶放松之后，预应力最高有15.5%的损失，故采用钢绞线作为竖向预应力钢筋，并配以低回缩二次张拉的锚具较合适。

5 支座预偏量的设置问题

对于小跨度预应力混凝土连续梁桥，在采用悬臂浇筑法进行施工时，并不进行支座预偏量的设置。但随着桥梁跨度的不断加大，施工工期逐渐加长，其在自身混凝土收缩徐变以及温度等作用下，会导致其纵向位移较大［5］。为避免桥梁因此受到损害，需将支座预偏量设置在桥墩活动支座上板及其理论中心线间。桥梁盆式支座平面布置如图4 所示。

图4 桥梁盆式支座平面布置图

在桥梁通车后，因混凝土收缩徐变等因素会导致桥梁支座板偏离其理论中心线，而为抵消该部分偏移值，可通过设置支座预偏量的方式实现。本文通过有限元分析软件MIdas/civil 对其进行建模分析，以此计算因收缩徐变所导致的各活动支座的位移值。经计算所得结果为：在混凝土收缩徐变的影响下，桥梁在运营一千天后，11 号墩朝向12 号墩偏移了9.1mm，13 号墩朝向12 号墩偏移了18.2mm，14 号墩朝向12 号墩偏移了27mm。

结合该桥梁的设计以及实际合拢温度，考虑其温度偏差为8℃，计算温度效应作用下各桥墩活动支座的偏移值为：11 号墩6.0mm；13 号墩10.3mm；14 号墩16.4mm，可得其支座总偏移量为 11 号墩 15.2mm；13 号墩 28.6mm；14 号墩43.4mm；基于上述计算结果，应在安装支座时，以上述计算相反的方向设置预偏量。

6 节段倾角对挂篮变形量的影响研究

作为大跨度梁桥施工时的必备施工器具，挂篮在悬臂浇筑时容易因荷载而产生变形，而变形的挂篮在用于后续浇筑中会导致后续浇筑混凝土节段出现变形［6］。

在张拉弯0 号节段后，即开始挂篮的拼装和预压。在该桥梁中采用的是菱形挂篮，该种挂篮具有便于施工的优点。预压挂篮可消除挂篮塑形变形并获取挂篮变形与荷载的关系，从而为后续施工提供依据。悬臂施工前几段，主梁线形往往取决于挂篮变形量。

在当前的施工监控中，常将预压挂篮所取得的弹性变形与荷载关系应用于后续挂篮在悬臂施工中的变形量取值，而不计各个节段的倾角。但该种情况容易导致较大误差，其原因主要分为两部分内容：

（1） 预压时的荷载分布与箱梁浇筑后的重量在挂篮上的分布有所不同；

（2） 一般先将挂篮底模调整到水平再进行挂篮的预压，但实际施工时桥梁底模并非水平，且各个节段倾角各不相同。

本文为对挂篮变形与挂篮倾角之间的关系进行研究，将对比挂篮预压与悬臂浇筑过程中的变形数据。所得结果如表2 所示，限于篇幅，本文仅列出部分数据。

表2 12# 墩挂篮预压记录表 （单位：mm）

对比预压数据可知，实测数据较小，在混凝土湿重的作用下，节段倾角与挂篮弹性变形之间有所联系，随着不断减少的节段倾角，实测数据越来越接近于预压数据，因此可知，在悬臂浇筑施工前期，挂篮变形与各节段倾角间的关系不可忽略。

7 结语

基于上述分析，可得出以下结论：

（1） 从沉降观测数据可知，该桥梁在合拢前具有较为稳定的基础沉降；

（2） 当竖向预应力筋所采用的是精轧螺纹钢时，其在张拉过程中会产生15.5%左右的预应力损失，因此对于竖向预应力筋，建议采用钢绞线配低回缩二次张拉锚具。

（3） 针对该桥梁支座位移，相应设置支座偏移量，已对其线形进行控制；

（4） 在悬臂浇筑前期不可忽略挂篮变形与节段倾角之间的关系。