關于預應力混凝土橋梁懸臂澆筑的施工控制探析

摘要：20世紀八九十年代以來，懸臂澆筑施工在工程中被日益廣泛應用，隨著預應力混凝土橋跨度逐漸增大，對于施工周期較長的橋梁，由于結構自重占整個長期荷載的大部分，各部分混凝土齡期差別很大，預應力及外部荷載會被緩解，變形會加大，將影響正常的使用。本文以某公路橋工程為例，主要探討了預應力混凝土橋梁懸臂澆筑的線形控制，以供參考。

關鍵詞：預應力混凝土；橋梁；懸臂澆筑；線形控制

1懸臂澆筑預應力混凝土連續(xù)梁橋的主要特點

連續(xù)梁橋結構體系具有變形小、結構剛度好、行車平順舒適、伸縮縫少、養(yǎng)護簡單、抗震能力強等優(yōu)點。懸臂澆筑法施工預應力混凝土連續(xù)梁橋具有如下特點：

（1）預應力混凝土連續(xù)梁橋的結構受力狀態(tài)有利于懸臂施工，即懸臂施工時的受力與成橋后的結構受力較為接近。施工時的預應力筋張拉既是施工時的臨時需要，又是成橋后的結構受力筋。

（2）作為無支架施工，有利于通航河流建橋、有利于深山峽谷之間建橋、有利于城市立交建橋，不妨礙橋下凈空，不影響橋下交通。

（3）有利于節(jié)省施工費用，降低工程造價。因為掛藍結構簡單，成本低廉，逐段澆筑混凝土無需大型吊裝設備。

（4）有利于施工作業(yè)，加快施工進度。每個節(jié)段施工（包括立模、鋼筋綁扎、管道定位、混凝土澆筑、預應力張拉、管道壓漿等）均在掛藍內進行，掛藍可設頂棚和養(yǎng)生設備，施工較少受環(huán)境影響，可以保證施工的連續(xù)性，同時每墩至少有兩個工作面平行作業(yè)，幾個墩可同時施工，各作業(yè)面互不干擾，施工速度較快，施工進度有保證。

（5）有利于變高度箱梁施工。由于采用分段施工，便于梁體設計成變高度梁，可使預應力混凝土連續(xù)梁橋的結構布置呈千姿百態(tài)，能設計出各種輕巧、飄逸、美觀的橋梁。

2預應力混凝土橋梁懸臂澆筑的線形控制

某公路橋工程主橋為兩幅(48.6m+3×64m+48.6m)變截面預應力混凝土連續(xù)箱梁，橋梁總寬度26.5m，每幅箱梁為獨立的單箱單室直腹板截面，主跨支點處梁高4m，跨中梁高2m，梁底按二次拋物線變化，箱梁由頂板形成單向2%的橫坡，梁高均為一幅橋外側腹板邊緣處高度。

（一）懸臂澆筑的線形控制分析

懸臂施工(又稱平衡懸臂施工)是在已建成的橋墩，沿相鄰兩個跨徑方向平衡對稱地逐段施工的方法。由于在懸臂施工時梁內出現負彎矩，對混凝土橋必須在梁體的上緣逐段施加預應力，使其與已完成的梁段連成整體，轉換結構受力體系及逐跨合攏，最終形成成橋結構。由于橋梁施工受力狀態(tài)與運營時的受力狀態(tài)相近，不致于因施工的需要而增加過多的材料用量。

由于施工狀況(施工荷載、預應力損失、混凝土收縮徐變、溫度、濕度、時間等)、參數選取(材料特性、截面特性等)和結構計算模型，與現場情況存在差異;同時，結構發(fā)生的非線性變形不易精確確定;施工中所用材料的變異性等因素，使得施工過程中結構的實際狀態(tài)偏離設計所希望的理想狀態(tài)。因此在橋梁施工過程中必須對結構的實際反應(標高、線型、主梁應力等)

進行嚴格的施工控制。

1、0號塊施工

掛籃是利用已澆筑的箱梁段作為支撐點，通過桁架等主梁系統、底模系統懸臂澆筑，所以0號塊就是人為創(chuàng)造一個工作平臺。箱梁0號塊處于墩梁結合部位，受力復雜，預埋件、鋼筋、各向預應力鋼束及其孔道、錨具密集交錯，梁面有縱橫坡，端面與待交段密切相連，采用一次澆筑工藝，混凝土方量約237.18m3。利用承臺搭設滿堂支架，支架上澆筑0號塊。0號塊是施工起始段，標高由結構成型標高及其預變位、支架變形及其基礎沉降拋高，以及支座受壓變形拋高組成。其中，支架變形及其基礎沉降拋高對標高影響最大。因此，起始段支架的剛度要強、基礎要牢固，以減小結構線形的初始誤差。

2、箱梁懸澆施工撓度控制

0號塊混凝土澆筑并張拉，對支座作了臨時固接措施之后，在0號塊上拼裝掛籃，對稱逐段懸澆1~7號塊。最后在跨中進行合攏段的施工。大跨徑多跨連續(xù)梁橋懸臂施工最重要的任務之一就是撓度的計算與控制。箱梁施工控制是全橋線型保持設計要求的關鍵。

連續(xù)梁橋懸臂施工時撓度組成有:各主墩分段懸澆時T構體系的撓度;體系轉換后各節(jié)段連續(xù)體系的撓度和成橋后由恒載、活載及體系后期收縮徐變引起的撓度;掛籃體系受載后的撓度。

由于撓度的計算涉及到計算圖式，臨時荷載模擬，混凝土澆筑過程的模擬，預應力位置和張拉的模擬，后期恒載、活載的影響以及長時間的徐變的影響等，所以撓度的精確計算實際上極其復雜。因而，在懸澆施工前，根據混凝土配合比作出試件，測出混凝土的彈模、容重以及混凝土的收縮系數等參數，要反復的校核計算數據并與設計數據比較從而發(fā)現問題。而在施工控制過程中，也應根據實測的標高數據修正結構分析參數。

（1）影響撓度的控制因素

①塊件自重集度 塊件質量變異主要是由截面尺寸和混凝土容重偏差引起的。

②有效預應力 這里有效預應力系指預應力束張拉后瞬時損失(預應力管道定位、張拉、管道摩阻力)完成時的預應力。③彈性模量 彈性模量是混凝土的物理參數，高強度等級混凝土彈性模量的增長往往滯后于混凝土強度的增長，所以當箱梁塊件施工周期較短時，對梁段撓度的影響非常大。④混凝土徐變 混凝土徐變是主梁撓度的主要影響因素，混凝土的收縮徐變需要3年左右才能完成，可以根據現場環(huán)境條件下的混凝土收縮徐變試驗結果得到混凝土的徐變ε-t曲線，先將觀測值平滑處理，然后加入徐變綜合變異系數，再調整變異系數反復試算即可確定徐變參數調整量。⑤掛籃變形 掛籃體系變形對于連續(xù)梁橋懸臂澆筑起著重要作用。掛籃體系變形一般參照預壓試驗資料，而具體的預測應根據已建梁體施工時的變形加以分析，從而可以推測待建梁體掛籃的預拋高。掛籃變形預測的誤差將直接導致節(jié)段標高的絕對誤差和相對誤差。

（2）懸臂澆筑每節(jié)段施工的標高控制

懸臂澆筑每節(jié)段施工的標高控制包括3個關鍵工況:掛籃前移定位標高(立模標高);混凝土澆筑后標高;預應力張拉后標高。為正確反映橋梁施工的變化，把梁底標高作為施工控制的目標。每節(jié)段變位監(jiān)測點從梁底測點經腹板引到橋面。掛籃定位標高按梁底待澆節(jié)段的最前沿橫截面上的測點定位，澆完混凝土后，通過測量梁頂預埋的鋼筋頭的標高與此時對應的梁底標高，建立梁底與梁頂測點的標高關系，這樣已澆梁段的梁底標高可通過梁頂標高的測量值反饋出來。

（3）懸臂施工的撓度計算

為了抵消施工中產生的各種變形(撓度)，在施工過程中，立模標高并不等于設計中橋梁建成后的標高，總要設置一定的預拱度。其計算公式如下:Hi=H0-fi施+f掛籃(1)

式中:Hi為待澆筑段立模標高;H0為設計標高;fi施為施工i節(jié)段時混凝土澆筑前i梁段以及后續(xù)澆筑各段的總撓度(軟件自動生成);f掛籃為本節(jié)段的掛籃變形值。

混凝土澆筑后各控制點的標高，主要用于已建結構狀態(tài)的校核，以便修正已建結構標高的計算值和預測待澆節(jié)段的計算參數，調整與優(yōu)化成橋線形，得到待澆節(jié)段的施工標高。

預應力張拉后結構控制標高的測量，測出預應力損失后預應力產生的上拱度，目的在于對已建結構狀態(tài)的校核，以便修正預測待澆節(jié)段的標高;獲得與利用實測結構參數反饋計算值的差異，從而了解預應力值是否發(fā)生偏差，預應力的線形模擬是否恰當，預應力損失是否估計得正確以及決定是否修改預加力的理論值。懸臂橋梁施工時的撓度必須考慮混凝土收縮徐變影響、溫度、施工荷載，還必須考慮二期恒載和活載作用所產生的撓度，所以懸臂施工時結構各節(jié)段立模標高總撓度計算公式:Hi=H0+fi+fiy+f掛籃+fx+fP/2(2)

式中:Hi為待澆筑段主梁前端底模標高;H0為設計標高;fi為本施工節(jié)段以及后續(xù)澆筑各段自身靜載對該點標高的影響值;fiy為本節(jié)段和后續(xù)節(jié)段縱向預應力束張拉后對該點標高的影響值;f掛籃為本節(jié)段的掛籃變形值;fx為徐變、收縮、溫度、體系轉換、二期恒載、施工荷載對該點標高的影響值;fP為靜活載作用下產生的下撓值。

3、箱梁施工主梁應力、應變分析

主梁在懸澆過程中按靜定結構考慮控制截面，體系轉換后按超靜定結構考慮控制斷面，一般選取0號塊根部、L/4、L/2、3L/4及合攏段處作為控制斷面，在這些斷面內埋置鋼弦傳感元件，進行應變測量。鋼弦傳感器埋入混凝土內后，在軸向力作用下鋼弦自振頻率發(fā)生變化。通過測試傳感器的自振頻率，由標定表內測的拉力值，從而換算得到同位置處混凝土的應力值為:σc=Ecεg(3)

式中:σc為混凝土結構的應力;Ec為混凝土的彈性量;εg為鋼弦傳感器所在位置的鋼筋中心處混凝土彈性應變。

4、合攏段施工

合攏是懸臂澆筑施工體系轉換的重要環(huán)節(jié)，合攏施工必須滿足受力狀態(tài)的設計要求和保持梁體線型，控制合攏段的施工誤差。合攏梁段兩端懸臂受溫度變化影響可能產生縱向伸縮使合攏口間距變化，從而導致合攏梁段混凝土凝固過程中受到張拉或壓縮的超應力影響而產生裂縫。需將合攏一側墩的臨時錨固改成活動支座，以減少影響。同時，在澆筑合攏混凝土前應將兩端懸臂臨時連接，臨時形成剛性連接，保護合攏段混凝土完整，一直到合攏段混凝土養(yǎng)護到一定強度并施加預應力與懸臂形成整體。

（1)合攏順序。按設計要求，本橋按先邊跨、次中跨、中跨的順序合攏，即先進行H1、H5邊跨合攏，在11、14號墩處形成兩個單懸臂梁;然后進行H2、H4次中跨合攏，在12、13號墩處形成兩個單懸臂梁;最后合攏H3中跨，形成五跨連續(xù)梁。

（2)合攏段標高控制。合攏段施工標高是根據已澆節(jié)段部分成型、線性和順、與設計標高偏差最小的原則確定的。由于節(jié)段施工標高的誤差，預定的合攏段施工標高將被不斷的修改，直至合攏。

3結語

懸臂澆筑預應力混凝土連續(xù)梁橋作為無支架施工有利于通航河流建橋、城市立交建橋和深山峽谷建橋。懸臂施工的受力較接近于成橋后的結構受力。預應力混凝土連續(xù)梁橋的主要斷面形式是箱形截面。采用預應力混凝土連續(xù)梁，可以使跨越能力大大增加，目前在四十米到一百五十米范圍內，預應力混凝土連續(xù)箱梁占主導地位。無論是城市橋梁、高速公路橋、高架道路、山谷高架棧橋，還是跨越寬闊河流的大橋，預應力混凝土梁較多的發(fā)揮了它的優(yōu)勢，它是廣泛使用的一種橋型。

參考文獻

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