高速鐵路大跨度連續梁懸臂澆筑及線型控制技術

張成忠

（中鐵三局六公司，山西 晉中 030600）

1 前言

在大跨度連續梁橋梁結構施工過程中，由于橋梁結構的空間位置隨施工進展不斷發生變化，使得施工過程中橋梁結構各個施工階段的變形不斷發生變化。這些因素均將在不同程度上影響成橋目標的實現，并可能導致橋梁合龍困難、成橋線與設計要求不符等問題。因此，為了使成橋后橋梁的線形符合設計的目標線形，保證施工質量和橋梁精確合龍，必須對其施工過程中的變形進行控制。

中鐵三局六公司在京滬高速鐵路土建工程五標段施工的莊前特大橋跨，即有道路連續梁采用菱形掛籃懸臂法施工。通過施工監控所得的結構參數真實值進行階段計算，確定出每個施工塊（梁段）的立模標高，并在施工過程中根據監控結果對誤差進行分析、預測，對下一個施工塊（梁段）的立模標高進行適當調整，以此來保證成橋后的線形和合龍精度符合設計要求。

2 工藝原理

2.1 工藝流程

步驟一：連續梁0號塊采用支架施工，搭設0號塊支架均在承臺范圍內，因此地基無需處理。1～4號墩身施工完畢至墩頂，在2～3號墩承臺范圍內搭設碗口式支架，在支架上立模澆筑0號塊，將0號塊2～3號墩身臨時固結、張拉并錨固縱向預應力束T1、T2、F1、F2 及橫向、豎向預應力筋。

步驟二：在0塊上安裝掛籃，在掛籃懸臂對稱澆筑1號節段，張拉并錨固縱向預應力束T3、F3、F4及橫向、豎向預應力筋。

步驟三：分別以2～3號墩中心線對稱線同時移動掛籃至下一節段，在掛籃懸臂對稱澆筑2～7號節段。

步驟四：拆除掛籃，安裝臨時剛性連接構造，現澆邊跨合龍段8號節段，張拉并錨固縱向預應力束T10、B10～B12及橫向、豎向預應力筋，拆除臨時固結，落梁。

步驟五：張拉并錨固縱向預應力束B7～B9，拆除邊跨支架，用掛籃懸臂澆筑中跨合龍段8號節段，張拉并錨固縱向預應力束T11、B1～B6、B13及橫向、豎向預應力筋。

步驟六：拆除中跨掛籃，進行橋面鋪設等。

2.2 施工工藝原理

采用菱形掛籃對連續梁進行懸臂對稱澆筑，為保證該掛籃結構受力穩定性，采用SAP84有限元結構分析軟件，對掛籃結構模擬加載，檢驗掛籃各部件受力情況。

3 施工過程及操作要點

3.1 掛籃拼裝及預壓

將進場的掛籃，按設計進行組裝完成，詳細檢查掛籃各個部件的連接狀況，進行預壓，在預壓過程中，主要進行掛籃整體承載力、撓度及各主要構件的應力、變形等的測試工作，以便為以后的預拋提供理論依據。

3.2 連續梁支座安裝

在預壓完成后，首先進行支座的安裝，支座安裝的好壞，嚴重影響梁體的結構安全，因此，施工時要嚴格按照設計要求設置。

3.3 主梁鋼筋施工

鋼筋加工制作在平整的加工場地進行，將制作好的鋼筋按先后順序運至梁底，垂直起吊進行施工主梁鋼筋。

3.4 梁體混凝土澆筑

鋼筋及預應力管道安裝完成檢查合格后，再次對掛籃進行安全檢查，特別是對各部分連接情況進行檢查，并對標高、中線進行一次復核，檢查合格后即可準備砼的澆筑工作。

（1）砼澆筑要求：每一梁段砼均采用一次灌注完成，采用懸臂平衡澆筑施工，兩懸臂端允許的不平衡重不得大于20 t。

（2）梁段砼澆筑順序：施工準備—砼拌和、輸送—澆筑懸臂端底板砼—澆筑懸臂端底板砼和腹板砼—澆筑懸臂端腹板及頂板砼—澆筑懸臂端頂板砼—養生。

3.5 預拱度設置

橋梁的施工控制主要包括兩個方面：線型控制和結構內力控制。在實際施工中，為了使各梁段在恒載、活載、預應力及混凝土徐變等的綜合撓度下最終滿足設計標高，一般采用預設拱度的方法來解決，即通過將先灌注的梁段預先抬高來考慮后灌注梁段的影響。應力控制是在施工過程中，通過采用合理的預加應力等方法使成梁應力狀態與設計相一致。

（1）施工時應設置反拱，并根據掛籃沉降和監控數據及時調整。軌道鋪設后，無砟梁橋面的徐變上拱值不大于10mm，下撓度不大于20mm。

（2）連續梁施工階段撓度值應根據所處位置，對應二期恒載查找對應節段撓度值。

（3）預拱度值按照撓度值反向設置，并綜合考慮連續剛構橋懸臂施工時使結構產生撓度的因素，主要包括：①懸臂施工過程中梁段混凝土荷載、預加力、施工荷載等引起的考慮混凝土徐變后的總撓度fn施；②體系轉換后各階段體系的撓度和體系形成后由于靜活載及后期收縮徐變引起的撓度fn施；③掛籃承載后的彈性變形b；④溫度變化引起的撓度。為使成橋后橋梁的標高與設計一致，施工中可按下式計算箱梁的立模標高：

式中：Hn:施工n梁段的箱梁立模標高；

hn：n截面的設計標高；

fn施：n截面的計算撓度（調整值）；

fn活：n截面的靜活載撓度值

b：實測的掛籃彈性撓度；

hn：1-（n－1）截面實測標高與（理論計算標高）之差。

（4）實際施工預拱度設置：①理論計算：設計圖紙提供的收縮徐變完成的各節點撓度值+1/2靜活載撓度值，在每個節點靜活載的撓度值應按照墩中心支點撓度值為0，跨中為1/2靜活載撓度值求出二次拋物線公式，然后計算出各節點的撓度數值。②掛籃調整含底板和頂板調整。底板后錨固定后，量出節段位置點，并在腹板處作出兩個測點標識，按照提前計算的底板施工標高控制；頂板設6個測點，堵頭板中心1個點，翼檐板遮板位置各1個點，在距堵頭板10 cm處對應設置3個鋼筋測點，用于觀測以后每個階段的施工，驗證撓度值計算是否接近施工，為調整施工預拱度提供依據。③掛籃通過預壓取得彈性變形量，施工時根據每個節段重量調整彈性變形量值，并根據每次節段砼澆筑前后實測數值及時調整。④梁體撓度計算與預應力張拉、掛籃加固、施工期溫度等有關，所以施工各工序控制要盡可能接近設計，減少施工誤差，橋面高程允許誤差不大于20mm。

3.6 施工誤差的調整和措施

施工誤差指并非完全由于施工引起，而是在施工期間由于設計、施工等各種因素引起的誤差，即不可避免的誤差。由于該項誤差的存在，在立模、混凝土澆筑、施加預應力、前移掛籃等各個環節中，施工實際撓度與理論撓度有一定的差值，但只要這種差值在允許的范圍內，就說明施工與設計處于吻合狀態；若二者相差懸殊，則應查明原因，待妥善處理后才能繼續施工。

3.6.1 產生誤差的原因

一般來說，在施工過程中撓度誤差較大可能是由以下幾個因素引起：

（1）預應力問題：主要表現在預應力張拉未達到或超過設計值，因此施工前油表和千斤頂必須配套按時校正；預應力管道的位置偏差、預應力管道不順暢等因素均會造成撓度誤差。

（2）掛籃變形問題：掛籃彈性變形計算不準、掛籃未進行預壓以消除非彈性變形、掛籃松動等。

（3）模板變形問題：模板變形過大，會導致梁體截面變化，引起混凝土澆筑量增加，從而使施工撓度增大。

（4）混凝土材料的變易性：設計計算時，將混凝土按理想材料考慮，而實際施工過程中，混凝土的彈性模量、容重等均可能同設計時所采用的值存在較大的差別。

（5）基礎的沉降：因橋位處地質條件一般比較復雜，在較大的施工荷載和結構自重作用下，基礎可能發生沉降，從而引起較大的撓度誤差。

（6）施工進度變化的影響：大型橋梁的施工周期一般很長，在此期間，由于氣候等問題可能導致施工進度的變化，該因素尤其會對結構的徐變位移造成比較明顯的影響。在施工進度推遲的情況下，已施工梁段的混凝土徐變使得結構的位移增大，從而使后續梁段的預留拱度減小，撓度誤差增大。

3.6.2 施工誤差調整的原則和措施

誤差調整的原則：①一次調整值不可過大，一般調整值的大小以不超過梁段長度1%為宜；②各梁段的調整必須協調進行，調整后不得出現倒坡；③施工誤差較大時，應分段調整。

3.7 梁體線型控制

施工監控使用“大跨度橋梁施工監控仿真模擬計算機軟件CSB”。

通過對已完成施工的結構（橋墩、梁段）進行內力、位移的模擬分析與參數調整，從中獲得更符合實際的結構分析參數；通過施工控制量的實測數據，進行計算，得出調整量，糾正偏差。

3.7.1 測試周期

在施工期間，每進行一個施工循環，就進行一個循環的監測，每個循環測：

（1）立模時和混凝土澆筑前測底模、立模標高。

（2）梁段混凝土澆筑后同時測現澆梁段底模和梁頂預埋鋼筋頭標高，并將該梁段的高程測點從梁底移至梁頂（梁頂標高還要減去露出的鋼筋頭高度）。

（3）梁段混凝土澆筑后測所有已澆梁頂測點預埋鋼筋頭標高，據此確定梁頂標高和梁的位移變化情況。

（4）在預應力束張拉前、后進行測試，以判定本循環結構上施加的荷載對結構受力與變形的影響及預應力的作用效果。

3.7.2 具體測試時間

為了消除或減弱環境溫度及氣流對測試結果的影響，每次測試時間定在大致相同的時間范圍，一般宜在早晨6：00前結束當次測試工作（高程與變形的測試宜在凌晨5：00～6：30進行）。

3.7.3 中跨與邊跨合龍前各進行主梁前端24 h變形觀測

主橋合龍后、橋面鋪裝后全面進行主橋線形觀測。

根據滿足施工過程測試控制目的的要求，對圖2所示截面或位置布設位移測點。

墩頂主梁截面、每梁段前端都要布置位移測點；立模時測模板（一般設5～7個測點），該梁段混凝土澆筑后測梁頂面（提前埋設鋼筋頭，每測試斷面設3個，分別在梁斷面兩邊緣和中點，見圖3）。

圖2 位移（標高）測點縱向布置

除位移測點外，對40+64+40m連續梁還要布設應力測點。應力測試截面位于連續梁中間兩橋墩兩側的1#塊的中間截面上，共4個截面，每個截面測點的具體位置見圖4。布點時間選在主梁或主墩鋼筋布置基本就緒、混凝土澆筑之前，在每個控制斷面合理預埋足夠數量的傳感元件，并做好相應的防護工作。對于連續梁橋，主要是測試并控制橋梁結構縱向正應力。因此，傳感元件沿縱向（橋的里程或樁號方向）布置，直接對焊在主梁上（下）緣縱向鋼筋上。

圖3 位移（標高）測點截面布置

圖4 主梁截面應力測點布置

3.8 預應力張拉

3.8.1 設備的選用

張拉千斤頂的選用與預應力過程中預應力筋錨下的控制應力有關。為保證預應力筋在張拉過程中的安全可靠、準確性及便于處理在張拉過程中的滑絲現象，千斤頂選用原則為：千斤頂校驗系數不大于1.05，張拉力宜為預應力筋張拉力的1.5～2.0倍。

3.8.2 千斤頂、油表校驗

千斤頂、油表在張拉作業前必須經過校正，并出具校驗證書，確保其校正系數。千斤頂與校正過的油壓表配套編號，千斤頂校驗周期為1個月，油壓表1.0級校驗周期為1周，0.4級校驗周期為1個月。預應力張拉設備在使用過程中出現異常情況時，應及時校驗。預應力張拉設備校驗要建立臺賬，以備檢查。

3.9 預應力孔道壓漿

管道壓漿時間在張拉完成后24 h以內進行，灰漿強度為50MPa，施工配合比要嚴格控制，水灰比不得大于0.40，灰漿有較好的流動性（6 s）、和易性，顆粒小、泌水率?。?%），并可加適量的鋁粉。

4 結束語

京滬高速鐵路土建工程五標段莊前特大橋跨公路40+64+40m連續梁采用本工藝施工，于2008年12月底開始施工主墩0＃塊，在2009年6月份合龍。按指揮部的要求高質量、高標準完成了懸臂梁的施工，加快了施工進度，降低了生產成本。