多跨長聯大斷面連續箱梁橋懸澆施工關鍵技術研究

何永昶 上海鐵路局建設管理處

1 引言

某新建鐵路橋為客運專線四線（線間距：4.4 m＋5.3 m＋4.4 m），設計時速200 km，全長2 222.334 m。主橋長1 341.7 m，采用（45+65+14×80+65+45）m預應力混凝土連續梁橋式，位于直線上，大部分位于平坡段；主橋主梁為單箱三室結構，直腹板，全橋箱梁頂寬21.7 m，底寬16.1 m。邊支點處梁高3.0 m，次邊墩支點梁高5.5 m，其余中支點梁高6.5 m,各中跨跨中處梁高3.5 m；梁底曲線按圓曲線變化。邊支座中心線至梁端0.85 m。梁體采用縱向、豎向雙向預應力，在墩頂和跨中均布置橫隔板。主梁采用有砟橋面；主橋墩號為43＃～61＃，縱向中間52＃墩設置為固定墩，其余各墩均為活動墩。

該橋為多跨長聯四線單箱大斷面結構，主橋主梁采用掛籃懸臂灌注法施工。由于懸臂法施工的預應力混凝土連續梁橋，橋梁形成要經歷復雜的體系轉換過程，橋梁的受力和位移較為復雜；對于多跨長聯連續箱梁，在懸澆施工過程中，需要經過多次合龍，箱梁懸澆掛籃設計、箱梁懸澆施工的線形控制均為該橋順利施工所必須解決的關鍵問題。

2 多跨長聯四線單箱梁懸澆施工方案

2.1 總體施工順序

按照結構體系形成過程，第一步：以各墩為中心懸臂逐段澆注梁體至跨中附近形成“T”型；第二步：原則上相鄰兩個“T”型合龍形成“∏”型；第三步：逐個“∏”型依次合龍，經過多次體系轉換形成多跨連續梁，合龍順序由中間向兩岸方向對稱進行。在小合龍形成“∏”時，一處轉化為縱向固定，其余均為縱向活動。在大合龍時由全聯中間52＃墩向兩側合龍，此時正中52＃墩為固定支座墩，其余為縱向活動支座墩。

2.2 主梁施工流程

根據現場施工實際情況，箱梁上部結構施工投入9套掛籃施工，先期 9 套掛籃分別投入 45#、46#，47#，48#，51#，52#，53#，57#和58#墩T構懸臂施工，在此9個T構施工完畢后，根據就近原則，45#墩T構掛籃轉入44#墩T構懸臂施工，46#墩T構掛籃轉入59#墩T構懸臂施工，47#墩T構掛籃轉入50#墩T構懸臂施工，48#墩T構掛籃轉入49#墩T構懸臂施工，51#墩T構掛籃轉入60#墩T構懸臂施工，52#墩T構掛籃轉入54#墩T構懸臂施工，53#墩T構掛籃轉入55#墩T構懸臂施工，45#墩T構掛籃轉入44#墩T構懸臂施工，58#墩T構掛籃轉入56#墩T構懸臂施工，57#墩T構掛籃不倒用。

2.3 0＃、1＃ 塊施工方案

0#、1#塊支架施工，充分利用承臺的寬度及箱梁的長度，將臨時固結立柱設置在靠近1#塊梁端，依靠主墩墩頂永久支座承受豎向力，臨時固結立柱抵抗偏心彎矩，使臨時固結立柱反力減小。

除0＃塊、1#塊、邊跨直線段采用支架施工，合龍段采用吊架施工外，其余節段均采用掛籃懸臂施工，在合龍前采取臨時鎖定措施，保證梁體的整體穩定性。

2.4 主梁掛籃的結構形式

由主梁系統、吊掛系統、底平臺系統、模板系統、走行系統、后錨固系統六部分組成。其中，掛籃主梁系統由貝雷架拼裝而成，設置前后支腿，掛籃橫橋向共布置4組主梁，長度為15 m，作用為控制節段施工時橫向穩定、承受節段施工荷載及輔助走行。

2.5 標準段掛籃施工步驟

（1）節段施工工序

掛籃走行就位→調整底模及側模標高→綁扎鋼筋、安裝內模及預應力管道→澆注節段砼→砼養生、張拉預應力→放松吊掛系統→下落底平臺→掛籃主梁及底平臺分別前移。

（2）掛籃走行工序

第一步將底模平臺下落約50 cm后臨時懸掛于梁體上；第二步前移掛籃主梁至施工下一階段位置，主梁就位后重新安裝好前后支腿及后錨固系統；第三步利用走行吊掛及走行縱梁及在錨固于前一節段梁端底板上的走行框上牽引底平臺。

3 掛籃預壓試驗

3.1 掛籃預壓試驗目的

（1）消除掛籃的非彈性變形，獲取掛籃主梁彈性變形數值，并與理論計算值進行比較，確定掛籃實際預抬量。

（2）檢驗掛籃貝雷梁主梁、前上橫梁、前后下橫梁、前吊帶以及后錨固等主要受力構件受力狀況，確保掛籃運行安全。

3.2 掛籃主桁及前上下橫梁荷載試驗方法

選擇開闊平地組拼掛籃試驗平臺，在平臺上將兩只掛籃主桁反向對拼，在前后支腿位置設置分配梁模擬掛籃前后支腿受力，將試驗掛籃主梁放在上方，對拉掛籃主梁放在下方，支撐在試驗平臺上并與試驗平臺連接牢固；在掛籃后錨固位置將上下兩組貝雷梁臨時操墊，然后按照掛籃5#節段施工時的后錨固預張拉力張拉140 kN；在掛籃前上橫梁位置上端安裝前上橫梁，下端安裝前下橫梁，在前上橫梁各設計吊點位置安裝精軋螺紋鋼筋吊桿，利用8臺千斤頂根據試驗加載荷載和步驟分級同步張拉加載各吊桿并觀測掛籃變形值和檢測各受力部件。

3.3 掛籃荷載試驗結果分析

（1）預壓加載試驗數據分析

根據理論計算，掛籃預壓加載試驗時，3號觀測點對應試驗張拉值的彈性變形為37.4 mm，貝雷梁銷孔錯孔引起的非彈性變形為4.0 mm，理論變形合計為41.4 mm。根據實際測量，在掛籃預壓試驗過程中，掛籃預壓平臺發生了沉降，引起了貝雷梁主梁的轉動，由此轉動引起3號測點的下降量如圖1所示。

圖1 掛籃預壓平臺轉動引起3號測點下降量計算簡圖

由圖可知，由于掛籃預壓平臺沉降引起的3號測點下沉量為16 mm，因此，3號測點理論變形量為41.4+16=57.4 mm，實際測量數據為56 mm，兩者偏差為1.4 mm，偏差率2.44%，由此可知，掛籃變形理論計算值基本準確可靠，掛籃受力及變形均能滿足設計及施工需要。

（2）預壓卸載試驗數據分析

同樣以3號測點為例，通過預壓卸載試驗，變形值為48 mm，與預壓加載時變形量48 mm完全一致，其余測點也基本相同，由此可知，卸載后，掛籃變形全部復原，未產生不可恢復的塑性變形，掛籃結構均在容許受力范圍內。

3.4 主梁掛籃預抬量設置

掛籃預抬量設置時，掛籃本身荷載產生的變形已經發生，因此，設置預抬量時，應用實際總變形量減去掛籃自重產生的變形，經理論計算，掛籃自重引起的邊主梁變形（包括吊帶伸長）為4.3 mm，中主梁變形（包括吊帶伸長）為6.6 mm。主梁掛籃預抬量設置如表1所示。

表1 主梁各塊段預抬量設置值

4 多跨長聯四線單箱連續梁橋主梁懸澆施工監控

4.1 監控特點及對策

（1）全橋經歷了11次小合龍和7次大合龍形成設計成橋狀態，整個施工過程經過多次體系轉換，混凝土的收縮徐變特性、溫度、預應力束張拉等因素對結構線形及受力均產生較大的影響。

（2）該橋為客運專線四線，較常見的單線和雙線鐵路橋寬得多，合理控制施工過程中箱梁的扭轉變形及確保箱梁橫向線形顯得非常重要。

（3）鑒于該橋需經過多次合龍，施工周期長，混凝土的收縮徐變特性、溫度等因素對支座預偏量的設置影響非常大，應根據實際施工方案及合龍溫度計算合理的各活動墩的支座預偏量，并加強監測。

為確保成橋線形及內力與設計相符以及施工過程安全，本橋采取了以下主要監控對策。

（1）以設計的成橋狀態為目標，按照實際采用的施工方案及設計參數計算確定每一施工步驟應達到的分目標，并建立施工過程跟蹤分析程序，利用跟蹤分析程序來指導以后的施工過程和必要的調整與控制。

（2）沿箱梁橫向設置多個立模標高及箱梁頂面標高測點，根據箱梁的橫向線形及掛籃變形的橫向分布，提供和控制各測點的標高，尤其是兩邊測點的標高。

（3）根據施工過程實際采用的合龍方案及實測參數，實時計算各活動墩的支座預偏量，并考慮每次合龍的實際溫度與理論取值的差異對其進行修正；同時，從首次合龍起，就加強活動墩處箱梁的實際位移量的監測，根據監測數據對后續支座預偏量的設置進行適當調整。

4.2 實時控制措施

（1）施工單位在開始懸澆箱梁施工前，根據現場情況，編制切實可行的詳細施工組織，嚴格按擬定的施工方案尤其是合龍順序組織施工。

（2）混凝土澆筑時，實時測定混凝土抗壓強度、容重及彈性模量（得到完整的Ec～t曲線）、預應力鋼絞線的彈性模量、預應力損失、箱梁截面尺寸、掛籃變形等關鍵參數，并根據實測值進行跟蹤計算，結合現場測量總結的溫度對箱梁撓度的影響規律，實時計算調整懸澆箱梁立模標高。

（3）嚴格按立模標高定位掛籃，并擰緊掛籃吊桿與上橫梁的連接螺栓。

（4）根據現場監測結果，制定針對性的小合龍、大合龍方案，并加強合龍過程的箱梁變形及應力的監測。

4.3 監控結果

（1）各節段箱梁立模標高實測值與預告值誤差不大于10 mm，滿足規范要求。

（2）所有節段箱梁立模平面位置控制點坐標實測值與預告值基本一致，滿足規范要求。

（3）各節段箱梁頂面標高實測值與理論值誤差不大于10 mm，滿足規范和設計要求。

（4）所有節段箱梁梁頂平面位置控制點坐標實測值與理論值基本一致，滿足規范和設計要求。

（5）全橋箱梁控制截面應力實測值小于規范容許值。

（6）所有合龍段箱梁施工前兩側懸臂端底板標高實測差值與理論差值最大誤差均不大于規范容許誤差15 mm。

（7）成橋后箱梁頂面標高實測值與理論值誤差不大于20 mm，滿足規范要求。

（8）從現場監測結果來看，該橋主梁施工均正常，未出現異常現象；成橋時主梁的線形滿足設計要求；成橋后結構內力狀態合理，滿足設計要求。

5 總結與建議

（1）多跨長聯懸澆箱梁施工原則上采用相鄰兩個“T”型小合龍形成“∏”型，然后逐個"∏"型依次大合龍，經過多次體系轉換形成多跨連續梁的施工方案；對于大斷面懸澆箱梁掛籃主梁可采用貝雷梁，并需對掛籃進行預壓試驗及對掛籃主梁進行走行試驗，以驗證掛籃的安全性并消除掛籃的非彈性變形，為確定掛籃彈性變形提供實測依據。

（2）對于四線單箱大斷面主梁懸澆施工，應沿箱梁橫向設置多個立模標高及箱梁頂面標高測點，根據箱梁的橫向線形及掛籃變形的橫向分布，提供和控制各測點的標高，尤其是兩邊測點的標高，以免箱梁在施工過程中發生橫向扭曲。

（3）為了分析溫度（尤其是日照溫差）、混凝土收縮徐變等因素對懸澆箱梁變形的影響規律，建議選取1到2個最大懸臂狀態T構進行懸臂端豎向變形實時監測，并根據觀測時的溫度、混凝土實測彈性模量、混凝土澆注及預應力張拉完時間等參數對其進行理論探討，以更好地控制多跨長聯懸澆箱梁成橋線形。