現澆預應力混凝土連續箱梁下撓事故原因分析及處理

盧小偉

(中鐵武漢大橋工程咨詢監理有限公司，湖北 武漢 430050)

現澆預應力混凝土連續箱梁下撓事故原因分析及處理

盧小偉

(中鐵武漢大橋工程咨詢監理有限公司，湖北 武漢 430050)

一聯(37.5+69+37.5)m預應力混凝土連續箱梁施工過程中出現梁體下撓事故，原因為未按批準的施工順序施工，提前拆除支架所致。詳細介紹采用“多點同步頂升回位”的方法使之恢復至設計狀態的實施過程，避免爆破拆除已成型橋梁所帶來的巨大經濟損失及不良社會影響，為類似施工質量事故的處理提供借鑒。

連續箱梁 下撓 同步頂升

預應力混凝土連續梁橋是目前使用較多的橋梁結構形式之一［1］，根據工程實際情況，通常采用支架現澆、節段掛籃懸臂澆筑、節段預制拼裝及整孔預制架設等方法施工。其中，支架現澆法因其施工工藝簡單、可控性高、無須掛籃及大型架梁設備等優點，廣泛應用于中小跨徑橋梁的建設。

然而，由于對支架基礎、支架及模板結構以及連續箱梁結構體系的理解與重視程度不夠，近年來在支架現澆箱梁施工中，因支架問題導致的安全、質量事故屢見不鮮［2］，事故發生后，處理難度較大。

1 工程概況

某引橋工程全長約5 km，大部分為跨徑40 m左右多跨等高度預應力混凝土連續箱梁結構，全線采用支架法現澆施工，其中一處采用一聯(37.5+69+ 37.5)m連續梁跨越既有市政道路。

該聯(37.5+69+37.5)m變高度預應力混凝土箱梁為單箱三室，整幅設置，橋面寬度33.5 m，橫向懸臂凈寬8.0 m。中支點梁高3.8 m、中跨跨中及邊支點梁高2.5 m，箱梁混凝土強度等級C55，合計4 560 m3。腹板、底板及頂板設置縱向預應力，橫隔板挑梁及各橫梁設置橫向預應力，底板縱向設計有6孔備用孔道。采用滿堂支架法施工，先施工中跨及兩側邊跨各10.35 m段，后施工兩邊跨剩余27.15 m段。中跨支架在跨中預留2個寬5 m行車通道，通道采用“混凝土條形基礎+鋼管立柱”結構形式，通道上方鋪設工字鋼分配梁后，搭設滿堂支架。中跨其余區域及兩邊跨均采用落地滿堂支架，梁體及支架結構簡圖見圖1。

圖1 (37.5+69+37.5)m連續箱梁及支架結構示意(單位:m)

2 事故經過

根據經批準的施工方案，現場首先進行了(10.35 +69+10.35)m區梁段的鋼筋混凝土施工，并完成了該段的預應力張拉及壓漿施工。隨后現場對該區段的支架進行了拆除，先拆除通道門洞上方的滿堂支架，后拆除兩側滿堂支架。在拆除兩側支架過程中發現尚未拆除的支架出現較大變形，屬典型的受壓彎曲變形，初步判斷梁體出現下撓導致支架受壓，見圖2。現場立即停止支架拆除，并對已拆除的支架進行恢復，防止事故進一步擴大。

圖2 支架受壓彎曲變形

3 原因分析

事故發生后，組織各方查看現場并召開專題會議進行分析討論，初步認為本次事故主要是由于現場未按照批準的施工順序進行施工所致。根據連續梁橋的特點及批復的施工方案，本聯施工順序應為:①(10.35+69+10.35)m區梁段支架、模板、鋼筋及混凝土施工;②(10.35+69+10.35)m區梁段預應力施工;③兩邊跨27.15 m區梁段支架、模板、鋼筋及混凝土施工;④兩邊跨27.15 m區梁段預應力對稱施工;⑤拆除全聯支架、成橋。

現場未充分考慮該聯連續梁中跨較大的結構特點，在尚未形成3跨預應力連續梁受力體系的情況下提前進行中跨支架拆除，從而導致中跨成為“大跨度簡支梁+兩端帶小懸臂”的不利受力體系，產生了較大的下撓現象，對未拆除的部分支架產生壓力。

4 事故處理

4.1 梁體幾何狀態

經恢復支架后的梁體已趨于穩定，經連續觀測，梁體最大下撓量81 mm，實測梁體下撓曲線圖見圖3。對梁體及中墩支座等處進行了檢查，箱梁內外表面未發現裂縫，支座沒有發生位移。

圖3 實測梁體下撓曲線

4.2 梁體受力狀態

設計單位對當前狀態進行了建模計算，在完成(10.35+69+10.35)m區梁段預應力體系后，即拆除全部承重支架的工況下，最大下撓變形170 mm、上緣最大壓應力15.9 MPa、下緣最大拉應力2.69 MPa，梁體處于彈性工作狀態。

4.3 處理方案

基于設計單位對目前梁體工況復核，確認梁體處于彈性工作狀態，且梁體表面未發現開裂、中墩支座均未產生位移。綜合考慮社會影響、經濟效益及工期短等方面的因素，結合類似問題的處理經驗［3-6］，確定不必對該跨梁體進行爆破拆除。而采用多臺千斤頂對下撓梁體進行同步頂升回位，恢復至設計狀態的處理方案。

經過計算，根據梁體變形情況，將梁體下撓區域分為4個頂升橫斷面，每個橫斷面布置4臺200 t自鎖千斤頂，總計16臺。頂升施工時對每個橫斷面的下撓補償值，分20個行程進行按比例分區域同步頂升補償。單個頂升橫斷面同步頂升，采用單獨一套同步控制系統。頂升施工時需要進行梁體變形及應力監控，指導同步頂升施工作業。

4.4 處理過程

1)頂升支架搭設。經計算，起頂支架利用既有門洞形成2排起頂支架，另外單獨設置2排鋼管立柱支架，見圖4。順橋向共計4排起頂點，橫橋向均為4個起頂點，對應4個腹板中心線。

圖4 頂升支架縱斷面布置

2)設備安裝與調試。在頂升支架頂端逐一安裝16臺千斤頂，確認支架頂端為水平狀態且應縱橫向居中布置。對梁體底面起頂區域的弧形部分采用自流平高強砂漿找平，并加墊水平鋼板。安裝完成后，對千斤頂底面、頂面及梁底起頂部位采用水平尺檢查水平度。

逐一安裝液壓系統、控制系統及監測系統并進行調試，系統初始加載由液壓工程師會同土建工程師共同確定并報總指揮。最終由系統操作員輸入PLC系統，讀取記錄控制系統力傳感器和位移傳感器初值或將其歸零。

3)加載頂升。首先進行微加載，即為完成安裝調試的頂升設備進行輕微同步加載，每次加壓1 MPa左右，直至影響區域內滿堂支架支撐力傳遞至千斤頂上。然后進行試頂升，啟動頂升系統后密切觀察橋梁是否出現異常狀況，設備、儀表是否正常工作，顯示讀數是否在合理范圍內。試頂頂起后，持荷5 min，觀察梁體及設備狀況。試頂正常后，平穩落梁。

正式頂升時首先將梁體跨中中心線小里程方向撓度值最大區域頂起，待跨中中心線兩側基本對稱后，再進行全橋同步頂升。分級分區同步頂升，每一個頂升橫截面作為一個區。各級頂升過程中千斤頂的頂升力分級加載，加載輪回數根據每一頂升循環的目標頂升量控制，依據監測結果作動態調整。

各頂升力同時根據油壓表及荷載傳感器的數據進行控制，同時將頂升位移量作為控制首要指標。當頂升位移量達到目標頂升量時，可不需達到預計加載值。當加載到目標荷載但未達到目標頂升量時應具體分析原因，然后確定下一步加載方案。最終加載以梁體標高全面達到設計標高控制。

4)頂升監測。施工監控貫穿于正式頂升的整個過程，主要包括橋梁標高監測、橋梁水平位移監測、梁體主要受力截面應力監測。

標高監測采用DS05高精度自動安平式水準儀，用來測量每個頂升橫斷面的實際頂升高度，使頂升到位后橋面標高得到有效控制，并在頂升施工過程中有效地監測橋梁線形偏差。在每個頂升截面上方橋面各布置3個測點，4個頂升橫斷面，共計12個測點。

水平位移監測采用全站儀，利用坐標法計算箱梁的縱橫向位移，通過對頂升過程中箱梁水平位移的監測，確保箱梁的水平位移偏差在可控范圍內。在每個頂升截面上方梁體側面各布置1個測點，4個截面，共計4個測點。

主要受力截面應力監測采用振弦式應力傳感器，掌握在頂升過程中梁體不均勻受力狀態，保證梁體結構安全，控制頂升姿態，使施工在安全可控的環境下進行。在每個頂升截面梁體底面布置1個監測截面，每個截面沿每個千斤頂平行橋梁軸線方向梁體底面各布置1個縱向應力計，梁體橫截面中心線處梁體底面布置1個橫向應力計。每個截面共計5個應力計(其中4個縱向，1個橫向)，8個截面共計40個應力計。

5)超頂及張拉備用索。加載頂升至設計線形后，針對中跨跨度較大且原設計未考慮預拱度，為改善該聯箱梁后期運營狀況，頂升到原設計狀態后，適當超頂，超頂量控制在5 mm以內。實測超頂量為 1～4 mm。

兩邊跨梁段施工完成后，啟用原設計預留的6孔備用預應力孔道，該6孔12-φ15.24預應力鋼絞線張拉后，實測上撓量為3～10 mm。超頂及張拉備用預應力索后的最終橋面線形見圖5。

圖5 最終橋面線形

4.5 處理結果

本聯箱梁中跨下撓頂升復位施工，從頂升支架搭設到最終頂升完成，前后共耗時15 d，施工過程較為順利。最終監測數據表明，該聯箱梁線形已基本恢復至設計狀態，頂升過程中應力始終處于可控狀態，未對梁體產生不利影響。

5 結論

1)較大跨度的預應力混凝土連續梁橋采用支架現澆施工時，應充分考慮橋梁結構特點，嚴格按工藝流程施工，在形成多跨連續梁受力體系后方可拆除承重支架，否則極易出現梁體下撓等質量問題。

2)預應力混凝土連續箱梁出現較大下撓時，若經判定梁體處于彈性狀態時，可通過采用多臺千斤頂同步頂升回位的方案進行處理，能夠使梁體恢復到設計狀態，避免了爆破拆除橋梁帶來的巨大經濟損失及不良的社會影響。

3)在多臺千斤頂同步頂升連續箱梁處理過程中，應加強對梁體的線形及應力的監測，確保頂升過程中梁體的安全。

［1］范立礎.預應力混凝土連續梁橋［M］.北京:人民交通出版社，1988.

［2］鄭敦隆，許品天，廖趙偉.某現澆 PC連續箱梁滿堂支架垮塌事故分析［J］.工程質量，2012(5):63-65.

［3］楊永清，郭凡，劉國軍，等.大跨預應力混凝土連續梁式橋長期下撓研究中的問題［J］.鐵道建筑，2010(9):1-4.

［4］黃躍平，周明華，胥明，等.預應力連續箱梁彎橋整體同步頂升糾扭與加固［J］.施工技術，2008，37(4):27-28，30.

［5］陳歷耿，吳毅彬，張鴻章，等.預應力混凝土連續彎箱梁橋同步頂升糾扭施工［J］.世界橋梁，2012(3):72-75.

［6］李亞楠，楊健輝，魏加志，等.汾河特大橋預應力混凝土剛構連續梁施工技術探討［J］.鐵道建筑，2013(7):12-14.

(責任審編 趙其文)

U448.35

:ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.11.07

2015-04-09;

:2015-07-22

盧小偉(1979— )，男，高級工程師，碩士。

1003-1995(2015)11-0024-03