大跨度連續剛構橋中跨合龍段頂推施工技術

胡琪

摘要：向莆鐵路莆田特大橋跨沈海高速公路連續剛構橋具有跨度大、小半徑、施工干擾多、安全隱患大、技術復雜等特點，通過對對中跨合龍段頂推施工技術總結回顧，希望可為今后同類特大橋施工提供借鑒和建議。通過計算、對比、分析，得出四點同時、同步頂推，墩頂偏移控制為主，頂推力控制為輔的雙控原則進行指導施工，能夠更有利于改善主梁和橋墩的變形，并可以有效改善橋墩底部、頂部墩梁固結處的受力。

Abstract： The continuous rigid frame bridge of the Shenyang-Haikou expressway of Putian Bridge in Xiangpu Railway has the characteristics of large span， small radius， much construction interference， large safety hazard and complicated technology. Through the summary of the incremental launching construction technology of mid-span closure section， the author hopes to provide reference and recommendations for the future construction of similar bridge. Through the calculation， comparison and analysis， the dual control principle of pier top offset control at first and supplemented by the top thrust control is got to guide construction， and this control principle can be more conducive to improving the deformation of the main beam and pier， and can effectively improve the force in bottom of the pier and the top of the pile beam consolidation.

關鍵詞：大跨度；連續剛構；中跨合龍；頂推

Key words： large span；continuous rigid frame；mid-span closure；incremental launching

中圖分類號：U448.23 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）18-0121-03

0 引言

連續剛剛構橋具有跨越能力強、結構穩定性好、施工技術成熟、行車舒適性好等優點，特別是在主跨100～350m具有較強的競爭優勢。連續剛構橋在長期荷載作用下會引起預應力損失、主梁下撓、主梁及橋墩水平偏位。溫度變化也會影響主梁變形。在橋梁結構設計規范中，對均勻溫度作用有著明確的規定。計算表明，過大的溫差會顯著增大主梁和橋墩的附加內力，尤其是橋墩底部，附加內力更大。合龍前在懸臂端進行適當的頂推，是改善長期作用效應和溫差效應的一種較為理想的施工措施[1]。

1 工程概況

向莆鐵路莆田特大橋左、右線跨沈海高速公路（80+132+80）m、（88+146+88）m為掛籃懸臂施工的連續剛構橋。線路位于R=1600m的小半徑曲線上，該橋梁部結構小半徑、大跨度、線性控制、中跨合攏頂推控制技術等為該橋的關鍵控制技術。文章重在對中跨合龍段頂推施工技術進行總結。

在大跨度剛構連續梁懸臂施工過程中，因梁段自重，混凝土收縮、徐變等因素的影響會產生較大的位移和撓度。這就需要在中跨合龍時，對兩端梁體施加一個水平頂推力，使主墩產生反向水平位移，以抵消溫差和后期混凝土收縮徐變產生的位移，改善墩身和主梁受力結構和撓度。在平常施工過程中設計只要求了頂推力的大小，未明確頂推力施加后各主墩的位移量和合龍段的變化量。為了頂推施工的精確和安全，避免盲目頂推施工，通過查詢規范資料、運用Madas軟件對結構進行建模模擬分析，得出初步結論，指導現場施工。

2 技術原理及思路

運用Madas軟件建立了理論模型，模擬出頂推各主墩施加頂推力后的理論預偏量。頂推時遵循“墩頂偏移控制為主，頂推力控制為輔”的雙控原則，通過預埋的鋼板和傳力型鋼構件，四臺千斤頂同時、同步頂推，實時測量發生的預偏量。比較分析頂推的效果，最終使實際發生的預偏量值接近模擬得出的理論值，使結構受力趨于更合理，順利實現設計頂推效果。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 合龍段頂推施工工藝流程

合龍段預埋件的預埋→頂推傳力桿件焊接→油壓千斤頂安裝固定（各觀測點測量初始數據的記錄、焊縫檢查驗收）→順序施加20%、50%、80%頂推力（分別測量記錄觀測點位移變化）→施加100%頂推力（測量記錄觀測點位移變化）→分析比較頂推效果（提前模擬得出理論頂推數據）→體外勁性骨架的安裝→油壓千斤頂卸載、拆除→傳力桿件的割除→傳力桿件的割除→合龍段后續工序施工。

3.2 操作要點

3.2.1 理論計算

根據設計圖紙要求，需要在中跨合龍前，在兩側懸臂端的四個角點均勻施加一對3000kN的水平對頂力，但設計中未給出頂推之后主墩的預偏量。為了更好地控制頂推過程，分析頂推的效果，我們在頂推前，運用Madas軟件建立了理論模型，即模擬出頂推后主墩的預偏量，通過實際頂推位移值及時和理論預偏量比較分析，從而可準確判斷頂推的效果和質量，以及保證了頂推施工的安全，避免盲目施工。

其中，計算機模擬試驗數據如下：

MIDAS/Civil POST-PROCESSOR DEFORMED SHAPE

X-方向 X-DIR=1.735E+001 NOOD=1

Y-方向 Y-DIR=0.000E+000 NOOD=1

Z-方向 Z-DIR=0.000E+000 NOOD=1

COMB=6.212E+001 NOOD=129

系數=8.496E+002

STAGE：對定力 CS：合計 最后

MAX：105 MIN：79

文件：DK537+347 單位：mm 日期：08/24/2010

表示方向：X：0.000 Y：0.000 Z：0.000

通過MIDAS橋梁分析軟件模擬，我們按照設計圖的要求，在兩懸臂端，均勻地施加一對頂推力，見圖1施加對頂力，通過圖2施加對頂力后整體位移圖，可以看出頂推后的理論模型，圖3可以看出懸臂端的位移量，最大懸臂端施加對頂力后，450#主墩懸臂端位移為11.73mm，451#主墩懸臂端位移為：13.48mm，共發生位移為25.21mm。通過圖4可以看出，雙薄臂墩在3000kN的對頂力作用下，450#主墩發生的位移為6.66mm，451#主墩發生的位移為8.59mm。

依據液壓千斤頂檢定證書和設計頂推力為3000kN，計算頂推過程的千斤頂對應的壓力表進程示值。頂推過程所使用的千斤頂為YCW250B型液壓千斤頂，測量范圍：（250-2500）kN，圖紙設計要求施加一對3000kN的對頂力，即每一個角點處施加一對750kN的對頂力，根據校準方程進行計算。

3.2.2 預埋件的預埋

勁性骨架固定螺栓預埋。按照圖紙要求在箱梁懸臂最后節段箱梁底板、頂板四個位置分別預埋4根M30地腳螺栓，相對位置嚴格按照圖紙要求設置限位板進行臨時固定。

頂推傳力桿件固定鋼板預埋。在箱梁懸臂澆筑最后一節段梁端四個四個角點位置預埋10mm厚鋼板，鋼板背面焊接8根Φ16螺紋鋼，單根長度不小于0.5m作為錨固鋼筋。注意頂推位置和圖紙要求設置體外勁性骨架位置盡量錯開設置，避免后續交叉施工的影響。

頂推傳力桿件的焊接安裝。由于千斤頂的長度有限，合龍段的長度為2m，因此必須加工型鋼做傳力桿件，考慮千斤頂長度0.4m，標準最大行程0.2m，合龍段長度2m，根據計算傳力桿件長度選為1.55m。根據計算，型鋼用I36雙拼焊接即可，焊縫Hf≥8mm，焊縫確保飽滿，并在接觸面每一面加焊兩塊三角加筋板，安裝時，注意型鋼的軸線和梁體軸線要保持一致，在相應位置焊接好四個傳力桿件。

油壓千斤頂安裝固定。用塔吊分別將4個250T油壓千斤頂固定在提前搭設好的腳手架上，注意千斤頂的軸心要和傳力桿件一致，將千斤頂編號和對應的油表編號連接好油泵，四個油泵同時啟動，待千斤頂頂住梁體和傳力桿件剛受力停止油泵。

3.2.3 測點布置和數據記錄

①提前在剛構連續梁0#塊對應墩頂中心位置設置觀測點A、B。在合龍段梁端粱面設置4個觀測點①、②、③、④。

②測量班用全站儀測量450#、451#墩0#塊中心的觀測點A、B，得出初始坐標值并記錄。A：X=808941.637，Y=507204.560；B：X=808809.589，Y=507208.648。測量觀測點①-③，②-④的間距，分別為2200mm，2200mm。

3.2.4 施加頂推力

施加20%頂推力：現按照設計要求，同時開啟4臺油泵，開始頂推，第一次加載施加設計水平推力的20%，持荷20min；

施加50%頂推力：施加20%頂推力持荷20min后，待合龍段長度及墩頂位移值穩定后，分析測量數據沒有什么異常情況，繼續施加50%力頂推；

施加80%頂推力：施加50%頂推力持荷20min后，待合龍段長度及墩頂位移值穩定后，分析測量數據沒有什么異常情況，繼續施加80%力頂推。

以上三次頂推結束后，需要并記錄各觀測點位移變化值，和理論位移值相比較，沒有出現異常位移變化，認為結構安全，可繼續頂推，并記錄觀測點頂推后標高抬高值。

施加100%頂推力：施加80%頂推力持荷20min后，待合龍段長度及墩頂位移值穩定后，分析測量數據沒有什么異常情況，繼續施加100%力頂推，在頂推過程中，注意實時測量觀測點之間的位移，防止出現異常情況。一旦發現異常情況，立即停止頂推，直至分析找出異常情況的原因所在后，解決出現的問題后方可繼續頂推，并記錄各觀測點的位移變化數據和觀測點頂推后標高抬高值。

3.2.5 數據分析

各項數據測量完畢后，立即進行分析，和理論模型的數據進行比對，若有大的誤差則要找明原因進行分析，再進行處理。通過觀測數據分析，實際頂推后的線型、受力狀態和理論模型基本吻合，說明頂推達到了預期的設計效果，不需要校正二次頂推。由于本方法采用的頂推技術較好的保證了同步對稱頂推，通過測量發現橋梁的軸線沒有發生偏移，較好地保證了連續剛構的合龍線性和頂推安全質量和效果。通過測量發現，合龍段最前端的高程變化最大為8mm，高程變化很小，說明本次頂推過程中結構是安全的。（表1）

3.2.6 勁性骨架鎖定

頂推結束后，保持千斤頂油泵不回油，保持穩壓狀態，立即安裝合龍段的勁性骨架。勁性骨架的安裝嚴格按照交底及規范要求進行，保證每一個螺帽必須按要求擰緊。勁性骨架安裝焊接完畢后，安排技術人員對螺栓和焊縫進行檢查，保證勁性骨架的臨時鎖定的質量和效果。

3.2.7 拆除千斤頂和傳力桿件及后續施工

勁性骨架安裝完畢后，先將千斤頂同時緩慢卸壓、回油，先拆除千斤頂，再拆除頂推傳力型鋼構件。拆除完頂推的設備后，進行中跨合龍段鋼筋的綁扎安裝，再進行砼的澆筑，預應力張拉、勁性骨架拆除等工作。

4 施工質量控制要點

在頂推施工中應遵循“墩頂偏移控制為主，頂推力控制為輔”的雙控原則，這樣才能達到頂推的理想效果，以保證成橋后運行階段的安全；頂推過程必須保證過程控制，并注意及時把實測觀測點的數據和理論模擬值相比較，確保頂推過程的安全和質量；頂推工序的檢驗、測量、試驗和吊裝設備都要在實施前進行鑒定和檢查，符合要求后才能使用；連續剛構中跨合龍段頂推施工工序必須制定詳細的施工工藝及施工作業指導書，繪制詳細的施工結構圖紙及細部圖紙，預埋件的安裝方面要嚴格施工現場管理；加強對工序的監測工作，利用監測數據分析研究頂推出現異常的原因，利用統計技術方法找出影響工序正常的主要原因，采取對策，消除產生影響工序異常的不確定因素；深入、細致地做好線性監控、監測工作，加強測量的真實性和準確性。

5 結語

莆田特大橋跨沈海高速公路剛構連續梁中跨合龍段頂推施工，實際位移和模擬理論位移值相差3mm，達到了設計要求的頂推效果，確保了合龍段的安全順利施工，合龍后全橋線性與預計成橋線性吻合。施工內力監測表明，該橋施工中所形成的結構內力完全符合設計要求。

合攏頂推施工技術運用Midas橋梁分析軟件模擬出頂推施工工況理論位移量，將頂推實際位移和理論位移比較，指導頂推施工，確保頂推施工安全可靠。四臺千斤頂同時、同步頂推，現場測量橋梁的軸線，保證了連續剛構的合龍后線性質量和頂推質量。頂推過程遵循“墩頂偏移控制為主，頂推力控制為輔”的雙控原則，達到頂推的理想效果，保證了成橋后車輛運行的安全。

參考文獻：

[1]胡清和.多跨連續剛構橋頂推合龍方案研究[J].中外公路，2009，29（3）：109-114.

[2]王起才.莆田特大橋剛構連續梁87.3+146+87.3懸臂施工控制報告[R].蘭州：蘭州交通大學，2010（4）：22-36.

[3]張建軍，文良東，閆石，孫雄.漢江五橋主橋中跨合龍段頂推施工關鍵技術[J].公路交通科技（應用技術版），2013（10）.