大跨度連續剛構橋中跨合龍段頂推施工技術

熊慧娟

（中鐵十八局集團第五工程有限公司市政管理部 天津市）

1 大跨度連續剛構橋中跨合龍段頂推施工技術概述

連續剛構橋綜合了T型剛構橋在懸臂法施工中保持體系平衡的特點，又吸取了連續梁橋在整體受力上能承受正、負彎矩的優點，橋墩的柔度能夠適應橋身結構，大跨徑橋梁的受力要求，能夠滿足預應力損失、混凝土溫度變化、收縮、徐變引起的內次力位移。此項施工技術成熟、方便，經濟性較好，得到了廣泛的應用。連續剛構橋合龍后，橋梁體系發生轉換，底板預應力束張拉、后期混凝土收縮徐變與降溫效應相組合將使兩主墩之間主梁縮短、墩頂向跨中方向發生縱向水平位移，導致墩頂、墩底產生較大的附加彎矩，主梁及橋墩結構內部產生拉應力，對結構將造成危害，影響橋梁的使用性能和耐久性。為了消除其影響，在高墩大跨連續剛構橋中跨合龍時對梁體施加一定量的頂推力，相當于給主墩施加一個反向位移，來達到使墩頂預偏的目的，以部分抵消由于底板預應力張拉、后期混凝土收縮徐變以及降溫等引起的次內力和墩頂向跨中的偏移量，改善主梁及橋墩的線形和受力狀態。

頂推是指在進行骨架鎖定前，利用千斤頂等設備使懸臂梁段向外側移動一段距離，然后連接骨架以儲備一定的壓力、變位。頂推工藝的主要目的是為了調整橋墩受力狀態，滿足運營階段橋梁體系降溫和收縮徐變等荷載對橋墩應力的要求，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。此外，連續剛構橋頂推后，箱梁應力重分布，較不頂推的情況合理，并且對跨中下撓以及箱梁開裂問題有一定的改善。

2 工程概況

該大橋祝橋為105+200+105m三跨一聯的預應力混凝土連續剛構橋。其中，上部箱梁屬于整幅式，全寬為18m，翼板懸臂為4.3m，寬度為9.5m。箱梁高度變化采用1.8次拋物線，從根部13.5m開始變化到合龍段3.8m，箱梁底板厚度采用1.7次拋物線，并從箱梁根部140m處變化至合龍段38m。箱梁腹板厚度從80cm變化至65cm，接著變化到55cm。該橋合龍段長為2.5m，方量為16m3。另外，主梁采用的混凝土是高強鋼纖維，雙肢薄壁墩為主墩，其采用的普通鋼筋混凝土，長為12m，寬2.5m，高60.55m。主墩為承臺接群樁嵌巖鋼管樁的基礎。

2.1 有限元建模

采用有限元軟件（Midas/Givl）進行計算和分析。在進行模擬時，主梁采用變截面空間梁單元，主墩采用一般空間梁，縱向預應力鋼束需要通過預應力荷載的方式來完成，截面剛度會受預應力鋼束和預應力損失的影響。在實際過程中的掛籃荷載、混凝土澆筑和臨時施工荷載，需要通過激活和鈍化節點彎矩以及節點荷載來實現。二期恒載加載需要使用梁單元荷載形式，墩底的固結采用一般支撐來進行，采用彈性連接中的剛性連接來實現墩梁固結。在進行滿堂支架現澆段，該部分的模擬通過連續梁的約束形式進行。在邊跨合龍后，采用雙支座按照實際情況來對現澆段支座進行模擬，并將支座的剛度輸入到彈性連接中。主梁節點和相應的支座節點通過主從節點連接來實現。主橋離散為213個單元，225個節點，見圖1。

2.2 頂推合龍計算

圖1 主橋計算模型圖

環境溫度會導致預應力箱梁溫度產生相應的變化，梁體會有伸縮出現。如果連續剛構橋是超靜定的，梁體會因溫度變化產生溫度應力，并產生較大的彎矩次應力影響主墩，橋墩和箱梁容易出現裂縫，對橋梁的運行期限和安全都會造成影響。通常情況下，根據當地的平均溫度來設計合龍溫度，合龍段勁性骨架鎖定時為合龍溫度，直接決定溫度的變化。所以在設計合龍段頂推施工時，橋梁設計合龍溫度和合龍溫度差的影響需要納入考慮范圍。同時應當在1d之中溫度最低的時候進行合龍段施工，避免在養成期間現澆混凝土，因為低溫狀態，會導致墩地出現彎矩狀況，混凝土最終產生裂縫。

為分析本橋升溫5℃的合龍情況，頂推力的大小。首先計算在成橋狀態，設計溫度合龍后升溫對結構的影響，計算升溫對5#、6#、7#橋墩各墩墩頂水平位移的影響，見表1。調整頂推力來抵消合龍后溫差產生的不利降溫效應，為了保證施工作業方便，設置兩個頂推力相等，即P=（P1+P2）/2，不同合龍溫度的頂推力，見表1。

表1

表2 不同合龍溫度頂推力（kN）

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

根據設計圖紙的設計標準，在中跨施工合龍前，均勻施加一對3000kN的水平對頂力于兩側懸臂頂端的四個角點位置，但在設計中未體現出頂推施工后主墩的預偏量。為了更好地分析頂推效果，控制頂推施工過程，在頂推實施前，需要運用相關軟件建立理論模型，即模擬計算出頂推后主墩的預偏量，再通過實際實施中的頂推位移值與理論預算出的預偏量進行比較分析，以此更準確判斷頂推實施的效果和施工質量，同時確保了頂推施工的質量安全，避免盲目進行大跨度連續剛構橋中跨合龍段頂推施工技術。

3.2.2 預埋件的預埋

勁性骨架固定螺栓預埋件的預埋。施工圖紙設計在箱梁懸臂的最后節段部分的箱梁底板、頂板四個位置，將四根M30地腳螺栓分別預埋在這四個位置，預埋位置需要按照設計圖紙的要求需要先設置限位板對預埋件進行臨時固定。

頂推傳力桿件固定鋼板預埋。在箱梁懸臂澆筑施工最后節段的梁端的四個角點位置預埋10mm厚鋼板，為鞏固牢固性，需要在固定鋼板背面焊接8根（單根長度不小于0.5m），直徑為φ16的螺紋鋼，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。

4 結束語

綜上所述，通過對頂推力的計算，不僅墩低不會出現拉應力，成橋之后的運營階段也能有效保證，橋墩自始至終呈現豎直狀態，能夠滿足連續剛構橋合龍段頂推施工的基本要求。

[1]周偉，胡鐵山，賴敏芝.四跨連續剛構橋合龍頂推力計算與效應分析[J].交通科技，2014（3）：20～23.