雙跨80 m連續梁懸臂法施工線形控制技術

葉雙雙

上海建工集團工程研究總院 上海 201114

根據中國國家鐵路集團有限公司公布的數據，截至2019年底，全國鐵路營業里程逾139 000 km，其中高鐵35 000 km。目前，我國各地的高鐵建設如火如荼。但高鐵建設里程長、沿線地形復雜多變，跨越河流、深谷、公路或既有建（構）筑物等情況更是十分常見。這給高鐵建設人員帶來了新的技術挑戰。

當高鐵建設中需跨越障礙物時，連續梁橋是經常采用的形式。目前，國內的高鐵連續梁橋大都采用懸臂現澆的形式，相關學者的研究文獻也較多。許志強等[1]以青島益佳碼頭大橋預應力混凝土連續梁為例，介紹了現澆懸臂施工橋梁設計采用的規范以及主要技術標準，闡述了懸臂施工橋梁的結構形式及特點；謝明志等[2]以某特大跨度連續梁為研究背景，基于有限元數值模擬，依托實測數據，采用Midas/Civil有限元軟件進行了線形參數敏感性研究；馬文娟[3]以準池鐵路的前窯子水庫大橋（58＋3×96＋58）m有砟軌道混凝土連續梁為案例，介紹了大跨連續梁懸灌改支架現澆的設計方法；杜學進等[4]結合工程實例，對連續梁懸臂施工邊跨現澆支架進行了優化設計，確定了荷載分布，建立了受力分析模型，并對其強度、剛度和穩定性進行了檢算。上述文獻均偏向理論設計與研究，涉及具體工程施工中的控制技術尚不多見[5]。

基于此，本文以某特大橋的雙跨80 m連續梁主跨為例，介紹高鐵連續梁橋懸臂現澆施工中的線形控制技術，以為類似工程施工提供借鑒。

1 工程概況

某特大橋位于浙江省金華市，線路沿既有鐵路滬昆線行走，沿途經過義亭鎮、孝順鎮，橋梁全長9 793.850 m。橋梁的起訖里程為DK131＋093.21—DK140＋886.95，其中橋墩共303個，橋臺2座，懸臂現澆連續梁4聯，支架現澆連續梁5聯，門式墩6個。該橋梁的DK137＋793.955—DK138＋051.555里程處設計為1座（48.75＋2×80＋48.75） m連續梁，橋墩編號為212#—216#。該連續梁橋墩高20～22 m，主跨分別跨越孝順鎮桐源溪和主干道荷園街（圖1）。

圖1 背景工程連續梁橋施工現場

2 大跨連續梁線形影響因素分析

高鐵建設對于橋梁結構的線形控制精度要求高，尤其是要控制好懸臂法施工連續梁的梁面高程、平整度、合龍口相對高差和軸線，確保合龍后的梁體整體線形達到設計和規范要求，從而盡可能減少后期無砟軌道施工時梁面處理的費用。為此，項目部組織相關技術人員和有關專家，以“頭腦風暴”的形式，采用魚刺圖分析法，對連續梁線形的相關影響因素進行了全面分析（圖2）。

圖2 連續梁線形的影響因素分析

經分析，確認影響連續梁整體線形質量的主要因素有以下5個：掛籃錨固系統安裝、掛籃預拱度設置、測量控制網精度、預應力管道施工、合龍段施工。

在分析總結的5個主要控制因素中，測量控制網精度與預應力管道施工這2個因素的控制相對較為容易，本文不做介紹。因此，掛籃錨固系統安裝、掛籃預拱度設置以及合龍段施工即成為保證本工程連續梁線形的重中之重。

3 大跨連續梁線形控制技術難點分析

通過分析掛籃錨固系統安裝、掛籃預拱度設置及合龍段施工這3個關鍵工序的工藝可知，它們共同存在的技術難題主要表現為測量過程控制與撓度控制，具體分析如下：

1）懸臂法施工連續梁的線形控制測量工作量大，精度要求高。本工程連續梁橋設計為變截面連續梁，梁高按二次拋物線變化。因此，施工過程中在每一次掛籃調整時都應當進行測量定位，并保證測量精度，以避免測量誤差的積累。

2）桁架結構掛籃前移時采用主桁接長方式，每階段掛籃撓度的計算和控制要求高。本工程主梁沿縱向共分73個梁段，包括0#現澆段、1#—11#懸澆段、邊跨現澆段，以及邊跨合龍段和中跨合龍段，懸澆梁段最大質量達123.5 t。因此，在每個梁段的掛籃懸臂澆筑時，必須考慮相應的撓度問題，即必須設置合理的預拱度以抵消混凝土澆筑后的下沉效應。

4 大跨連續梁線形控制施工對策

4.1 掛籃錨固系統安裝質量控制

4.1.1 根據懸臂塊段最大荷載選擇后錨及前吊桿體系

本工程連續梁的最大荷載位于4#段，節段體積為47 m3。據此，經過安全驗算，掛籃結構布置如下：前上橫梁設計為雙拼36a#工字鋼，前下橫梁設計為雙拼28a#工字鋼。后上橫梁共設置3組，其中1組設計為通長的雙拼36a#工字鋼，并以4根φ32 mm精軋螺紋鋼錨固，剩余的另外2組作為安全儲備，采用單根長度2 m的雙拼25a#工字鋼。后下橫梁則設計為雙拼32a#工字鋼，同時，側模滑道與內模滑道分別設計為雙拼36a#工字鋼、雙拼25a#工字鋼。側模設計為型鋼桁片結構，底模為已加工好的定型鋼模，底板部位底縱梁設計為單根25a#工字鋼，掛籃吊桿均設計為雙螺帽的φ32 mm精軋螺紋鋼，并在使用過程中以牛毛氈包裹，防止機械碰撞或點焊打火。主桁片利用箱梁豎向預應力束進行錨固。掛籃結構布置如圖3所示。

圖3 掛籃側面結構示意（掛籃解體后）

4.1.2 確定錨桿錨固力及受力控制

在掛籃作業過程中，后錨起著決定性作用，后錨錨力不足將導致掛籃主桁前傾，輕則使梁體線形偏離設計值，重者有可能導致掛籃主桁傾覆。因此，應根據最大塊段荷載驗算后錨錨固力，并在掛籃預壓前按照錨固力采用油頂進行張拉，得出精軋鋼伸長量。其余后錨采用雙32 t千斤頂錨固，并以此伸長量校驗后錨錨固力。掛籃預壓時可驗證后錨錨固力是否足夠。在后續懸臂段施工時嚴格按照此方式進行后錨錨固。

4.2 掛籃預拱度設置與控制

4.2.1 進行掛籃預壓，得出非彈性、彈性變形值

掛籃拼裝后，采用砂袋分3次進行加載，施加荷載分別為梁段施工總荷載的60%、100%、120%。預壓時在兩端前橫梁上各布置4個觀測點，每級加載完畢1 h后進行支架的變形觀測（圖4）。對100%荷載預壓數值進行分析，得出此荷載下掛籃的非彈性、彈性變形值，并作為預拱度設置的依據。

圖4 掛籃預壓斷面示意

4.2.2 根據掛籃預壓變形值設置預拱度

掛籃體系前移采用主桁接長，橫梁帶動底模、側模滑移的方式，因此每段掛籃均存在非彈性、彈性變形。非彈性變形按掛籃預壓值進行設置，彈性變形則按塊段荷載采用類比法計算得出。

4.3 合龍段施工

合龍段施工的關鍵是勁性骨架和混凝土施工時間的選擇、配重的計算與加載以及卸載控制，這些因素直接影響連續梁合龍后的整體線形。因此，為達到最好的連續梁線形控制效果，合龍段勁性骨架及混凝土施工選擇在一天中氣溫最低的時段進行，并根據實際荷載情況對配重進行準確計算，同時，加載及卸載要與混凝土澆筑保持同步。

具體工序如下：

1）已澆筑混凝土側掛籃前移，安裝、固定。

2）在一天中氣溫最低的時段安裝中跨合龍段剛性骨架。剛性骨架采用4根雙拼40a#工字鋼。工字鋼必須與預埋螺桿安裝牢固（圖5）。

圖5 合龍段施工示意

3）張拉臨時預應力鋼束各2根。

4）按順序依次進行鋼筋及模板施工：綁扎合龍段底板、腹板鋼筋，定位底板、腹板預應力鋼束波紋管→合龍段底板、腹板鋼絞線穿束→安裝箱室內側模及橫隔梁側模→綁扎頂板鋼筋及定位頂板預應力鋼束波紋管→頂板鋼絞線穿束。

5）在一天中氣溫最低的時段澆筑合龍段混凝土，同時卸載合龍段兩側砂袋配重。

6）解除中墩支座鎖定，張拉并錨固相應的預應力鋼束，同時補拉臨時預應力鋼束到設計值。

7）拆除合龍段掛籃體系。

5 實施效果

目前，本工程特大橋（48.85＋2×80＋48.75） m連續梁已順利合龍。經過現場測量檢查驗收，各項線形質量控制技術指標均達到設計及規范要求。連續梁懸臂法施工期間，未發生一例機械吊裝、人員傷亡事故，在保證安全的前提下，實現了預期的連續梁線形控制效果。

6 結語

連續梁結構形式作為工程中最常見的特殊孔跨之一，在高速鐵路的橋梁施工中經常出現，應用也較為廣泛。本文結合工程實踐，對雙跨80 m連續梁的線形控制影響因素進行了全面分析，總結了工程施工中橋梁線形控制的關鍵工序，并最終取得了預期的線形控制效果。

當下，大跨混凝土連續梁大多采用懸臂現澆的傳統工藝。該工藝技術應用較為成熟，質量有較好的保證，但工期較長，成本也相對較高。而近些年，預制裝配式工藝在房建、市政高架等領域取得了長足的發展，相關的技術標準與管理規范已逐步形成應用框架。因此，大跨混凝土連續梁若采用節段預制、現場拼裝的裝配式工藝，則較傳統工藝可節約大量的工期與成本，且質量也有保證。相信在未來，預制裝配化工藝也將是高速鐵路中大跨混凝土連續梁發展的重要方向。