高墩四跨連續剛構橋的合龍順序

張小舟

（四川川資建設工程咨詢有限責任公司，四川 成都 621000）

0 引言

連續剛構橋以結構自身穩定性好、跨越能力強、施工方便且技術成熟、造價低、行車舒適等優點，迅速在我國發展起來，尤其在山區跨越峽谷、河流等地段，高墩剛構橋應運而生。目前剛構橋的施工技術比較成熟，施工一般采用懸臂澆筑，最后通過體系的轉換實現全橋的合龍。由于剛構橋具有自重大的特點，受混凝土的收縮徐變及溫度變化等的影響，再加上長期處于荷載的作用下，運營期會引起主梁預應力損失，導致主梁跨中下撓，橋墩墩頂水平偏移過大等問題。

合龍是剛構橋懸臂澆筑的一個重要施工環節，合龍的成敗直接影響著成橋后橋梁的受力及變形。由于運營期間，主梁跨中會下撓，在懸臂施工過程中，會存在一定的縱坡，故單“T”構的懸臂兩端，不可能做到荷載完全對稱施工，特別對于高墩而言尤為明顯。本文以一座4 跨超高墩剛構橋為例，對頂推力的確定及合龍順序進行研究。

1 工程概況

擬建一座四跨（100+200+200+100）m 連續剛構橋，主橋橋墩高度分別為113m、195m 和178m，橋墩形式為鋼管混凝土格構墩。擬定幾種不同的合龍方案，利用橋梁計算軟件Midas Civil，分析橋梁運行10 年后結構的變形和應力變化，確定最優合龍方案，確保橋梁成橋后的受力和線形滿足設計要求，橋梁設計如圖1 所示。

圖1 橋梁設計示意圖

2 方案設計原則

對于剛構橋，混凝土的收縮徐變會使主梁長度縮短，長度的縮短將會帶動橋墩頂部向跨中偏移，對于高墩剛構橋而言，這種趨勢更為明顯。解決的方法普遍為：在合龍施工前，在合龍口施加一定的頂推力，使得墩頂向邊跨側發生一定的偏移量。頂推對墩頂產生的預偏值，可以抵消部分混凝土收縮徐變等作用在墩頂所產生的縱向位移，這樣能有效地降低運營期橋墩開裂的風險，確保橋梁在建成通車后的安全使用。對高墩多跨連續剛構橋，頂推力的大小不但與水平位移量有關，還與合龍順序有關[1-3]。

綜上所述，施工合龍方案設計的原則為：在滿足橋梁線形及受力的情況下，通過反復的試算，確保頂推過程中6#墩墩頂狀態接近于豎直狀態。

3 合龍方案擬定

根據現場施工條件及施工方案，擬定了如下三種施工合龍方案：

方案一：先對1#、4#合龍口進行邊跨合龍，再進行2#合龍口合龍，最后進行3#合龍口合龍。

方案二（設計推薦）：先對1#、4#合龍口進行邊跨合龍，再進行3#合龍口合龍，最后進行2#合龍口合龍。

方案三：先對1#、4#合龍口進行邊跨合龍，2#、3#合龍口同時合龍。

所有方案中，邊跨合龍口合龍前均不進行頂推，跨中合龍口合龍前需進行頂推。

4 頂推量計算

通過計算，三種合龍方案在不進行頂推工序時，墩頂的水平變化量如表1 所示。

表1 的數據為各施工方案中，在不進行頂推工序的情況下，通車運行10 年后，各墩的水平位移。從數據可以看出，不同的合龍方案對成橋后墩頂的位移有一定的影響，特別是對于高墩。無論哪種方案，5#墩及7#墩均向跨中偏移，且位移量較大，而6# 墩的位移量較小。分析其原因：本橋為4 跨連續剛構，6#墩處于橋梁的中心處，由于混凝土的收縮、徐變影響，5# 墩、7#墩頂均向6#墩靠攏。由于墩高的不一樣，5#墩僅113m高，而7#墩高178m，6#墩高達195m，幾乎為5# 墩高的2 倍，剛度不一樣，導致兩邊墩頂的水平偏移量不一致。

表1 未進行頂推的不同方案運營10 年后墩頂位移量

根據實際施工情況，由于合龍期間的環境溫度與設計合龍溫度相當，故可不考慮溫度對合龍施工的影響。模型計算一般都是理想化狀態，與實際存在一定的差別，比如有限元分析中，支座模擬沒有縱向約束，而實際支座有一定的摩阻力，故成橋后由于收縮徐變引起的橋墩縱向位移實際變化量較理論模型偏小。根據經驗，一般選取理論值的70%作為控制值。

5 方案結果對比分析

5.1 墩頂位移比較

在合龍時進行頂推，目的就是為了使得橋梁在通車運行若干年后墩頂回歸原位。

根據方案設計原則，對三種方案進行頂推力的試算，試算結果如表2 所示。

表2 三種方案頂推合龍的頂推力組合計算結果

對方案一進行試算，各墩頂的水平偏移累計量接近豎直狀態。但是頂推56 跨較小，僅僅為30t，現場不好控制。對方案三進行試算，可以看出，各墩的偏移累計值最接近于豎直狀態，頂推力也好控制。對方案二進行試算，可以看出，當5、7 墩頂的10 年后的狀態可以達到豎直狀態，但是6 號墩依然偏移量較大，達到41mm[4-5]，線形對比分析如圖2 所示。各方案施工成橋合龍口高差對比如表3 所示。

圖2 線形對比分析

表3 成橋后合龍口高差

如表3 所示，通過計算分析，各合龍方案施工完成10 年后，主梁累計豎向位移對比分析可知：不同的合龍方案對后期成橋線形影響較大，方案三整體線形較為合理。

5.2 應力分析

不同方案主梁1#塊根部應力值見表4 所示。

表4 主梁1#塊根部應力值比較

從表4 中數據可以看出，三種合龍方案對主梁應力影響小，頂板與底板最大值與最小差之比均在1%，相差非常小。

5.3 方案優劣比較

合龍方案的優劣主要從線形及結構受力方面考慮。

（1）從主梁線形控制考慮，3 種方案在頂推時，對中墩6#墩的豎向撓度影響差異比較大。當單獨進行頂推時，控制豎向撓度變化的難度增加，需要適當進行一定的配重，耽誤工期。對于方案二，當先頂推67 跨時，由于墩高度非常大，達到195m，墩比較柔，產生水平偏移的同時豎向位移影響也大，對于方案一亦是如此。所以從線形角度考慮，針對本橋，方案三最為合理。

（2）從墩頂水平的偏移來考慮。方案一中頂推力經過調整，可以實現成橋10 年后墩頂的位移量處于豎直狀態，但是2#合龍口與3#合龍口的頂推力的差別較大，特別是2# 合龍口，頂推力只需30t 即可，頂推力小，在施工過程中難以精確控制。由于6#墩為最高墩，單“T”構相對于其他兩個墩來說相對較柔，故方案二中當先頂推2#合龍口時，6# 墩頂已產生較大的水平位移，當6#、7#墩成為整體結構后，結構剛度增大，為保證6#墩在第二次頂推后盡量回到原位，則需要增大頂推力，然而隨著頂推力的增大，則可能造成7#橋墩底部彎矩過大，使之受力不利，同時將導致施工控制困難。通過理論分析認為，當2#合龍口與3#合龍口同時頂推時，能保證6 號墩處于不動的狀態，并且施工方案三最優[6]。

（3）從主梁結構受力來看，三種方案差異比較小，影響小。

（4）從施工進度方面考慮，由于2#合龍口與3#合龍口同時頂推、同時合龍，縮短了施工工期，至少節約工期半個月左右。

通過以上4 點分析可知，以控制墩頂水平位移為原則，結合實際施工可操作性及施工控制難度，方案三最優，即跨中合龍口同時頂推，同時合龍。

6 結束語

綜上所述，對于本橋的建設，如何控制運營期間中墩的墩頂水平位移為關鍵。無論先合龍哪一跨，都將對6#墩的墩頂產生一定量的水平位移，第一次頂推對6#墩產生的位移抵消，隨后再次頂推另一個合龍口時，必然會引起頂推力的增大，并且成橋線形不順暢。當同時頂推時，可以較好地避免這一現象，同時也大大縮短了工期。該方案經設計認可，已現場實施，從現場實測監測數據，此方案是可行的，可為今后同類型的橋梁合龍方案提供一種思路。