大跨度預應力連續箱梁懸澆施工質量控制研究

楊開放，孫春輝，牟雨龍，盧國營，馬 勇

（中電建路橋集團有限公司，北京 100048）

引言

橋梁建設領域需要建設大量跨徑更大，撓度控制更精準的工程[1]。近年來，我國基礎設施建設如火如荼，在大跨度預應力連續橋梁中不斷升級工法建造技藝，在跨越江河湖海的高空施作橋跨結構，懸臂澆筑的工藝方法應運而生，保證順利安全高效的施工是連續大跨徑橋梁需要把控的重要工程問題。

1 工程概況

某海岸城市市政項目橋梁施工，主橋采用(70+120+70)m 跨預應力連續箱梁，掛籃懸澆施工，邊中跨比值為0.583。箱梁采用C55 混凝土，單箱雙室斷面，頂板寬21.7 m，底板寬14.2 m，兩側懸臂翼緣板長3.75 m；箱梁根部梁高H=7.1 m，跨中及邊跨現澆段梁高H=3 m，箱梁梁高按2 次拋物線變化，H/L=1/16.9；箱梁腹板厚度1～8 號塊為80 cm，9 號塊腹板厚為80～65 cm，10～12 號塊腹板厚為 65 cm，13 號塊腹板厚為65～50 cm，14～17 號塊腹板厚為50 cm；箱梁頂板厚28 cm；箱梁底板厚度變化采用2 次拋物線，由箱梁根部90 cm 漸變到跨中30 cm；邊跨現澆段底板厚度由30 cm 漸變到80 cm，腹板厚度由50 cm 漸變到65 cm。橋面采用3.0%單向橫坡，通過腹板高差形成。箱梁采用懸臂現澆施工法，設置支座的主墩應采取相關措施懸臂施工。

2 箱梁施工

2.1 箱梁設計參數

根據現場箱梁的施工要求，進行實際參數值控制，以最大化工程施工工藝的連續進行，所采用主要為25 m 箱梁先交施工，其施工參數見表1。

表1 25 m 小箱梁存梁期上拱值及反預拱值設置表(單位：mm)

表1 中張拉及存梁天數均指混凝土齡期；此外所有數值為計算值，施工時，根據預制梁實測上拱值修正設置反預拱度。反預拱度需要考慮豎曲線的影響，根據豎曲線半徑調整反預拱度的設置值；反預拱度模型參考圓曲線或其它二次拋物線進行施工[2]。

2.2 預應力工藝

連線箱梁施工完成后，需要進行預應力筋的施工，主要是預應力張拉的工藝確定。對于管道的位置，必須嚴格按坐標定位并用定位鋼筋固定，定位鋼筋與箱梁腹板箍筋點焊連接，嚴防錯位和管道下垂，如果管道與鋼筋發生碰撞，應適當挪動鋼筋位置。澆筑前應檢查波紋管是否密封，防止澆筑混凝土時阻塞管道[3]。箱梁混凝土強度和彈性模量達到設計值的85%后，且混凝土齡期不小于7 d 時，方可張拉預應力鋼束。在施加預應力時，采用張拉力與引伸量雙控標準。預制梁內正彎矩鋼束錨下張拉控制應力為0.75 Fpk=1 395 Mpa，預應力張拉時還需考慮鋼束與錨圈口之間的摩擦損失，錨口摩阻損失暫按3%考慮，即鋼束錨外張拉控制應力為1 437 Mpa，錨口摩阻損失的具體數值根據現場試驗確定，任何時候錨外張拉控制應力不得超過0.8 Fpk。預施應力過程中，保持兩端的伸長量基本一致，兩端伸長量之差不宜大于5%。當預應力鋼束張拉達到設計張拉力時，實際引伸量值與理論引伸量值的誤差應控制在±6%以內。實際引伸量值需要扣除鋼束的非彈性變形影響。張拉的鋼筋伸長兩端總和見表2。

表2 鋼筋張拉兩端伸長總值(單位：mm)

表2 中N1-N5 為孔道預應力管道穿束點位。管道內的鋼絞線需滿足：

（1） 所有鋼絞線的張拉雙控指標中，以引伸量為主，引伸量允許誤差在±6%以內，每一截面的斷絲率不得大于該截面總鋼絲數的1%，且不允許整根鋼絞線拉斷。預應力鋼絞線采用主要參數：鋼束松弛率0.03；孔道摩阻系數0.2（塑料波紋管）；孔道偏差系數0.0015；一端錨具變形及鋼束回縮值0.006；彈性模量E=1.95×105 MPa；單根鋼絞線截面積A=140 mm2；此外塑料波紋管的孔道摩阻系數需要結合試驗現場驗證，如與參數取值不一致，需要做出相關預應力鋼束的調整。

（2） 所有預應力管道必須采用塑料波紋管，預應力管道必須設置塑料內襯管時允許澆筑混凝土，內襯管外徑可比波紋管內徑小3 mm～4 mm。管道與管道間的連接及管道與錨具喇叭管的連接確保其密封性，選擇與錨具相匹配的塑料波紋管。

所有預應力管道的定位必須準確牢固，管道軸線必須與墊板垂直。縱向預應力管道位置的偏差不得大于1 cm，橫向預應力管道不得大于0.5 cm；在每一梁段混凝土澆筑后應立即檢查每一管道是否漏漿和堵管。在穿鋼絞線前應用高壓水沖洗和檢查管道。

（3） 塑料波紋管的接長時，采用卡箍套管接長，也可采用熱熔焊接，避免擴孔；橫向接管部位交錯布置，嚴禁在同一斷面相鄰管道同時接長，且不允許將被接管外露，只允許接管外露；鋼束和粗鋼筋張拉完畢，及時采用真空壓漿工藝灌漿，排氣孔設置于管道最高處，壓槳前應用壓縮空氣或用高壓水清除管道內雜物。在24 h 內壓漿，要求管道壓漿密實，水泥漿的水灰比不得大于0.4，強度等級不小于C40，允許摻膨脹劑，吸漿要求飽滿密實。

2.3 懸臂澆筑工藝

懸臂掛籃技術要求掛籃自重不得大于最重梁段自重的0.4 倍，同時掛籃應設有調整±6 cm 豎向撓度的功能，以便調整立模標高[4]。進行掛籃設計時應注意掛籃后支點預埋件的安裝和設計。掛籃的前吊帶應設有調整標高的功能，任何梁段混凝土的澆注全部要求從懸臂端部向根部順序澆注，在澆筑梁段混凝土過程中應隨時調整由于梁段自重在掛籃上產生的撓度，避免產生豎向裂縫。掛籃縱梁不允許采用貝雷梁或萬能桿件，力求增加掛籃剛度，并進行試壓測定撓度和強度滿足使用要求后方可允許使用。

此外，在確保承載能力和剛度的前提下，掛籃盡可能輕型化和行走方便，掛籃自重加全部施工荷載應控制在650 kN 以下（掛藍設計應根據材料、工藝等情況選取合適的安全系數）。懸澆掛籃在0、1#梁段上安裝完畢后，應進行預壓測試，并記錄預壓時的彈性變形曲線，以盡可能消除非彈性變形和獲得標高控制的數據。

由于臺城河主跨120 m，跨度較大，需要對主橋施工的全過程進行應力、應變、撓度監測控制，并根據實際的施工荷載、施工周期、材料特性、施工溫度等計算出每一節梁段的立模標高，以指導下一步的施工。如圖1 所示。

圖1 大垮預應力連續箱梁立模高度及撓度差

由圖1 可知，需要對實際橋跨的撓度曲線進行驗算，在實際施工時，立模高度的確定來源于撓度曲線的設置，需考慮撓度差的存在，在實際現場施工過程中，由于需要的撓度與結構受力后發生的撓度有偏差，只要在撓度差范圍內，整個結構體系就是可以接受并且可以繼續施工。

圖2 給出了項目的箱梁斷面結構，特別注意預留孔道以及結構中心線的位置，在對位合模過程中，需要準確將模板定位到指定位置，進行鋼筋綁扎和現澆筑混凝土的施工。在掛籃懸臂中，監控量測工作不能缺少，必須實時進行。

圖2 連續箱梁橫斷面及預應力筋穿束圖

3 質量控制

3.1 掛籃抗風措施

（1） 長懸臂施工狀態避開臺風季節且采取臨時連接措施，加強主梁的抗風穩定性。

（2） 兩個單T 連接盡可能同步，特別在長懸臂澆筑階段。在單T 完成前提早做好邊跨和中跨的合攏準備工作，以便邊跨合攏后能立即進行中跨合攏，以利安全。

（3） 7 級以上風速時不得移動掛籃，同時將掛籃穩妥的固定于已澆梁段上。

（4） 在橫向抗風的設計中，要防治由于橫向變形導致的掛籃整體穩定性缺失，在實際施工中，根據不同掛籃位置的實際工況，進行剪切力的監控測試[5-6]，測試出行進中的掛籃的不同部位的剪切力和效應的反應狀態，分別用Qu和Qj代表，并將二者的比值確定出，以刻畫在收到各向風力作用時，掛籃的結構穩定儲備情況，以Qu/Qj表示。測試結果見表3。

表3 掛籃各部位抗剪切效應測試值（單位：kN）

通過表3 的測試可以看出，在不同墩頂上的掛籃，其結構穩定性儲備均在1 以上，這表明實際施工中的掛籃是穩定的。在N1 孔道附近的掛籃相對穩定值最小，但也保持有7%的結構響應空間。對于正常的結構設計而言，達到95%以上的穩定性即可確保結構的整體安全。因此，基于本項目的懸臂掛籃是安全可靠的。

3.2 合龍段質量控制

合龍段的施工，全程采用高程位移監測，通過安裝混凝土應變計進行掛籃現澆。對合龍段兩端澆筑的梁端進行準確的監測變形控制，通過對應變的分析，可以導出應力狀態，得出圖3 所示的結果。

圖3 合龍段兩側應力監測結果對比柱狀圖

經過圖3 的監測顯示，在合龍段施工前后，必須做好梁端的頂板控制。對于邊跨中的支架現澆段混凝土需要比合龍段早14～20 d 澆筑；單T 完成后將掛籃拆除，部分掛籃材料堆放在T 的懸臂端，其重量與中孔端掛籃重平衡；余下的所有正彎距束，先張拉長束，后張拉短束，并將最先張拉的最短鋼束補充到設計噸位。在合龍施工中，一端掛籃前移，將掛籃自重平均分配到兩懸臂端上，拆除另一端掛籃，然后安裝合龍段剛性支撐，在當天最低溫度時澆筑合龍段混凝土。

4 結論

大跨度預應力橋梁懸澆施工已經非常普遍，在實際工程中出現的如撓曲線變形不一致、剛度偏位以及懸澆合龍施工中都容易出現較大的質量問題，本研究通過全面綜合的分析，將大跨度預應力連續箱梁橋的懸臂現澆施工的質量管控進行系統研究。得知：設計撓度和實際工程撓度的撓度差，通過不斷觀測及懸臂段堆載預壓的方式進行整改調整，逐步解決橋梁遇到的問題和質量通病。本研究總結的技術控制要點可以為類似工程提供質量控制辦法，并能夠為懸臂澆筑方法的進一步施工提供案例參考。