高墩大跨度混凝土預(yù)應(yīng)力箱梁橋的施工技術(shù)研究

吳佳奇

摘要 文章基于工程案例，從高墩放線測(cè)量、邊跨直線段懸臂吊架法、主橋合龍控制等方面，分析高墩大跨度預(yù)應(yīng)力箱體梁橋的施工技術(shù)要點(diǎn)，其中包括：測(cè)控網(wǎng)配置、墩體測(cè)量放線控測(cè)方式、吊架法工藝流程及操作要點(diǎn)、合龍操作流程、合龍?bào)w系轉(zhuǎn)換、合龍頂推移位量計(jì)算等技術(shù)要點(diǎn)，可為同類橋梁施工和測(cè)控應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞 預(yù)應(yīng)力箱梁橋；高墩；大跨度；施工技術(shù)；應(yīng)用研究

中圖分類號(hào) U445.466文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）09-0072-03

0 引言

高墩大跨度混凝土預(yù)應(yīng)力箱梁橋是公路建設(shè)應(yīng)用較多的一種橋梁形式，其墩體高，令深水、深谷公路過線有了全新的應(yīng)對(duì)處置方式。受到高墩、長(zhǎng)距離空中跨越、合龍?bào)w系轉(zhuǎn)換、特殊的橋址區(qū)地質(zhì)地貌特點(diǎn)等因素影響，該類型橋梁的施工離不開細(xì)致有效的施工和監(jiān)控技術(shù)保障。案例即是一座高墩大跨度預(yù)應(yīng)力箱體梁橋梁，在施工過程中加強(qiáng)施工測(cè)量、采用懸臂吊架、墩上翻模以及規(guī)范合龍控制操作等技術(shù)，使橋梁順利合龍。該文將結(jié)合工程案例，梳理介紹該施工及控測(cè)技術(shù)要點(diǎn)，以為同類型橋梁的施工和測(cè)控應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 案例簡(jiǎn)介

案例大橋?yàn)槟乘娬編?kù)區(qū)公路的一座高墩大跨度混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋梁。主跨采取（93.50+210.00+

93.50）m三跨布置。橋梁總長(zhǎng)度411.40 m，橋面寬9.00 m。主梁采取單室單箱變截面預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)，底板寬度6 m，頂板寬度9.00 m。箱梁根部梁高13.50 m，中跨跨中梁高3.50 m，根部梁至跨中呈現(xiàn)1.50次拋物線變化，全部采用明挖現(xiàn)澆法施工。八角形鋼筋混凝土薄壁空心墩，橫橋至墩頂寬度8.00 m，采取60∶1向墩底放坡。薄壁厚130 cm，采用重力型橋臺(tái)，“承臺(tái)+群樁”墩為基礎(chǔ)，樁基由9根3排徑3 m的鉆孔灌注樁構(gòu)成，承臺(tái)高6.00 m。橋址區(qū)位處盆地與雪山的過渡地帶，最高海拔4 442.00 m。高山侵蝕地貌，“V”形峽谷斷面，谷壁坡率35～80°左右，連續(xù)剛構(gòu)的最大跨度210.00 m，最大墩高116 m，橋形多變，高墩翻模是施工面臨的難點(diǎn)。

2 高墩施工技術(shù)

2.1 測(cè)控網(wǎng)設(shè)置

橋址區(qū)山體陡峭，峽谷深邃，為有效監(jiān)控成橋線形，測(cè)控網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)用較為關(guān)鍵，控制點(diǎn)既要滿足常規(guī)高墩測(cè)量需求，又要為連續(xù)梁施工打下基礎(chǔ)，滿足精確測(cè)量要求，考慮在整個(gè)施工過程中保持控制點(diǎn)穩(wěn)定。

2.1.1 平面測(cè)量測(cè)控網(wǎng)

受圖形強(qiáng)度限制，首級(jí)測(cè)控網(wǎng)的岸側(cè)均邊長(zhǎng)較長(zhǎng)，對(duì)施工中頻繁采用交會(huì)法進(jìn)行橋墩放線不利，并且橋墩離岸邊越近，交會(huì)角越大，對(duì)橋墩的測(cè)量精度影響越大。控制點(diǎn)距離放線對(duì)象較遠(yuǎn)，大氣折射影響放線精度，所以首級(jí)測(cè)控網(wǎng)必須加密，在岸側(cè)位置增加若干測(cè)量加密點(diǎn)。加密點(diǎn)取點(diǎn)考慮與首級(jí)網(wǎng)點(diǎn)和放線墩的通視性外，同時(shí)控制加密點(diǎn)的可靠性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件，可分別采用以下3種加密方法[1]：

（1）以兩個(gè)方向的兩個(gè)首級(jí)網(wǎng)點(diǎn)轉(zhuǎn)角相交或三個(gè)方向的三個(gè)首級(jí)網(wǎng)點(diǎn)正面相交的形式進(jìn)行加密。

（2）全站儀測(cè)量精度時(shí)，首級(jí)網(wǎng)的兩端為已知點(diǎn)，采用導(dǎo)線法，形成網(wǎng)格。

（3）技術(shù)力量允許時(shí)，加密點(diǎn)可并入首級(jí)網(wǎng)，形成新的測(cè)量測(cè)控網(wǎng)，以利于增強(qiáng)測(cè)量精度。

施工放線常用的加密控制點(diǎn)，多位于附近或場(chǎng)地內(nèi)。由于施工機(jī)械、臨時(shí)建筑或施工干擾，導(dǎo)致加密測(cè)量點(diǎn)失效，需要在作業(yè)期間數(shù)次補(bǔ)點(diǎn)加密，以滿足測(cè)量需要。

2.1.2 高程測(cè)量測(cè)控網(wǎng)

為增強(qiáng)測(cè)量精度和便于使用，高程測(cè)控網(wǎng)應(yīng)布置成附合或閉合路線。高程測(cè)控網(wǎng)可分為首級(jí)網(wǎng)和加密網(wǎng)，水準(zhǔn)點(diǎn)分為基本水準(zhǔn)點(diǎn)和施工水準(zhǔn)點(diǎn)。

基本水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)在不受施工影響的位置，區(qū)域土質(zhì)堅(jiān)實(shí)，抗振動(dòng)，利于測(cè)量精度。基本水準(zhǔn)點(diǎn)位置設(shè)永久性標(biāo)志，通常采用四等水準(zhǔn)測(cè)量法測(cè)量高程。

施工水準(zhǔn)點(diǎn)用于直接測(cè)量目標(biāo)物的標(biāo)高。為了便于測(cè)量和盡可能降低誤差，施工測(cè)量水準(zhǔn)點(diǎn)適當(dāng)靠近測(cè)量目標(biāo)物。

2.2 高墩施工放線

案例大橋橋址區(qū)地形復(fù)雜多變，峽谷陡峭，呈V形分布，橋墩較高，為避免測(cè)量誤差，同時(shí)采用極坐標(biāo)法和交會(huì)法進(jìn)行測(cè)量。空心八角形墩最大墩高117 m，如果采用常規(guī)測(cè)量方法，會(huì)出現(xiàn)墩端扭曲現(xiàn)象。為確保橋墩測(cè)量精確度，需保證橋墩中心線垂直和外輪廓不扭曲，采用以下測(cè)量方法：

以所設(shè)測(cè)控網(wǎng)為基準(zhǔn)，放出樁護(hù)欄、橋墩橫、縱向中心線位置，在距離橋墩中心線300 m的橫向中心線以及兩側(cè)同寬的一側(cè)，配置三個(gè)高程控制點(diǎn)，具體見圖1所示。

橋墩縱向中心線由橋軸線上配置2個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行控制。每塊墩柱模板裝配完畢后，除參照控制點(diǎn)復(fù)核測(cè)量墩體中心和縱橫軸線外，用經(jīng)緯儀自下而上對(duì)距墩體中心300 m的控制點(diǎn)做核對(duì)測(cè)量，如有偏差須立即通知作業(yè)單位進(jìn)行調(diào)整，精確測(cè)控每個(gè)模板，才能保證高墩軸線位置及相關(guān)線性的不偏離、不扭曲[2-4]。

3 邊跨直線段懸臂吊架施工技術(shù)

3.1 吊架法工藝流程

吊架法即在墩體任意一側(cè)預(yù)埋三角支架，拉長(zhǎng)已有掛籃主桁架，并借助邊墩蓋梁形成支撐作業(yè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過舉架、吊架等支撐系統(tǒng)，最大限度地避免邊墩的偏心應(yīng)力，減少懸臂端的垂向壓力，有效控制懸臂端形變程度。該吊架法具有如下優(yōu)勢(shì)：①結(jié)構(gòu)受力合理，載荷傳導(dǎo)路徑更簡(jiǎn)單，裝配也方便。②更大限度地利用現(xiàn)有裝備，提高設(shè)備利用率，節(jié)約資金。③安全性好。④利于邊跨合龍的精確度。邊跨直線段吊架施工流程如圖2所示[5-6]。

3.2 吊架法操作要點(diǎn)

（1）預(yù)埋托架。為降低懸臂載荷及其沉降形變影響，在墩頂側(cè)位置預(yù)埋工型鋼承重架，在適當(dāng)位置預(yù)埋鋼板作為斜撐持力點(diǎn)。工型鋼的型號(hào)和規(guī)格應(yīng)通過詳細(xì)計(jì)算給予確定，確保材料和結(jié)構(gòu)滿足施工載荷要求。

（2）掛籃行走與桁架安裝。懸臂澆筑至最后塊件，張拉澆筑后將前移既有掛籃1個(gè)塊長(zhǎng)，將主桁架跟原主桁架銜接裝配。主桁架由4個(gè)貝雷架裝配，其最大形變狀態(tài)應(yīng)詳細(xì)計(jì)算和驗(yàn)證，主桁架另一端與焊接于墩蓋梁的鋼管樁牢固焊接，作為臨時(shí)支點(diǎn)。

（3）前移吊籃底模與托架支撐。將掛籃底模前移到預(yù)設(shè)工字鋼端部，選擇支點(diǎn)作為最終位置。通過傳力，桁構(gòu)的最終載荷僅為最不利狀態(tài)下探出墩體的箱梁重量的0.5倍，傳導(dǎo)到最后懸臂端的重量?jī)H為前述重量的0.25倍。

（4）鋪設(shè)底模與裝配外側(cè)模。懸掛結(jié)構(gòu)安裝牢固后，安裝懸掛結(jié)構(gòu)，底板可采用定制鋼模板和竹膠板。外模借助掛籃外模前移，與底板接觸面連接緊密并加固。

（5）預(yù)壓。完成平臺(tái)澆筑后，在鋼筋綁扎前對(duì)模板及其他載荷進(jìn)行預(yù)壓。按照設(shè)計(jì)預(yù)壓載荷為梁構(gòu)重量1～2倍的標(biāo)準(zhǔn)確定預(yù)壓載荷。預(yù)壓后，觀測(cè)支架體系的彈性與非彈性形變狀態(tài)，通過彈性形變確定參考預(yù)留值。

（6）扎綁鋼筋。核對(duì)圖紙確認(rèn)規(guī)格無誤后，進(jìn)行鋼筋加工。按設(shè)計(jì)圖紙配置結(jié)構(gòu)，鋼筋交叉點(diǎn)應(yīng)以鐵絲扎綁牢固，必要時(shí)也可點(diǎn)焊。非焊接骨架之間墊以短鋼筋，保障位置準(zhǔn)確。

（7）澆筑混凝土與養(yǎng)生。垂向分層混凝土澆筑，第1層為底板與腹板，第2層為頂板。由于直段設(shè)計(jì)為變截面箱梁，混凝土重量的三分之二集中在墩體一側(cè)，澆筑墩體箱梁段水平方向，先將載荷傳導(dǎo)給墩體，再傳導(dǎo)給主框架，則有利于應(yīng)力平衡，在一定程度上利于桁構(gòu)失穩(wěn)和軸線偏心的控制。完成混凝土澆筑后，在水泥漿干燥后及時(shí)蓋覆并淋水養(yǎng)護(hù)，蓋覆過程中不得損傷或污染混凝土表面，混凝土澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)間不能低于7 d[7-8]。

4 主橋合龍操作控制技術(shù)

4.1 合龍操作流程

合龍段施工工藝流程如圖3所示。

4.2 合龍?bào)w系轉(zhuǎn)換

（1）邊跨合龍。完成箱梁1～20梁段裝配后，檢測(cè)整橋技術(shù)參數(shù)和施工質(zhì)量。裝配合龍吊架，T構(gòu)邊跨進(jìn)行端部水箱壓重，壓重水箱選擇614 kn。檢查橋面堆載，全面檢測(cè)和調(diào)節(jié)箱梁的應(yīng)力狀態(tài)，為合龍做準(zhǔn)備。以2 h測(cè)試間隔，至少24 h循環(huán)測(cè)試溫度場(chǎng)影響下橋墩與箱梁的形變狀態(tài)。在氣溫平緩變化時(shí)段，緊固吊架平臺(tái)，鎖定合龍支架等。檢查兩側(cè)箱梁與橋臺(tái)之間有無縱向約束，保證縱向自由滑移。裝配模板扎綁鋼筋，澆筑混凝土?xí)r放出等重水。混凝土強(qiáng)度大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%并且齡期5 d后，縱向預(yù)應(yīng)力鋼束分兩批按先長(zhǎng)后短的順序張拉，并按設(shè)計(jì)進(jìn)行澆筑。

（2）合龍?bào)w系轉(zhuǎn)換。邊跨合龍段在混凝土滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，張拉邊跨合龍梁，拆卸臨時(shí)支撐與固結(jié)部件，合龍?bào)w系轉(zhuǎn)換為單懸臂體系。再用同樣的方法澆筑中跨合龍段混凝土，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力梁張拉，拆卸模板，轉(zhuǎn)換體系，最終構(gòu)成三跨混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋梁。

（3）合龍口彎矩與剪力。中跨合龍兩端懸臂部分的長(zhǎng)度和斷面基本對(duì)稱。合龍期間，由于箱梁垂向溫度的影響，兩端懸臂部分的合龍標(biāo)高基本一致，合龍剛性支座只承受角位移引起的彎矩。邊跨合龍施工時(shí)，往往一端是現(xiàn)澆施工，另一端是懸灌施工。此時(shí)箱梁的垂向溫度差會(huì)引起合龍梁段的撓度值差和角位移，使合龍段混凝土產(chǎn)生彎曲。這種彎矩通常由外部剛性支承承受。因?yàn)闇囟炔钜鸬拈]合彎矩值的精確計(jì)算是復(fù)雜的，通常使用計(jì)算機(jī)手段。當(dāng)需要估算時(shí)，可以假設(shè)兩側(cè)懸臂部分可以是用共軛梁法或其他方法計(jì)算的自由情況下各梁段的角位移和撓度值，然后計(jì)算剛性支座的彎矩并校核其強(qiáng)度。

除了彎矩值以外，封口還承受剪力。實(shí)際工程證明，此種剪力較小，配置抵抗彎矩值的剛性支座來抵抗這種剪切力，可以忽略不計(jì)。

（4）合龍段勁性鋼筋架。為使剛澆筑的合龍段混凝土不受混凝土收縮、環(huán)境溫度等影響。張拉前采取有效措施控制合龍口間距。該橋采用箱內(nèi)加槽鋼勁性骨架的方法，剛性骨架的作用是在合龍段混凝土的養(yǎng)護(hù)期內(nèi)，減少混凝土承受此處結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的跨中彎矩、拉力、扭矩和剪切力，以保證合龍段混凝土凝固過程中盡量消除外界因素的干擾。同時(shí)，橋梁合龍后，剛性骨架增加了合龍段的強(qiáng)度和剛度，有利于保證合龍段的完成質(zhì)量，增加橋梁的整體性。

4.3 合龍頂推技術(shù)

頂推在高墩大跨度預(yù)應(yīng)力箱梁橋合龍施工中是關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)，其技術(shù)要點(diǎn)包括：

（1）頂推控制參數(shù)。頂推形變控制指標(biāo)是指合龍梁段縱向水平移位與墩頂縱向水平移位的狀態(tài)控制。合龍頂推過程中，結(jié)構(gòu)發(fā)生形變，內(nèi)部應(yīng)力重新分布，由于材料變異性、施工精度、工程計(jì)算模型等因素影響，具體應(yīng)力應(yīng)變與理論計(jì)算存在差異在所難免，所以頂推控制參數(shù)不能機(jī)械執(zhí)行設(shè)計(jì)和理論計(jì)算結(jié)果，應(yīng)該結(jié)合工程具體情況，綜合、合理地提供頂推控制。案例合龍施工中，其頂推力控制原則為“應(yīng)變指標(biāo)控制為主，應(yīng)力指標(biāo)控制復(fù)核”的頂推參數(shù)控制原則[4]。

（2）頂推移位量確定。頂推移位量是指頂推操作時(shí)，結(jié)構(gòu)在水平方向上的移位量。該移位量可按下述公式進(jìn)行計(jì)算：

Δx=?（Δxw+kΔxx+Δxs），k∈[0.5，0.6] （1）

式中，Δxs——墩頂因作業(yè)因素引發(fā)的水平偏位；Δxx——墩頂因收縮徐變引發(fā)的水平偏位；Δxw——墩頂因溫度引發(fā)的水平偏位量。

（3）頂推點(diǎn)與頂推方向的確定。在垂直面內(nèi)，變斷面連續(xù)剛構(gòu)橋主梁斷面的形心實(shí)際上呈現(xiàn)向上仰拱狀態(tài)，當(dāng)水平頂推作用于沒有水平彎曲和豎向彎曲的連續(xù)剛構(gòu)時(shí)，彎矩也會(huì)引起主梁上翹，對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力和線形狀態(tài)非常不利。彎矩與主梁截面的抗彎剛度相比不是很大，但還是要盡可能防止。案例工程在頂推點(diǎn)與頂推方向的確定遵循如下原則，即盡量使頂推點(diǎn)處于頂推截面的中心，頂推方向應(yīng)盡可能與主梁截面切線保持在同一直線。

5 結(jié)論

結(jié)合工程案例，梳理介紹了其高墩大跨度預(yù)應(yīng)力箱體梁橋的施工控制相關(guān)技術(shù)點(diǎn)。技術(shù)點(diǎn)包括：

（1）平面與高程測(cè)控網(wǎng)設(shè)置及高墩施工放線方法。

（2）從吊架法工藝流程與操作要點(diǎn)2個(gè)方面，介紹了邊跨直線段懸臂吊架施工及測(cè)控技術(shù)點(diǎn)。

（3）從合龍操作流程、合龍?bào)w系轉(zhuǎn)換、合龍頂推技術(shù)3個(gè)方面，介紹了主橋構(gòu)合龍操作控制技術(shù)要點(diǎn)。該文介紹的保證高墩軸線位置和相關(guān)線性不偏離與不扭曲方法、邊跨直線吊架施工工藝、合龍頂推力控制原則、合龍?bào)w系轉(zhuǎn)換以及頂推移位量計(jì)算確定等技術(shù)點(diǎn)，具有工程實(shí)用參考意義。

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