預應力混凝土連續剛構橋施工技術應用

【摘 要】以實際工程南流嘉陵江預應力連續剛構橋為背景，通過建立全橋有限元模型進行內力、變形等的驗算對橋梁的施工控制進行指導。詳細介紹了南流嘉陵江大橋連續現澆梁總體施工工藝，包括塔吊施工、0號塊施工、懸臂梁段施工、邊跨現澆段施工以及結合段施工，其中主梁0號塊、現澆直線段采用墩頂托架法現澆施工，主梁懸臂段采用掛籃對稱澆筑施工。

【關鍵詞】連續剛構橋； 懸臂澆筑； 墩頂托架法； 對稱施工

【中圖分類號】U448.23【文獻標志碼】B

［定稿日期］2022-08-10

［作者簡介］潘凱（1989—），男，碩士，工程師，研究方向為橋梁施工技術、橋梁檢測;劉建林（1979—），男，本科，高級工程師，研究方向為橋梁施工技術;楊剛（1982—），男，?？疲こ處煟芯糠较驗楣饭こ淌┕ぜ夹g。

0 引言

大跨度連續剛構橋具有造型優美、整體性強、行車體驗舒適和施工難度較小等優點，在當今橋梁建設中應用廣泛［1-2］。隨著這種橋運營期的增長，設計過程中對混凝土的收縮徐變估計不足，以及工程施工質量控制不夠等原因，使橋梁運營期內產生一定不良線形而影響了其通行性能，因此必須充分加強施工技術方案研究分析，為橋梁項目的順利完工提供可靠依據。

在連續剛構橋各個過程的施工方法，國內專家和學者都進行了許多深入的研究。朱忠民等［3］提出了采用掛籃配合蓋梁支架施工的新方法，通過數值模擬分析了新老施工方案橋梁施工過程箱梁應力與變形，證明了新施工方法的可行性；趙建祥等［4］驗證了在山區復雜的地形地勢、過渡墩較高的情況下，采用邊跨現澆段非對稱施工的可行性以及優良效益；陳穎［5］總結了邊跨直線段鋼管支架法施工的技術要點，為今后同類工程的施工提供一定參考;宋寶起［6］針對不對稱懸臂施工對梁體累計位移的影響進行參數分析，根據分析結果對施工過程中的線形控制重點提出了建議;李云虎等［7-10］通過計算由成橋時各個因素引起的墩頂縱向水平位移量，驗證了合龍頂推的必要性與頂推力計算的合理性。本文以南流嘉陵江大橋為背景，詳細介紹了連續剛構橋的施工工藝及流程，為后續相同類型橋梁施工提供參考。

1 工程概況及總體施工方案

1.1 工程概況

南流嘉陵江大橋位于四川省廣元市昭化區，大橋全長954.0 m，橫跨嘉陵江亭子口水庫，主橋上部結構為（81+3×150+81）m預應力混凝土連續剛構箱梁，為單箱單室箱形截面，橋面雙向橫坡2%，縱坡0.7%（跨中向大、小里程兩側），設計公路等級：二級公路。

該大橋連續鋼構箱梁頂板寬13.0 m，底板寬7.5 m，外翼板懸臂長2.75 m，跨中及邊跨現澆段梁高3.5 m，墩頂0號梁段高9.6 m；連續梁采用C55混凝土和三向預應力體系，單個“T構”分20個節段懸臂施工，其中0號塊長度為14.0 m，一般梁段長度分為3.0 m、4.0 m兩種，合龍段梁長2.0 m，邊跨現澆段梁長4.2 m，允許最大施工不平衡荷載10 t。

1.2 總體施工方案

南流嘉陵江大橋現澆連續梁按照主控作業工序組織流水作業。

主控作業工序為：塔吊安裝—現澆連續梁0號塊施工—連續梁標準段/現澆直線段施工—邊跨合龍—次中跨合龍—中跨合龍—橋面系施工。

現澆連續梁采用掛籃懸臂法澆筑施工，0#塊、現澆直線段采用墩頂托架法現澆。8號—11號主墩連續梁施工材料、模板等均采用塔吊吊裝，7號、12號交界墩直線段施工材料、模板等采用浮吊裝施工。

2 有限元模型驗算

本文通過建立MIDAS全橋有限元模型，對橋梁結構進行剛度驗算、支反力計算、主梁驗算以及墩柱等驗算。本次設計主橋上部結構采用全預應力構件設計，引橋上部結構采用A類構件設計。

2.1 計算參數

（1）活載計算

箱梁計算時按二車道進行加載驗算，考慮1.15的偏載系數；兩側人群荷載分別按寬度為1.5 m加載，基于墩柱的抗彎剛度分配于4個主墩上。

（2）混凝土容重取26 kN/m3，混凝土結構的收縮徐變按JTG 3362-2018《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》取值計算。

（3）根據氣象資料，全橋結構體系溫差取±16 ℃，橋面板上、下緣溫差按規范取值計算。

（4）連續箱梁主梁結構計算掛籃重量為90 t。

（5）基礎不均勻沉降，主墩基礎按2 cm考慮。

（6）根據氣象資料，全橋結構合龍體系溫度取值為17 ℃，實際合龍溫度可在15～20 ℃間選取。

2.2 主梁計算結論

由MIDAS計算可知：

在汽車活載（不計沖擊力）作用下，主梁的撓度最大值為46.99 mmlt;l/400=375 mm ， 豎向剛度滿足規范要求。

總體靜力計算表明，最不利工況下，支座承載力滿足使用要求，支座規范選型合理，且均未出現支座負反力。

在頻遇值組合下，主梁最大主拉應力0.75 MPa，小于1.096 MPa，滿足規范要求；在標準值組合下，主梁最大壓應力16.18 MPa，小于17.75 MPa，滿足規范要求；在標準值組合下，混凝土邊主梁最大主拉應力12.05 MPa，小于21.3 MPa，滿足規范要求。

橋梁的使用階段正截面軸心/偏心抗壓承載能力及使用階段裂縫驗算滿足規范要求。

在最大懸臂工況下，橋墩的穩定性能夠得到保證，滿足規范要求；成橋階段，考慮二期荷載、自重、移動荷載、預應力等作用下，對全橋進行穩定性分析，計算得出成橋階段的前5階屈曲系數，均大于4，結果表明，在成橋階段，橋墩的穩定性能夠得到保證，滿足規范要求。

本工程主橋場地地震基本烈度為Ⅵ級，地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應譜特征周期為0.40 s，結構阻尼比為0.05。對結構進行動力特性分析，結果顯示，在E1地震作用下，橋墩強度滿足要求，在E2地震作用下，最不利彎矩小于屈曲彎矩，各橋墩滿足抗震目標要求。

經MIDAS模型計算，橋梁的各項驗算均滿足規范要求。

3 現澆連續鋼構梁施工方案

3.1 塔吊施工

塔吊安裝于8號—11號主墩，連續梁施工時，考慮各種材料、機具需吊裝的最大重量和最遠距離。

塔吊需要安裝的工作高度：墩身高度（24 m）+0號塊高度（9.6 m）+掛籃高度（5.5 m）+富余工作空間（5 m）=44.1 m

根據以上情況，本項目選用CF5613塔機可滿足連續梁正常施工，該塔式起重機采用獨立式機身（不含附墻）時總高可安裝至51 m，工作高度為45 m，滿足施工需求。

塔吊基礎和標準節處于淹沒線以下的部分應涂刷防銹漆。為確保安全，塔吊在位于墩頂以下6 m位置設置附墻，與墩柱連接。在0號塊施工時將塔吊標準節澆筑于箱梁底板內，在0號塊頂板上預留（1.8 m×1.8 m）塔吊孔（塔吊標準節斷面尺寸1.6 m×1.6 m），待連續梁合龍后利用吊架重新澆筑塔吊預留孔。

3.2 0號塊施工

3.2.1 0號塊托架施工工藝

南流嘉陵江大橋0號塊支架采用墩頂托架的結構形式。托架牛腿為2 cm厚鋼板通過焊接組拼成的楔形塊，牛腿通過墩柱上的2根穿心32 mm精軋螺紋鋼錨固，牛腿安裝前可在牛腿位置的墩柱上預埋75#角鋼制作操作平臺；托架三角主桁架為雙拼32#槽鋼對口焊接，主桁架在加工場加工成型后整體吊裝；主桁上承重梁為雙拼56#工字鋼，分配梁采用20#工字鋼，間距40 cm。

托架搭設完成經檢查合格后需要進行托架預壓，托架采用反力架預壓，反力架設置于四個主墩墩頂。預壓時為保證測點測量的準確性，觀測基準點設置在墩頂，順橋向托架觀測點應在拖架前端左、中、右各設一個，橫橋向托架觀測點設置在0號塊外側模板外邊線上，要保證各測點的位移能準確反映該處支架的變形。

3.2.2 0號塊施工工藝

0號塊分兩次澆筑混凝土，第一次混凝土澆筑至底板倒角以上1 m位置，第二次澆筑剩余部位混凝土，兩次澆筑時間間隔應控制在15天以內，施工工藝：模板安裝—鋼筋施工—預應力孔道施工—預留孔道施工—混凝土施工—預應力施工。

模板安裝時要確保模板之間接縫密貼，不錯臺。要確保結構尺寸、位置滿足設計及規范要求。為減少高空作業，保證模板安裝精度，底模、外側板、內模、人洞模盡量在地面拼裝，拼裝完成后用吊車吊裝就位，所有模板在吊裝過程中不允許與其它物體碰撞，以免模板變形或損傷。

預應力管道均采用塑料波紋管，安裝過程中若縱向預應力與橫向、豎向預應力相抵觸時，保證縱向，移動橫豎向；橫豎向相碰時，保證豎向，移動橫向。預應力管道安裝按設計位置固定，不讓異物進入，豎向預應力筋管道要在底部設置壓漿嘴，同時要確保其位置準確不發生移位；縱向及橫向預應力波紋管接頭要牢靠、密封，在接頭處套入30 cm長大于管道直徑5 mm的專用接頭管，接頭位置用膠布包好，采用12 mm定位鋼筋定位，定位鋼筋在直線段上每80 cm一道，在曲線段上每50 cm一道，定位鋼筋應準確牢固。波紋管安裝后穿入襯管，避免混凝土澆筑后波紋管堵塞造成開窗，同時嚴格防止鄰近電焊火花燒傷管壁，管道安裝過程中，當預應力管道位置和普通鋼筋位置有干擾時，可適當移動普通鋼筋位置，保證預應力管道位置準確。在管道端部喇叭口處，錨墊板與預應力筋之間的空隙用海綿堵塞封閉，以防混凝土澆筑時水泥漿從此處進入。

主橋箱梁采用三向預應力體系，均采用s15.2 mm高強低松弛鋼絞線，標準強度1 860 MPa，其中縱向預應力張拉控制應力為1 395 MPa，豎向及橫向預應力張拉控制應力1 302 MPa。

3.3 懸臂梁段施工

南流嘉陵江大橋連續梁施工采用菱形掛籃，掛籃自重900 kN。掛籃使用前，應對制作及安裝質量進行全面檢查，應進行走行性試驗，為消除掛籃在加載狀態的非彈性變形并測量掛籃的彈性變形值，以便合理設置懸臂澆筑梁段的立模高度，南流嘉陵江大橋掛籃采用反力架預壓，反力架位于0號塊左右側腹板位置。

采用千斤頂在1號塊梁底板跨中對掛籃進行加載預壓，即在0號塊腹板端面設置反力架，利用其反向作用力通過32槽鋼反力架和千斤頂，將預壓荷載傳遞到25工字鋼墊梁和間距50 cm的20工字鋼分配梁上達到預壓效果。預壓加載分3級：60%、100%、120%，觀測方法同托架預壓觀測方法相同。

掛籃預壓時應對后錨上撓值、前支點沉降值、主桁前端銷接處變形值、主桁上前橫梁吊帶處和主桁上前橫梁跨中變形值、底籃前橫梁吊帶處變形值進行觀測。

連續梁從1號段開始對稱懸臂施工，循環進行鋼筋加工制作安裝、預應力管道安裝、混凝土澆筑、預應力張拉壓漿等施工工序

3.4 邊跨現澆段施工

南流嘉陵江大橋邊跨現澆段采用安裝墩頂托架的方式施工，直線段施工時在墩柱另一側安裝相同托架并予以配重。在邊跨現澆段一側的托架上安裝4個壓力傳感器，分別位于2組承重梁下的卸落砂桶底部，用于直線段施工時實時監控2個三角主桁架上的重量，便于配重側托架加載配重。

3.5 合龍段施工

根據設計要求，合龍順序為：邊跨合龍段—次中跨合龍段—中跨合龍段。

合龍段施工是體系轉換的重要環節，是控制全橋受力狀況和線型的關鍵工序。合龍段施工必須滿足受力狀態的設計要求和保持梁體設計線形，施工時必須嚴格控制合龍段的施工誤差。合龍段應在設計合龍溫度（15～18 ℃）時盡快焊接勁性骨架并澆注混凝土。本文以中跨合龍段為例，介紹其施工工藝：

（1）待次中跨合龍段段張拉、壓漿完成后，拆除中跨合龍段掛籃內模系統，將掛籃前移2 m，拉出底模系統，將其另一端錨固于中跨現澆段底板上，同時將外模走行梁拉到中跨現澆段錨固，并將外模板整體拉出來，作為中跨合龍段的底模、外模用。

（2）綁扎鋼筋、安裝預應力管道及其他預埋件；支設內模，內模采用優質竹膠板與方木加工成型，與外模對拉固定。

（3）在合龍溫度（15～18 ℃）達到要求后，盡快對中跨合龍段施加頂推力，頂推力大小為3 200 kN，施加頂推力時各主墩墩頂設計位移為：8號墩為-35 mm（負號表示向小里程位移），9號墩為-36 mm，10號墩為-45 mm，11號墩為46 mm。在正式頂推前，應先進行試頂，得到主墩實際的抗推剛度，再與設計方溝通對頂推力是否進行相應調整，頂推過程中頂推力或頂推位移有一個先達到設計數值，即停止頂推，盡快施焊合龍段剛性骨架，澆筑中跨合龍段混凝土，邊澆混凝土，邊同步卸載9號墩、10號墩中跨19號梁段壓重水（308 kN）。

（4）待混凝土齡期滿足5天且混凝土強度90%后，對稱張拉邊跨連續預應力鋼束并錨固灌漿（按先長束后短束順序），拆除次邊跨合龍段吊架，完成全橋合龍。

3.6 橋面系施工

主梁施工完成后可施工橋面鋪裝、人行道、護欄、伸縮縫、泄水管等。

護欄基座采用現澆施工，澆筑時基座時必須按照路線線形進行埋設，護欄設置須平順，嚴禁出現折線形護欄，調整護欄外形使其順適美觀?，F澆分隔帶前，所有接觸面均應鑿毛洗凈，以保證新舊混凝土密合。護欄在伸縮縫處應斷開，伸縮縫處斷縫寬與伸縮縫寬度一致。

澆筑梁體時，預留好泄水孔位置;泄水管設置在橋梁兩外側人行道處（無超高段），有超高段時，則設置在內側護欄處。

本橋橋面鋪裝底層為10 cm厚鋼筋混凝土，面層為瀝青混凝土（厚度為瀝青混凝土上面層、下面層厚度之和，但不超過10 cm）。在結構層與水泥混凝土鋪裝層、水泥混凝土鋪裝層與瀝青混凝土鋪裝層之間均設置防水層，水泥混凝土鋪裝前防水層采用滲透結晶型防水劑。底層鋪裝C40混凝土內設置間距10 cm×10 cm的D9 mm焊接鋼筋網。鋼筋網設置在底層厚度中心位置，不得貼在橋面板上，使橋面混凝土與梁板混凝土形成整體。同時底層鋪裝采用抗裂、抗滲高性能混凝土，每1 m3混凝土中摻入0.8 kg纖維素纖維。

4 結束語

連續剛構橋是大跨徑橋梁建設中常用的一種結構體系，本文借助工程實例，針對大跨徑剛構橋各個階段的施工工藝進行了全面的分析討論，為后續相同類型橋梁施工提供參考。

參考文獻

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