大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工技術(shù)分析

張朝榮

(廈門興海灣工程管理有限公司，廈門 361000)

1 引言

隨著我國社會經(jīng)濟及科學(xué)技術(shù)水平的快速發(fā)展，使得我國的橋梁施工技術(shù)水平得到顯著提高。 在當(dāng)下眾多橋梁的施工技術(shù)中， 大跨徑連續(xù)橋梁施工技術(shù)具有跨度能力大、剛度強，養(yǎng)護成本低，動力性能好等優(yōu)越性，因而在橋梁施工中得到廣泛應(yīng)用。

大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁是在連續(xù)梁基礎(chǔ)上通過梁體及橋墩固接在一起而演變成的一種橋梁體系。 受力特點表現(xiàn)為連續(xù)梁和T 形剛構(gòu)橋的綜合體系[1]。

由橋墩和上部結(jié)構(gòu)固結(jié)為一個整體， 可發(fā)揮共同承壓效應(yīng)，降低連續(xù)墩墩頂負(fù)彎矩；但該結(jié)構(gòu)體系為超靜定結(jié)構(gòu)，在施工過程中，易受外界溫度變化、預(yù)應(yīng)力損失、混凝土收縮徐變、 橋墩支座不均勻沉降等因素影響產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力，影響結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性。施工方案的合理與否直接影響著成橋的線型、結(jié)構(gòu)內(nèi)力、施工過程中質(zhì)量及安全風(fēng)險。 因此本文以東峰互通樞紐A 匝道1 號橋為例，對懸臂施工過程中，0 號塊施工、箱梁懸臂施工、邊跨現(xiàn)澆段施工、 箱梁合攏段施工等關(guān)鍵技術(shù)及施工風(fēng)險因素進行了詳細(xì)分析，為提高該類工程質(zhì)量提供技術(shù)借鑒。

2 懸臂施工技術(shù)

懸臂施工法是大跨徑混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工中應(yīng)用最多的一項技術(shù)，從已經(jīng)建成的橋墩開始，分別從相鄰兩個跨徑方向兩側(cè)對稱進行梁段現(xiàn)澆或?qū)㈩A(yù)制節(jié)段對稱拼裝[2]。懸臂施工法包含懸臂拼裝及懸臂澆筑二種施工工藝。懸臂拼裝是利用平衡原理將特制的托架安裝在完工的墩臺頂兩側(cè)， 利用兩側(cè)的托架形成的懸臂向跨中拼裝梁體預(yù)制構(gòu)件， 在拼裝預(yù)制構(gòu)件時同時逐段張拉預(yù)應(yīng)力的操作方案； 懸臂澆筑是利用平衡原理將工作平臺分設(shè)于完工的墩臺頂兩側(cè)， 通過工作平臺形成的懸臂向跨中現(xiàn)場澆筑梁體， 在現(xiàn)場澆筑梁體時同時逐段張拉預(yù)應(yīng)力的操作方案。

3 工程概況

東峰互通A 匝道1 號橋橋長487.5m， 最大橋高約48m，橋面寬11.75～22.12m。 本橋平面位于R=494.5m 圓曲線上及豎曲線半徑R=8000m 的豎曲線上， 全橋共5聯(lián)：(45+80+45)m+(2×25)m +(2×20)m +(20+25+25+20)m +(5×25)m，其中主橋(45+80+45)m 采用預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)箱梁，掛籃分段懸澆施工，其它聯(lián)采用預(yù)應(yīng)力混凝土(后張)簡支(橋面連續(xù))T 梁。先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)，采用架橋機吊裝施工，施工現(xiàn)場圖如圖1 所示。

圖1 施工現(xiàn)場圖

主橋上部結(jié)構(gòu)為(45+80+45)m 三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)單箱單室變高度箱梁， 箱梁中支點高度5.0m，邊支點及跨中高度2.1m；箱梁頂板寬度為13.9m，底板寬度為7m，頂板懸臂長度為3.45m，懸臂板端部厚度為18cm，腹板根部厚度為130cm。 箱梁頂板厚度30cm，箱梁底板厚30～120cm，箱梁梁高以及箱梁底板厚度至跨中按2 次拋物線變化。箱梁腹板50～70cm，在腹板變化段箱梁腹板厚度按直線段漸變。 箱梁頂設(shè)預(yù)設(shè)3%的橫坡，跨中及中支點半截面如圖2 所示。箱梁澆筑采用懸臂法施工，分段長度依次為：0 號梁段長12m+3m+4×3.5m+4×4m，邊跨合攏段及中跨合攏段長均采用2m， 兩個邊跨現(xiàn)澆梁段長6m。

圖2 跨中及中支點半截面(單位：mm)

4 施工關(guān)鍵技術(shù)分析

在東峰互通A 匝道1 號橋施工過程中，0 號塊施工、箱梁懸臂施工、邊跨現(xiàn)澆段施工、箱梁合攏段施工是整個項目施工的關(guān)鍵，因此結(jié)合工程施工方案，對該四項關(guān)鍵施工技術(shù)進行了詳細(xì)分析。

4.1 0 號梁段施工

0 號梁段采用托架在墩頂進行現(xiàn)澆，0 號梁段托架布置如圖3 所示。在墩身施工過程中，采用鋼管和槽鋼搭設(shè)三角托架作為0 號梁段安裝平臺及承重體系， 在設(shè)計位置預(yù)埋鋼板，并同時在已完工墩身上附著承重牛腿。澆筑0 號梁段產(chǎn)生的施工荷載可通過三角托架及承重牛腿傳遞到墩身上。由于0 號梁段處于高墩墩頂懸空位置，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，澆筑的混凝土強度高、方量大，且0 號梁段底層管道、鋼筋密集，為減輕托架負(fù)載和保證混凝土澆筑質(zhì)量，減少混凝土施工過程中不均勻膨脹、收縮、溫度應(yīng)力等不利因素，0 號梁段豎向應(yīng)分二層澆筑，兩次澆筑高度分別為H1=3.5m(混凝土約190m3)，H2=3.8m。 為了避免二層澆筑的混凝土因收縮徐變差異造成混凝土開裂， 因而二層混凝土齡期應(yīng)控制在15d 以內(nèi)[3]。同時0 號梁段澆筑完成后，要及時加強構(gòu)件內(nèi)部的通水降溫、澆水養(yǎng)護，及時拆模， 以防0 號梁段因內(nèi)外溫差導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)內(nèi)外開裂。

圖3 0 號塊托架布置(單位：cm)

4.2 箱梁懸臂施工

(1)1#～9# 梁段箱梁在掛籃上對稱懸臂澆筑， 懸臂澆筑施工過程如圖4 所示。在箱梁懸臂施工前，需對掛籃進行選擇。目前應(yīng)用于懸臂施工技術(shù)的掛籃包括三角掛籃、滑動斜拉式掛籃、菱形掛籃及弓弦析架式掛籃四種，結(jié)合工程實際，本項目采用菱形掛籃施工，掛籃設(shè)計如圖5 所示，掛籃主要技術(shù)性能如表1 所示。

圖4 對稱懸臂澆筑施工過程圖

圖5 掛籃斷面設(shè)計圖

表1 掛籃主要技術(shù)性能

為了避免掛籃變形過大造成結(jié)構(gòu)結(jié)合面開裂， 掛籃需保證自身具有足夠的剛度及承載能力。 此外掛籃應(yīng)行走方便且盡可能輕量化， 全部施工荷載及掛籃自重之和要小于800kN。 在0 號梁段上安裝完掛籃后，應(yīng)在掛籃上布置測點，通過預(yù)壓測試測出掛籃的初始標(biāo)高。試驗加載系統(tǒng)采用砂袋配重分級加載， 荷載加載等級按照最大箱梁混凝土實際重量的25%、50%、75%、100%、120%依次進行加載，加載完成后一次性卸載。為了盡可能模擬各種工況下掛籃澆筑混凝土施工過程中受力狀態(tài)， 試驗加載時應(yīng)根據(jù)主梁不同位置的不同荷載數(shù)值， 將荷載均勻?qū)ΨQ地布置在掛籃上，測出掛籃的承載能力、主梁彈性階段及非彈性階段變形情況， 并盡可能消除主梁非彈性階段的變形，以獲取標(biāo)高控制數(shù)據(jù)。

(2)各懸臂施工梁段必須一次現(xiàn)澆完成，無論是懸臂澆筑階段、掛籃移動階段，還是掛籃拆除階段，均需保持懸臂端兩側(cè)載重一致對稱平衡施工，在特殊情況下，懸臂一側(cè)載重最大容許超重20t。

(3)在懸臂施工過程中，應(yīng)加強箱梁的施工監(jiān)測及控制，做好各項試驗數(shù)據(jù)及試驗參數(shù)的采集，通過數(shù)據(jù)實時反饋做到對懸臂澆筑時箱梁輪廓線性及梁體受力狀態(tài)進行準(zhǔn)確的控制及調(diào)整，并將其誤差控制在允許的范圍內(nèi)，箱梁合攏段兩端相對高度及箱梁中心軸線偏差均不得大于1cm。

李離聽得直拍腿：“吳耕兄弟你說得對！桃花源里人也不能光種桃樹吃桃子，劉肇阮晨遇到的小仙女，也會種芝麻呢！我們?nèi)トf花谷里，種地開菜園子，好是好，就是忘了帶上小麥高粱的種子，也忘了牽兩只豬崽，揣一窩孵窩的雞蛋，怎么辦？”

4.3 邊跨現(xiàn)澆段施工

(1)邊跨現(xiàn)澆段在托架上澆筑前，需對托架進行預(yù)壓處理來抵消托架非彈性階段的變形， 在澆筑時按照施工控制要求及實測的彈性變形量， 來確定現(xiàn)澆段立模的標(biāo)高及預(yù)拱度，整個澆筑過程需一次完成。

(2)邊跨現(xiàn)澆段底模安裝時，應(yīng)按規(guī)定在交接墩處設(shè)置支座。

4.4 箱梁合攏段施工

(1)箱梁合攏段的溫度、合攏的順序及施工工藝直接影響成橋后的受力狀態(tài)及全橋線形的控制， 因此對箱梁合攏段施工需嚴(yán)格控制。

(2) 為了盡量減少合攏時溫度對合攏段施工的影響，施工時段應(yīng)安排在光照對箱梁上下緣溫差影響較小的季節(jié)或者溫度相對比較穩(wěn)定的時段進行施工。 澆筑完成后應(yīng)注意澆水降溫養(yǎng)護，并對箱梁表面進行覆蓋保護，待混凝土達到設(shè)計強度后要盡快開展預(yù)應(yīng)力張拉工作。

(3)在合攏時要求施工單位、監(jiān)理、施工控制單位做好充分準(zhǔn)備，并嚴(yán)格按照施工方案控制合攏流程，以避免合攏段施工時出現(xiàn)的過大的變形及不平衡載荷。

5 施工風(fēng)險因素類別與控制措施

由于橋梁施工項目設(shè)計、工序和技術(shù)相對復(fù)雜，在施工過程中， 尤其是在連續(xù)大跨徑橋梁的施工過程中會存在一定的安全隱患，這些諸多的不確定性，會伴隨風(fēng)險的產(chǎn)生，因此有必要對施工風(fēng)險因素制定防控措施，防患于未然[5]。 根據(jù)風(fēng)險因素性質(zhì)，可將施工安全風(fēng)險分成人、物、管理、環(huán)境等四個方面[6]，每個風(fēng)險的具體內(nèi)容如圖6所示。

圖6 橋梁工程施工安全風(fēng)險

(1)在施工人員方面風(fēng)險方面：加強施工人員專業(yè)技能、安全防護措施及安全意識培訓(xùn)。要求現(xiàn)場施工人員通過專業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)持證上崗， 嚴(yán)格按照施工設(shè)計要求施工，遵守施工規(guī)范。 在各環(huán)節(jié)施工中，要確保人為施工操作無誤。

(2)在材料設(shè)備風(fēng)險方面：加強材料質(zhì)量檢測，在材料存儲時，嚴(yán)格控制材料存儲溫度，用完的廢料及時處理，杜絕廢料污染原材料； 找器械供應(yīng)單位定期給技術(shù)人員做機械操作培訓(xùn)， 規(guī)范施工機具操作， 加強設(shè)備安全防護，定期給機械設(shè)備保養(yǎng)，并進行升級更換。

(3)在安全管理風(fēng)險方面：認(rèn)真貫徹執(zhí)行組織設(shè)計，采用合理的組織設(shè)計措施， 加強現(xiàn)場指揮管理及施工現(xiàn)場安全監(jiān)管力度。建立健全的管理制度體系，加強施工技術(shù)人員管理[7]。

(4)在施工環(huán)境風(fēng)險方面：施工前做好地形地貌調(diào)查，完善測量控制網(wǎng)，在雨天、雪天、高溫、嚴(yán)寒等特殊氣候條件施工時，做好施工安全防護方案，夜間施工時，檢查施工照明及做好施工技術(shù)交底工作，安裝施工消音設(shè)備，降低施工噪音。

6 結(jié)論

隨著懸臂施工技術(shù)在橋梁工程施工建設(shè)中的廣泛應(yīng)用， 該技術(shù)已成為大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工的關(guān)鍵技術(shù)之一， 合理的懸臂施工方案會對竣工后結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。本文以工程項目為例，對施工過程中關(guān)鍵技術(shù)及施工風(fēng)險因素進行了詳細(xì)分析，得到如下結(jié)論：

(1)對大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程中關(guān)鍵技術(shù)問題及注意事項進行分析， 能有效提高此類工程施工環(huán)節(jié)質(zhì)量安全。

(2)對大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程中的施工風(fēng)險類別及控制措施進行深入的分析， 能有效預(yù)判和防范施工過程中可能存在的風(fēng)險因素。

大跨徑連續(xù)梁技術(shù)對我國橋梁建設(shè)工作起到了積極的推動作用，在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，大跨徑連續(xù)梁技術(shù)將不斷地趨于完善， 并進一步在我國橋梁建設(shè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。