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，其中包括：測控網(wǎng)配置、墩體測量放線控測方式、吊架法工藝流程及操作要點、合龍操作流程、合龍體系轉(zhuǎn)換、合龍頂推移位量計算等技術(shù)要點，可為同類橋梁施工和測控應(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 U445.466文獻標識碼 A文章編號 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)對處置方式。受到高墩、長距離空中跨越、合龍體系轉(zhuǎn)換、特殊的橋址區(qū)地質(zhì)地貌特點等因素影響，該類型橋梁的施工離不開細致有效的施工和監(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，在施工過程中加強施工測量、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技術(shù)要點，以為同類型橋梁的施工和測控應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 案例簡介

案例大橋為某水電站庫區(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，“承臺+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。

2 高墩施工技術(shù)

2.1 測控網(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，測控網(wǎng)設(shè)計應(yīng)用較為關(guān)鍵，控制點既要滿足常規(guī)高墩測量需求，又要為連續(xù)梁施工打下基礎(chǔ)，滿足精確測量要求，考慮在整個施工過程中保持控制點穩(wěn)定。

2.1.1 平面測量測控網(wǎng)

受圖形強度限制，首級測控網(wǎng)的岸側(cè)均邊長較長，對施工中頻繁采用交會法進行橋墩放線不利，并且橋墩離岸邊越近，交會角越大，對橋墩的測量精度影響越大?？刂泣c距離放線對象較遠，大氣折射影響放線精度，所以首級測控網(wǎng)必須加密，在岸側(cè)位置增加若干測量加密點。加密點取點考慮與首級網(wǎng)點和放線墩的通視性外，同時控制加密點的可靠性、穩(wěn)定性和準確性。結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境條件，可分別采用以下3種加密方法[1]：

（1）以兩個方向的兩個首級網(wǎng)點轉(zhuǎn)角相交或三個方向的三個首級網(wǎng)點正面相交的形式進行加密。

（2）全站儀測量精度時，首級網(wǎng)的兩端為已知點，采用導(dǎo)線法，形成網(wǎng)格。

（3）技術(shù)力量允許時，加密點可并入首級網(wǎng)，形成新的測量測控網(wǎng)，以利于增強測量精度。

施工放線常用的加密控制點，多位于附近或場地內(nèi)。由于施工機械、臨時建筑或施工干擾，導(dǎo)致加密測量點失效，需要在作業(yè)期間數(shù)次補點加密，以滿足測量需要。

2.1.2 高程測量測控網(wǎng)

為增強測量精度和便于使用，高程測控網(wǎng)應(yīng)布置成附合或閉合路線。高程測控網(wǎng)可分為首級網(wǎng)和加密網(wǎng)，水準點分為基本水準點和施工水準點。

基本水準點設(shè)在不受施工影響的位置，區(qū)域土質(zhì)堅實，抗振動，利于測量精度。基本水準點位置設(shè)永久性標志，通常采用四等水準測量法測量高程。

施工水準點用于直接測量目標物的標高。為了便于測量和盡可能降低誤差，施工測量水準點適當靠近測量目標物。

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，為避免測量誤差，同時采用極坐標法和交會法進行測量。空心八角形墩最大墩高117 m，如果采用常規(guī)測量方法，會出現(xiàn)墩端扭曲現(xiàn)象。為確保橋墩測量精確度，需保證橋墩中心線垂直和外輪廓不扭曲，采用以下測量方法：

以所設(shè)測控網(wǎng)為基準，放出樁護欄、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)，配置三個高程控制點，具體見圖1所示。

橋墩縱向中心線由橋軸線上配置2個測點進行控制。每塊墩柱模板裝配完畢后，除參照控制點復(fù)核測量墩體中心和縱橫軸線外，用經(jīng)緯儀自下而上對距墩體中心300 m的控制點做核對測量，如有偏差須立即通知作業(yè)單位進行調(diào)整，精確測控每個模板，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：①結(jié)構(gòu)受力合理，載荷傳導(dǎo)路徑更簡單，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

（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，在適當位置預(yù)埋鋼板作為斜撐持力點。工型鋼的型號和規(guī)格應(yīng)通過詳細計算給予確定，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個塊長，將主桁架跟原主桁架銜接裝配。主桁架由4個貝雷架裝配，其最大形變狀態(tài)應(yīng)詳細計算和驗證，主桁架另一端與焊接于墩蓋梁的鋼管樁牢固焊接，作為臨時支點。

（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僅為前述重量的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。完成平臺澆筑后，在鋼筋綁扎前對模板及其他載荷進行預(yù)壓。按照設(shè)計預(yù)壓載荷為梁構(gòu)重量1～2倍的標準確定預(yù)壓載荷。預(yù)壓后，觀測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。核對圖紙確認規(guī)格無誤后，進行鋼筋加工。按設(shè)計圖紙配置結(jié)構(gòu)，鋼筋交叉點應(yīng)以鐵絲扎綁牢固，必要時也可點焊。非焊接骨架之間墊以短鋼筋，保障位置準確。

（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蓋覆并淋水養(yǎng)護，蓋覆過程中不得損傷或污染混凝土表面，混凝土澆水養(yǎng)護時間不能低于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 合龍體系轉(zhuǎn)換

（1）邊跨合龍。完成箱梁1～20梁段裝配后，檢測整橋技術(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，全面檢測和調(diào)節(jié)箱梁的應(yīng)力狀態(tài)，為合龍做準備。以2 h測試間隔，至少24 h循環(huán)測試溫度場影響下橋墩與箱梁的形變狀態(tài)。在氣溫平緩變化時段，緊固吊架平臺，鎖定合龍支架等。檢查兩側(cè)箱梁與橋臺之間有無縱向約束，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?；炷翉姸却笥谠O(shè)計強度的85%并且齡期5 d后，縱向預(yù)應(yīng)力鋼束分兩批按先長后短的順序張拉，并按設(shè)計進行澆筑。

（2）合龍體系轉(zhuǎn)換。邊跨合龍段在混凝土滿足設(shè)計強度后，張拉邊跨合龍梁，拆卸臨時支撐與固結(jié)部件，合龍體系轉(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度和斷面基本對稱。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，往往一端是現(xiàn)澆施工，另一端是懸灌施工。此時箱梁的垂向溫度差會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。因為溫度差引起的閉合彎矩值的精確計算是復(fù)雜的，通常使用計算機手段。當需要估算時，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算的自由情況下各梁段的角位移和撓度值，然后計算剛性支座的彎矩并校核其強度。

除了彎矩值以外，封口還承受剪力。實際工程證明，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。

（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，橋梁合龍后，剛性骨架增加了合龍段的強度和剛度，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)要點包括：

（1）頂推控制參數(shù)。頂推形變控制指標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、工程計算模型等因素影響，具體應(yīng)力應(yīng)變與理論計算存在差異在所難免，所以頂推控制參數(shù)不能機械執(zhí)行設(shè)計和理論計算結(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)變指標控制為主，應(yīng)力指標控制復(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，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行計算：

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際上呈現(xiàn)向上仰拱狀態(tài)，當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，彎矩也會引起主梁上翹，對結(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。案例工程在頂推點與頂推方向的確定遵循如下原則，即盡量使頂推點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。技術(shù)點包括：

（1）平面與高程測控網(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2個方面，介紹了邊跨直線段懸臂吊架施工及測控技術(shù)點。

（3）從合龍操作流程、合龍體系轉(zhuǎn)換、合龍頂推技術(shù)3個方面，介紹了主橋構(gòu)合龍操作控制技術(shù)要點。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、合龍體系轉(zhuǎn)換以及頂推移位量計算確定等技術(shù)點，具有工程實用參考意義。

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