大跨径刚构桥的施工技术及控制探究

杨文

摘 要：预应力混凝土刚构桥由于受力合理、施工简便、行车方便、施工便利等特点而迅猛发展起来。预应力混凝土刚构桥在悬臂施工中，已建成的桥段在后期难以调节，为满足桥梁的设计要求，在桥梁建设施工中需进行桥梁的施工控制工作。大跨径的连续刚构桥在地形受限制的山区逐渐得到应用。该文对刚构桥的关键施工技术的总结，将为同类桥梁施工提供参考。

关键词：连续刚构桥 大跨径 施工技术 控制

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（a）-0050-02

1 预应力混凝土刚构桥发展历程

预应力混凝土近年来在桥梁建设中的应用越来越广泛，逐渐成为最重要的桥梁建设材料之一。早期的预应力混凝土桥梁多在20世纪中期修建完成，德国的胡尔姆斯桥的建成，是悬臂浇铸法在预应力混凝土桥中应用的重要里程碑事件。在这一时期，形成了预应力混凝土的T型刚结构。然而早期的施工对温度因素、混凝土受力变形等因素考虑不足，T型刚构体系虽确定，但并未得到大力发展。

预应力混凝土的刚构桥具有变形小、受力性能好、抗震能力强、行车舒适等优点。随着项推施工、逐孔架设等施工方法的发展，连续桥梁跨径不断增大。同时，跨径的增大也逐渐暴露出巨型支座的设计、施工、养护等一系列问题来。连续的刚构桥综合了T型刚构和连续桥梁的受力特点，保持连续桥的优点，同时改善了铰处易折线变形的缺陷。连续刚构桥不仅满足施工需求，还为施工提供便利，因此，20世纪60年代后期连续刚构桥开始迅猛发展。

2 连续刚构桥发展的趋势分析

现代阶段的连续刚构桥逐步形成墩梁固结、柔性墩、连续梁体的刚构体系。大跨径桥梁以跨径在120～300 m范围的桥梁居多。随着桥梁材料的优化以及施工技术水平的提升，未来的连续刚构桥在跨径上将取得新的突破。耐久性好、且轻质高强的混凝土材料在桥梁建设中应用越来越广。大跨径桥梁采用高强轻质材料减轻上部结构重量也是实现跨径增大的重要途径。另外，在桥梁的设计中通过计算机技术进行仿真分析，施工中运用遥控技术与GPS来控制施工也将是未来桥梁发展的趋势。连续刚构桥的长悬臂项板单箱截面和三向应力技术促进了连续桥梁向大跨径的迈进历程。现代桥梁工程除了注重安全性、适用性外，对桥梁美学、环保、景观设计等也同样重视，以实现环境景观与人文景观的和谐呈现。

3 预应力混凝土的连续刚构桥特征分析

连续刚构桥是在T型刚构桥和连续桥梁的基础上发展起来的结构体系。连续刚构体系分为全桥不设铰、主跨在中部设铰其余各跨不设铰这两种类型。目前所说的连续刚构体系多指全桥不设铰这种，这类刚构体系平顺度好、伸缩缝隙小、抗扭曲刚度大等特征，能更好地适应温度、地震、潮湿、大风等外部环境变化。

首先，预应力混凝土的连续刚构桥的桥墩结构高度一般在40 m以上，材料多为钢筋混凝土结构。为满足大跨径的受力要求，桥结构一般顺桥抗弯曲的刚度、横向抗扭曲的刚度都较大，桥墩设计为直立式的双柱型，以改善受力。连续刚构桥跨度大，一般主跨径超过100 m，墩梁无需临时固结和支座体系转换。连续刚构桥的主梁多采用挂篮悬浇的自架设工艺，多为箱型梁。

其次，预应力混凝土的连续刚构桥受到箱梁扭转、空间预应力束、截面变形等因素影响，其受力特征相当复杂。桥墩的刚度、高度、结构形态等对梁体受力影响较大，桥墩高度的增加，降低桥墩对上部结构的嵌固，逐渐发挥出柔性桥墩的价值。

最后，通过数理分析，测算出大跨径高墩连续刚构桥的桥高在50～55 m范围内时，投资费用与公认低费用的50 m跨径筒支桥持平。高墩大跨径的连续刚构桥具有很好的经济效益，发展前景广阔。

4 悬臂的施工技术与控制

4.1 桥梁的悬臂施工技术

悬臂施工技术是从桥墩开始对称地悬出接长，分多个梁段，逐段施工的方法。该方法适用于连续刚构、悬臂梁、斜拉桥、拱桥等上翼缘承受应力作用的桥梁结构，在跨径为70～200 m的桥梁中应用最为广泛。悬臂桥的经典施工场景如下：（1）桥址位于山崖峭壁，桥墩偏高，难以用脚手架进行施工；（2）立交桥，施工中不能中断交通流量；（3）位于河流之上的桥梁，桥梁有船运需求或水流湍急；（4）有利于悬臂施工的桥梁上部结构。悬臂施工分为悬臂拼装和悬臂浇筑两种方式，其中悬臂浇筑更为常用。悬臂浇筑的起点是已完工的桥墩节段，通过在桥墩两侧设置挂篮，平衡向未施工桥段浇筑水泥混凝土材料，逐段施工的方法。

4.2 桥梁施工控制

4.2.1 桥梁施工控制的必要性

桥梁的施工控制是桥梁建设过程中保证桥梁质量的重要环节，连续刚构桥采用悬臂分段式的施工，各节段的悬伸经历着张拉、浇筑、加载等多过程，收缩形变的影响很复杂。施工中材料的形变、实际结构和施工环境受力情况与设计时存在出入，以及存在的多种偶然因素都将对桥梁的安全性、适用性、行车条件、可靠性、外形等带来不同的影响。尤其是施工的偏差难以在后续施工中得以修正，因此，必须在施工过程中，严格进行施工控制以保证桥梁建设的整体效益。桥梁的施工控制是桥梁安全性的重要保证。施工中发现实际值与预测值相差较大时，需停止施工、仔细排查原因，以防范施工事故的发生。施工控制将有效控制桥梁施工中的突发性事故的产生，有力保证施工的安全性。

4.2.2 桥梁施工控制的内容

首先，箱梁的线性控制是连续刚构桥的悬臂浇筑施工中重要的控制方面，在浇筑过程中动态控制各平面位置和各梁段的高度，使得平面位置、高度误差满足施工要求。另外还要对主桥墩的形变、施工荷载、施工误差、张拉工艺校正、安放管道位置灯进行控制，使建桥后的标准高度尽可能接近之前的设计方案。

其次，桥梁结构实际的应力状态与设计时不相符将严重危害桥梁结构，施工中还需加强监控桥梁的结构应力。监控应力可以校验施工是否符合设计要求，校验得出的实际施工与设计方案在各时间段的偏差，为同类桥梁建设提供参考。施工中的应力主要考虑如下几种：混凝土的收缩应力、浇筑时水化热的应力、温度改变的应力、预应力产生的应力变动、施工设备产生的应力等。在对实际的应力进行判定时，应以实际测量的应力值为准，当实际应力值与设计值相差较大时，应深入分析原因，及时调整施工策略。

最后，桥梁的稳定性是桥梁结构安全的重要组成部分，随着桥梁跨径的增加，桥墩高度的增长，结构的整体刚度与局部刚度都有所下降，稳定性的问题逐渐凸显。在外力增加到某一临界值时，桥梁结构的稳定性将被打破，结构迅速发生形变，桥梁结构也将随之失去工作价值。桥梁需承受可能出现的负载以保持稳定，避免桥梁事故的发生。目前多通过稳定性分析，采用监测方法和必要应对措施，预测各种可能的不利状况，综合评定桥梁结构的形变和应力情况，制止桥梁结构失稳的出现。

目前，我国的桥梁施工控制理论及实践研究还不充足，仍缺乏先进有效的监控手段，对施工的控制要素研究的精度也较为欠缺。建立一套完善的桥梁组织管理系统和施工控制系统将是未来桥梁建设的重要目标与发展态势。

参考文献

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