组合梁桥顶升过程施工技术研究

【摘要】钢-混组合梁桥在简支变连续的过程中，在墩顶浇筑桥面板混凝土时，在墩顶通过顶、落梁施工工艺来减少甚至抵消成桥阶段墩顶负弯矩，从而达到延长结构使用寿命和保证运营阶段桥梁的使用安全性。但是在顶升过程中，有很多需要注意的控制因素以及监测参数。本文就以在建的港珠澳大桥浅水区非通航孔桥为实例，对钢梁顶升过程一些注意事项进行简单阐述。

【关键词】组合梁；顶升

1 概述

钢箱—混凝土梁是一种能有效地推迟或避免受压区钢板局部屈曲以充分利用钢材强度， 又能发挥和改善混凝土受压性能的新型组合截面梁???[1]。钢梁形式包括工字钢、槽钢以及箱形钢梁。混凝土与钢梁之间用剪切连接件连接，使混凝土板与钢梁组合在一起，整体共同工作形成组合梁[2]。在桥梁建设中，组合梁由于其力学性能优越，经济效果明显，施工方便，在各种桥型中被广泛运用。

组合梁桥之所以有良好的受力性能，就是因为把抗拉能力强的钢材放在截面下缘，把抗压能力强的混凝土放在上缘。但是在连续组合桥中，在中间支座附近，产生负弯矩，即结构的上翼缘受拉，若上翼缘的混凝土板受到的拉应力超过某一限值，桥面板开裂，将严重影响结构的使用寿命。这样，在连续组合梁桥中，支座附近的混凝土就必须要做处理，以减小支座处负弯矩，即减小甚至抵消支座附近处混凝土的拉应力。

2 钢-混凝土组合梁桥负弯矩区处理方法

组合梁桥设计中的难点之一是混凝土不得已处于组合构件或混合结构的受拉区时，如何降低混凝土的拉应力作用??????[3]。组合结构在支座附近负弯矩段的控制方法，按照对结构的作用主要分为调整施工顺序、施加作用措施、释放作用措施和加强抗力措施，其中施加作用措施可分为墩上钢梁起顶、预加静载法和配置预应力筋。

2.1 调整施工顺序

图1 调整混凝土浇筑顺序改善负弯矩截面内力

通过调整混凝土浇筑顺序来改善截面受力如图1所示，此种方法比较适用于中、小跨径的钢-混凝土组合梁桥，且恒载所占比重较大，活载等级较低的情况。桥面板混凝土浇筑顺序如图1所示：首先浇筑3#、1#、5#混凝土，即中跨跨中和边跨跨中及边支点区段的混凝土；再浇筑中支点负弯矩区的桥面板混凝土2#和4#。这样做可以使负弯矩区的桥面板混凝土只承担桥面铺装层和活荷载产生的负弯矩，使其拉应力有所减小。各区段混凝土的分界点可以选在恒载弯矩零点附近。但是该方法也有其不足之处：施工简单，但对活载较大的桥梁，难以从根本上解决负弯矩引起的开裂问题。

2.2 预加配重法

预加配重法是在调整混凝土浇筑顺序法的基础上，进一步发展完善而来的。预加配重法简单地说就是在调整混凝土浇筑顺序法中，当浇筑完中跨跨中和边跨跨中及边支点区段的混凝土后，待浇筑的混凝土凝结硬化后，在上面预加配重，再浇筑负弯矩区段混凝土，待负弯矩区段混凝土凝结硬化后，再卸除配重荷载。在卸除配重荷载的过程中，相当于给支座附近负弯矩区混凝土施加了预压力。对于中小跨径的桥梁，该方法效果比较明显，但是对于大跨度桥梁，需要施加的配重过大。

2.3 桥面板混凝土配置预应力钢束

对于大跨度钢-混凝土组合梁桥，采用之前两种方法对降低桥面板负弯矩效果不明顯，这时可以采用在负弯矩附近配置预应力钢束，此时，预应力钢束提供给负弯矩区段正弯矩，与产生的负弯矩可以抵消一部分，而且预应力产生的弯矩可以抵消任何阶段的负弯矩，不管是恒载产生的还是活载产生的负弯矩，都可以用预应力抵消一部分，故其适用性较广。

2.4 强迫位移法

该方法的思路是待钢-混凝土组合箱梁的钢主梁部分架设完毕并连成整体后，在组合负弯矩区段混凝土桥面板时，顶升待浇筑（组合）桥面板支座，然后浇筑混凝土桥面板，待混凝土达到规定强度后再落梁，这样就给负弯矩区段桥面板一个预压力。但是此施工工艺对顶升量δ要求严格，若δ偏小，达不到预期的要求，但是如果δ偏大，对跨中钢主梁以及桥面板损害都较大。

3 某桥梁采用顶升施工工艺进行内力调整

3.1、工程概述

港珠澳大桥起自香港大屿山石散石湾，止于珠海/澳门口岸人工岛，总长约35.6km。CB05合同段起点里程K29+237，终点里程K35+890，主线设计总长度6653m。浅水区非通航孔桥采用85m连续组合梁，5～6孔一联，全长5440m。主梁采用“开口钢主梁+混凝土桥面板”的组合结构。单片组合梁最大重量约1846t。主梁采用“开口钢主梁+混凝土桥面板”的组合结构。施工方法采用先整孔吊装，再通过主梁焊接、桥面板混凝土湿接成五孔或六孔一联的连续梁桥。在负弯矩区段桥面板组合过程中，采用施加预应力和顶升两种方法并用消除支座附近负弯矩。

图1 组合梁标准断面图

3.2 施工技术

每个墩顶单幅顶落梁施工由8台600t竖向千斤顶完成，顶梁或落梁作业时，每2台千斤顶通过1台油泵串联，千斤顶和支座顶面采用600mm×400mm×20mm钢板抄垫，平均每个墩顶需钢板约640块。千斤顶上的钢板中心与梁底垫板中心对齐，支座上的抄垫钢板（用于倒顶）与横隔板对齐，千斤顶下抄垫1100mm×500mm×20mm铁板。顶梁施工以钢梁应力控制为主，顶升量控制为辅。采用分级起顶的方式保证顶梁施工的同步性，以顶升高度控制，顶升作业时，每顶升2.5cm即停止顶升，抄垫梁底与支座顶面钢板，抄垫完成后再继续顶升，每顶升5cm高度时记录一次数据，如油表读数、尺读数和实际顶升高度等。

顶升桥梁施工顺序主要分为以下几个步骤：墩顶布置，解除支座与梁底连接；量取支点梁底至墩顶初始读数；开启油泵顶升2.5cm，关闭油泵，抄垫钢板；开启油泵，顶升2.5cm，累计高度为5cm，关闭油泵，抄垫钢板，记录实际油表读数、钢尺读数、实际累计顶升高度等；开启油泵顶升2.5cm，累计高度为7.5cm，关闭油泵，抄垫钢板；开启油泵，顶升2.5cm，累计高度为10cm，关闭油泵，抄垫钢板，记录实际油表读数、钢尺读数、实际累计顶升高度等；重复以上顶梁步骤，直至顶升至设计高度，关闭油泵，锁死千斤顶。

由于千斤顶行程为200mm，不能一次顶升至设计高度，因此需进行倒顶，通过在梁底与支座顶面抄垫钢板实现倒顶，千斤顶顶升约150mm时进行倒顶。

3.3、顶升阶段施工质量控制

在顶升过程中，应保证每台千斤顶的顶升量同步，这样就需要在顶升的时候，每台千斤顶都需要一个工作人员时时观测顶升量并报告结果，当顶升量有差异的时候，通过调整油泵来调节各千斤顶的顶升高度。由监理和监控单位对油泵的读数和千斤顶读数进行时时记录。另外在顶升过程中，钢箱梁顶升附近的拉应力很大，通过有限元软件计算得到顶升过程中应力最大点，顶升前安装应力传感器，在顶升过程中，由工作人员带上专业装备，时时观测顶升过程中钢主梁的应力，并与计算值对比，保证误差控制在5%之内，当实际应力值大于理论应力值5%时，应立即停止施工，查明原因后再继续施工。

通过观测顶升过程中钢主梁控制截面的应力和理论值对比，其结果比较接近，且都远远小于其极限承载力。

4 结论

在连续大跨度钢-混凝土组合梁桥中，支座附近的负弯矩区混凝土因长期处于受拉状态，且随着混凝土的收缩徐变，拉应力进一步增加，这对结构的使用寿命和使用周期都提出了很大的挑战。通过强迫位移法来减小甚至抵消支座附近的负弯矩已经成为工程实践中较为成熟并且运用较广的一种措施，特别是对中大型桥梁，这种方法效果明显且相对经济。本文以某大桥施工为实例，通过阐述强迫位移法的施工流程及施工过程中注意的事项，以及应控制的关键参数，为强迫位移法提供了技术支持以及参考价值。

参考文献

[1].莫时旭，钟新谷. 钢箱- 混凝土梁局部屈曲分析与试验研究[J]. 铁道科学与工程学报，2007（2）：49-53.

[2] 周履. 混凝土收缩徐变引起的钢-混凝土结合梁的内力重分配[J]. 桥梁建设，2001（2）：1-4.

[3] .项海帆.高等桥梁结构理论[J].人民交通出版社，2013.

作者简介：刘春（1989-2）男，重庆交通大学硕士研究生，主要从事大跨径桥梁研究工作。