连续梁拱组合桥梁上部结构施工关键技术探讨

朱凤玲（广东长宏公路工程有限公司）



连续梁拱组合桥梁上部结构施工关键技术探讨

朱凤玲
（广东长宏公路工程有限公司）

【摘要】连续梁拱组合式桥梁施工时，桥梁上部结构的施工是我们着重注意的问题，因为其上部结构承载着较大的载荷，是整个桥梁是否能安全投入运行的关键部位之一，因此本文对0号块防裂措施、主梁不对称施工配重、吊杆张拉力优化这三个桥梁上部结构的施工技术进行的研究与讨论，并给出了一些关于这几个桥梁上部结构施工关键技术的建议。

【关键词】梁拱组合桥梁；上部结构；吊杆张拉力

1　引言

从十九世纪九十年代末期，我国开始城镇化，到现在城镇化的速度也是愈来愈快，同时城市的规模也在不断的增大。目前，中国百万级人口的都市已经不再鲜见。城市规模的扩张，人口的密集程度增加，伴随而来的是交通堵塞问题，这对城市的基础建设方面提出了新的挑战。为了减少交通堵塞，城市中桥梁的数量和规模同时也不得不持续增加。在桥梁的建设与施工中，出现了一种结合了梁式桥梁和拱式桥梁两种桥梁优点的梁拱组合桥梁。梁拱组合式桥梁对软土地基的危害相对于其他桥梁的危害来说比较小，因此其在城市的建设中发挥了巨大的作用。随着科技的发展，计算机不断应用到实际工程中，由于计算机强大的计算与设计能力，使得梁拱组合式桥梁的结构设计变得越来越简便，同时其安全性也能得到保证；随着材料科学的不断发展与进步，新型材料的出现，其具有更高的强度与刚度，但密度在不断降低，这使得梁拱组合桥梁的结构越来越多变，安全性与稳定性同时也在不断提高。一般来说，梁拱组合式桥梁的上部结构的载荷相对来说比较大，是设计施工中需要着重考虑的问题。因此，本文对连续梁拱组合桥梁上部结构施工的关键技术进行了探讨与研究。

2　工程简介

本文以某省的一所连续梁拱组合式桥梁为例，如图1（简化图），本桥采用的是与大多数梁拱组合桥梁一样的施工方法，即“先梁后拱”，具体情况如下：首先按照常规施工方法合拢连续梁；之后，在梁上进行拱肋、斜撑、泵送管内混凝土的施工；最后，等到拱肋混凝土的强度与弹性模量达到要求时，安装拉吊杆，拆除拱肋支架，完成此次梁拱组合桥梁的结构施工。

图1　连续梁拱组合桥梁简化图

本次工程中梁拱组合式桥梁的主梁是一三孔一联的三向预应力混凝土连续梁，主梁的全长为260m （62+136+62）。主梁的每一跨的高度均为3.5m，拱梁最高处为7.5m。

3　梁拱组合式桥梁上部结构施工的关键技术

梁拱组合式桥梁在现在交通中占有不可或缺的一席之地，因此其安全性也是我们不得不考虑的一个重要问题。在梁拱组合式桥梁中，桥梁的上部结构承受了较大的载荷，若然设计和施工中没有进行认真的考虑，梁拱组合式桥梁的上部结构就有可能出现裂纹，影响使用寿命，严重时还会断裂和破坏，甚至导致交通事故，造成人员伤亡以及难以弥补的经济损失。因此，为了增加梁拱组合桥梁的安全性，本文针对桥梁上部结构包括0号块防裂措施、主梁不对称施工配重、吊杆张拉力优化等施工技术进行了分析与探讨。

3.10号块防裂措施

有许多因素都有可能导致箱梁产生裂缝，按照载荷形式可以大概分为以下两类：第一，直接作用在箱梁上的外加载荷使得0号块产生变形，这些因素主要有：昼夜温差、施工时的热源、混凝土浇筑过程中产生的水化热造成的桥梁变形等，这些原因产生的应力超过混凝土的许用应力时，就会产生裂缝；第二，基础沉降和搭设的支架产生的水平或竖直方向上的形变。只有科学的控制混凝土的变形，提高梁体本身的抗渗透性、抗开裂和侵蚀的能力，才能促使0号块开裂的几率减小甚至不开裂，增加梁拱组合式桥梁的安全性和使用寿命。从前人在梁拱组合式桥梁工程施工中的经验总结和查阅相关资料，我们得到了一般减少0号块开裂措施的举措有以下几点：

3.1.1支架预压

支架预压指的是：在支架完成装配后，对支架先进行一次预压加载，加载的压力载荷一般为0号梁自重以及模板等施工设备的1.1～1.2倍。支架预压的目的有：1.检查支架的安全性，确保之后的施工安全，避免由于地基和支架变形问题导致的主梁开裂；2.消除地基非弹性变形和支架非弹性变形的影响，使得桥面线性控制更加容易。

3.1.2过人洞防裂

查阅相关资料可知，0号块在从施工到桥梁运行阶段都承受着较大的弯矩和支反力，这会导致横墙处的混凝土由于应力过大而开裂，影响桥梁的安全性和服役寿命。一般的防治措施为：在过人洞横梁上端设置预应力束，在过人洞两侧附近（一般为1m范围，具体视情况而定）加设钢筋网，增加混凝土的许用应力。

3.1.3构造钢筋的设置

在全预应力箱梁的纵向钢筋的设计中，通常是没有考虑钢筋参与受力的情况，只是将普通钢筋作为构造钢筋，起到维护、拉结和分布的作用。一般的构造钢筋是采用直径（10～12mm）较小的光面钢筋。在实际工程中，可以使用直径较大的螺纹钢筋，增强钢筋与混凝土结合的紧密程度，增强混凝土的抗拉能力，适当改善混凝土的抗拉能力，减少裂纹产生的几率。

3.1.4高低温情况下施工注意

当0号块混凝土施工时，碰到天气过冷或过热，都需要考虑温度对混凝土的影响，因为温度不仅影响混凝土的凝结时间，同时还对混凝土的品质有很大的影响。当遇到高温天气时，应注意以下几点：

⑴适当的降低混凝土中的水灰比，使用高性能的减水剂；

⑵预先为混凝土材料降温；

⑶当混凝土浇筑好，等其达到一定强度后，为混凝土表面覆盖保护层（比如草席等），避免阳光直射，并定时用冷水浇筑混凝土。

当遇到天气寒冷时，我们应该按照混凝土冬季施工标准来对混凝土进行施工与养护，并适当延长混凝土的养护时间，保证混凝土的质量不受影响。

3.1.5一次性浇筑混凝土

因为梁体0号块相对来说体积较大，实际施工有时不得不分批次进行浇筑。但是由于浇筑批次不同，混凝土凝结时间也是不一样的，在两次浇筑的界面之间的结合并不是很紧密，因此会增大混凝土开裂的概率。因此，0号块混凝土最好一次性浇筑完成，在保证质量的情况下时间尽可能短，这样保证了整体混凝土强度在同步增长，减小开裂的可能。

3.1.6小结

本工程施工时，对混凝土的养护按照上述原则，做到了以下几点：

⑴对梁体0号块的钢筋配置，我们采用了螺纹钢筋，并且适当增加了钢筋的数量；

⑵混凝土养护工作，定期对腹板和底板喷洒水雾，保证混凝土强度增长的同步性；

⑶施工时间在冬季，在混凝土周围覆盖了棉絮、稻草或保温材料；

⑷增加施工支架的使用时间（推迟模板拆除的时间），适当的延长了混凝土的养护时间。

3.2主梁不对称时施工配重的计算

桥梁在实际的工程施工中通常都会出现因为多种因素导致的不对称情况，不对称施工会造成桥梁中应力分布不合理，减少桥梁的承载能力，降低桥梁的安全性和使用寿命。为了改善这种情况我们需要在桥梁上设置配重，其作用主要有：

⑴确保了桥梁的线性合拢和合拢段混凝土的浇筑质量；

⑵调整不对称施工时产生的力矩；

⑶减小桥梁后期徐变以及徐变带来的影响。

3.2.1配重的计算

为了确保桥梁施工的安全和保证梁体应力的合理分布，在桥悬臂施工时，我们需要根据桥梁的承载能力计算得到梁体的最大配重，其中包含两部分：基本配重和附加配重。

⑴最小配重

确保桥梁正常合拢所需要的配重称为最小配重，包括了合拢段混凝土的重量及施工设备与人员等的重量：

W附加1包括了施工中减去梁自重以外的所有参与施工中的设备、人员等因素的重量。最小配重为施工中配重的最小值，一般施工中实际的配重总是介于最小配重与最大配重之间。

⑵附加配重的计算

W附加2配重主要包含三个部分：附加高度配重指的是：调整合梁合拢段高度的配重，只加在合拢两端中的一端；附加内力配重：调整梁内力分布的配重；附加徐变配重：考虑到徐变效应对梁线性标高的影响而计算得到的配重。其中，附加内力和附加徐变配重在实际施工过程中还需要参考其他施工因素来确定。

⑶实际施加配重

3.2.2配重位置的选择

桥梁悬臂不对称施工时，为了施工的安全，必须在悬臂的端部设置配重。此外，施加配重时应该注意，当时的桥梁尚未成桥，处于受力不稳状态，配重的实施应该在桥梁横向均匀分布，防止桥梁由于受力不均匀导致的倾斜或扭曲等。同时，由于桥梁处于悬臂状态，因此配重的施加是在悬臂的两端。最后，为了保证桥梁合拢时的桥中心面的水平，因此边跨合拢时两侧的配重需要相等，才能保证桥梁的施工质量与安全。

3.3吊杆张拉力优化

在梁拱组合桥梁中，吊杆主要承受拉力作用。为了对吊杆的拉力进行优化，我们把吊杆的模型简化为图2。由于对称性可知，相同编号的吊杆具有相同的受力状态，即具有相同的拉应力。理论上，桥梁上的拉杆可以一次性全部到位，实际工程中，由于吊杆材料的限制，并且一次性张拉对桥梁混凝土也会造成较大的破坏，因此实际施工过程中，吊杆都是多次张拉而成。随着吊杆的安装，吊杆的内力也在不断的进行调整，因此选择一个好的张拉顺序可以降低拉杆内应力，提高吊杆的使用年限和安全性。所以本节利用有限元软件对吊杆的张拉顺序进行了优化分析。

为了选择最优的吊杆张拉顺序，我们首先对实际工程中的吊杆模型进行了简化，简化后的模型如图2，也是我们在进行有限元计算时，利用有限软件建立的几何模型的基础。不同的吊杆张拉顺序肯定对应着不同的吊杆张拉时的最大音量，因此我们选择了四种不同的吊杆张拉顺序进行了有限元计算，吊杆的张拉顺序及对应的应力如表1所示。

由表1可以得到，张拉顺序二得到张拉应力最小，而顺序一，三，四的张拉时的应力均远远高于张拉顺序二的张拉时应力。因此在此桥施工时，我们采用了张拉次序为1、3、5、7、2、4、6。对于不同的实际工程而言，吊杆的张拉顺序并不总是一样，因为吊杆的数目是在变化，而且桥本身的结构也是有很大不同，因此，对于不同的桥梁而言，吊杆的张拉顺序应该先进行有限元模拟，选出最好的张拉顺序，在按照此顺序进行施工。

图2　吊杆的简化模型

表1　吊杆的张拉顺序与对应的内力

4　结论

本文以实际工程为例对连续梁拱组合桥梁上部结构施工关键技术进行分析与研究，主要分析了0号块的防裂措施，主梁不对称时配重的计算与实施以及吊杆张拉顺序对吊杆张拉时应力的影响。并结合实际工程，给出了一些关于梁拱组合式桥梁上部结构施工关键技术的建议。●

【参考文献】

［1］江湧，汪双炎.大跨度预应力混凝土连续钢构桥梁施工关键技术研究［J］.桥梁建设，2007，8（2）∶103-106.

［2］刘九正.桥梁施工关键技术控制［J］.大科技：科技天地，2011，（12）：221-223.

［3］包亮，朱勐.超宽桥面连续梁拱式桥梁设计［J］.山西建筑，2009，8（24）：323-324.

［4］孙树礼.连续梁拱组合桥梁设计关键技术对策研究［J］.铁道标准设计，2005，8（5）：25-28.

［5］罗丹，陈杰，李红杰.梅河高速白改黑施工关键技术［J］.中国公路，2013（12）.

［6］张承.特大桥钢管混凝土施工技术［J］.山西建筑，2012（3）.

［7］王铭琪，张佐安，汪平云.特大跨径钢管混凝土拱桥钢管拱肋的吊装施工［J］，公路，2003（11）.