大跨度连续刚构桥中跨合龙段顶推施工技术

2018-01-25熊慧娟

建材与装饰 2018年3期

熊慧娟

（中铁十八局集团第五工程有限公司市政管理部天津市）

1 大跨度连续刚构桥中跨合龙段顶推施工技术概述

连续刚构桥综合了T型刚构桥在悬臂法施工中保持体系平衡的特点，又吸取了连续梁桥在整体受力上能承受正、负弯矩的优点，桥墩的柔度能够适应桥身结构，大跨径桥梁的受力要求，能够满足预应力损失、混凝土温度变化、收缩、徐变引起的内次力位移。此项施工技术成熟、方便，经济性较好，得到了广泛的应用。连续刚构桥合龙后，桥梁体系发生转换，底板预应力束张拉、后期混凝土收缩徐变与降温效应相组合将使两主墩之间主梁缩短、墩顶向跨中方向发生纵向水平位移，导致墩顶、墩底产生较大的附加弯矩，主梁及桥墩结构内部产生拉应力，对结构将造成危害，影响桥梁的使用性能和耐久性。为了消除其影响，在高墩大跨连续刚构桥中跨合龙时对梁体施加一定量的顶推力，相当于给主墩施加一个反向位移，来达到使墩顶预偏的目的，以部分抵消由于底板预应力张拉、后期混凝土收缩徐变以及降温等引起的次内力和墩顶向跨中的偏移量，改善主梁及桥墩的线形和受力状态。

顶推是指在进行骨架锁定前，利用千斤顶等设备使悬臂梁段向外侧移动一段距离，然后连接骨架以储备一定的压力、变位。顶推工艺的主要目的是为了调整桥墩受力状态，满足运营阶段桥梁体系降温和收缩徐变等荷载对桥墩应力的要求，是改善长期作用效应和温差效应的一种较为理想的施工措施。此外，连续刚构桥顶推后，箱梁应力重分布，较不顶推的情况合理，并且对跨中下挠以及箱梁开裂问题有一定的改善。

2 工程概况

该大桥祝桥为105+200+105m三跨一联的预应力混凝土连续刚构桥。其中，上部箱梁属于整幅式，全宽为18m，翼板悬臂为4.3m，宽度为9.5m。箱梁高度变化采用1.8次抛物线，从根部13.5m开始变化到合龙段3.8m，箱梁底板厚度采用1.7次抛物线，并从箱梁根部140m处变化至合龙段38m。箱梁腹板厚度从80cm变化至65cm，接着变化到55cm。该桥合龙段长为2.5m，方量为16m3。另外，主梁采用的混凝土是高强钢纤维，双肢薄壁墩为主墩，其采用的普通钢筋混凝土，长为12m，宽2.5m，高60.55m。主墩为承台接群桩嵌岩钢管桩的基础。

2.1 有限元建模

采用有限元软件（Midas/Givl）进行计算和分析。在进行模拟时，主梁采用变截面空间梁单元，主墩采用一般空间梁，纵向预应力钢束需要通过预应力荷载的方式来完成，截面刚度会受预应力钢束和预应力损失的影响。在实际过程中的挂篮荷载、混凝土浇筑和临时施工荷载，需要通过激活和钝化节点弯矩以及节点荷载来实现。二期恒载加载需要使用梁单元荷载形式，墩底的固结采用一般支撑来进行，采用弹性连接中的刚性连接来实现墩梁固结。在进行满堂支架现浇段，该部分的模拟通过连续梁的约束形式进行。在边跨合龙后，采用双支座按照实际情况来对现浇段支座进行模拟，并将支座的刚度输入到弹性连接中。主梁节点和相应的支座节点通过主从节点连接来实现。主桥离散为213个单元，225个节点，见图1。

2.2 顶推合龙计算

图1 主桥计算模型图

环境温度会导致预应力箱梁温度产生相应的变化，梁体会有伸缩出现。如果连续刚构桥是超静定的，梁体会因温度变化产生温度应力，并产生较大的弯矩次应力影响主墩，桥墩和箱梁容易出现裂缝，对桥梁的运行期限和安全都会造成影响。通常情况下，根据当地的平均温度来设计合龙温度，合龙段劲性骨架锁定时为合龙温度，直接决定温度的变化。所以在设计合龙段顶推施工时，桥梁设计合龙温度和合龙温度差的影响需要纳入考虑范围。同时应当在1d之中温度最低的时候进行合龙段施工，避免在养成期间现浇混凝土，因为低温状态，会导致墩地出现弯矩状况，混凝土最终产生裂缝。

为分析本桥升温5℃的合龙情况，顶推力的大小。首先计算在成桥状态，设计温度合龙后升温对结构的影响，计算升温对5#、6#、7#桥墩各墩墩顶水平位移的影响，见表1。调整顶推力来抵消合龙后温差产生的不利降温效应，为了保证施工作业方便，设置两个顶推力相等，即P=（P1+P2）/2，不同合龙温度的顶推力，见表1。

表1

表2 不同合龙温度顶推力（kN）

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 合龙段顶推施工工艺流程

合龙段预埋件的预埋→顶推传力杆件焊接→油压千斤顶安装固定（各观测点测量初始数据的记录、焊缝检查验收）→顺序施加20%、50%、80%顶推力（分别测量记录观测点位移变化）→施加100%顶推力（测量记录观测点位移变化）→分析比较顶推效果（提前模拟得出理论顶推数据）→体外劲性骨架的安装→油压千斤顶卸载、拆除→传力杆件的割除→传力杆件的割除→合龙段后续工序施工。

3.2 操作要点

3.2.1 理论计算

根据设计图纸的设计标准，在中跨施工合龙前，均匀施加一对3000kN的水平对顶力于两侧悬臂顶端的四个角点位置，但在设计中未体现出顶推施工后主墩的预偏量。为了更好地分析顶推效果，控制顶推施工过程，在顶推实施前，需要运用相关软件建立理论模型，即模拟计算出顶推后主墩的预偏量，再通过实际实施中的顶推位移值与理论预算出的预偏量进行比较分析，以此更准确判断顶推实施的效果和施工质量，同时确保了顶推施工的质量安全，避免盲目进行大跨度连续刚构桥中跨合龙段顶推施工技术。

3.2.2 预埋件的预埋

劲性骨架固定螺栓预埋件的预埋。施工图纸设计在箱梁悬臂的最后节段部分的箱梁底板、顶板四个位置，将四根M30地脚螺栓分别预埋在这四个位置，预埋位置需要按照设计图纸的要求需要先设置限位板对预埋件进行临时固定。

顶推传力杆件固定钢板预埋。在箱梁悬臂浇筑施工最后节段的梁端的四个角点位置预埋10mm厚钢板，为巩固牢固性，需要在固定钢板背面焊接8根（单根长度不小于0.5m），直径为φ16的螺纹钢，注意顶推位置和图纸要求设置体外劲性骨架位置尽量错开设置，避免后续交叉施工的影响。