预应力混凝土连续梁不平衡施工及监控技术研究

蔡 鹏

1. 上海市基础工程集团有限公司 上海 200020；2. 上海城市非开挖建造工程技术研究中心 上海 200002

1 工程概况

四川省宜宾市大溪口至南广交通改造及景观工程南广河节点水上立交主要由主线、E匝道、F匝道3部分组成。该节点水上立交主线桥为不等跨（35＋80＋35）m预应力混凝土连续梁，E匝道为小曲线（25＋40＋25）m预应力混凝土连续梁，F匝道为（35＋54＋35）m预应力混凝土连续梁（图1）。

2 施工技术难点、特点

1）主线桥不等跨，悬臂挂篮施工产生不平衡力，施工控制精确度较高。

2）悬臂浇筑施工线形控制精度要求较高。

3）施工场地狭小，又受汛期影响，连续梁施工存在交叉作业，相应施工组织要求较高。

图1 水上立交平面位置（单位：m）

4）在混凝土浇筑施工过程中，需进行对称浇筑，确保两侧受力平衡，避免一侧的变形量超过极限值，导致结构失稳。

5）施工过程中，主要进行施工监控及增加配重，确保结构处于平衡状态，不产生失稳现象。

3 施工方案简介

主线桥（图2）采用挂篮悬臂施工。边中跨块数不同，边跨悬臂施工的12#和13#块底板加厚，需在中跨进行配重以抵消边中跨不平衡弯矩；边跨直线段采用支架现浇法；边跨及中跨合龙时进行合龙配重，中跨合龙时施加顶推力。

图2 主线桥立面示意

4 连续梁施工

4.1 主线桥不平衡施工

本桥主线为（35＋80＋35）m预应力混凝土刚构桥，悬浇过程中，边跨7段，中跨9段，施工过程中存在不平衡悬臂浇筑施工。

根据设计图纸，刚构桥在悬臂浇筑过程中需施加配重以消减T构两侧主梁的不平衡重，确保刚构桥结构安全稳定，根据现场实际情况，结合设计思路，对刚构桥配重位置及配重量进行了计算[1-4]。

4.2 不平衡施工配重

刚构桥采用悬臂浇筑法进行施工，限于挂篮尺寸及构造，配重位置距离不平衡梁段根部至少2个梁段的长度，即施工6#块时，配重位置位于3#块端部区域；施工7#块时，配重位置位于4#块端部区域。

大桥不平衡配重采用混凝土块，难以做到与不平衡梁段同步施工，故考虑在施工不平衡梁段前，先施加一半配重，在不平衡梁段浇筑完成后，再施加剩余一半配重。

根据不平衡弯矩计算，配重量及配重位置如表1所示。

表1 主线桥不平衡配重位置及配重量

4.3 不平衡悬臂段施工

根据现场实际情况，对刚构桥模型进行施工全过程仿真计算分析，验算大桥不平衡施工过程中的结构安全性。

1）6#块模板安装及钢筋绑扎完成后，利用塔吊将37.8 t混凝土配重块吊运至3#块端部进行重叠堆放（图3）。

2）桥墩两侧悬臂段对称进行混凝土浇筑（图4）。

3）混凝土浇筑完成后，再次利用塔吊将剩余37.8 t混凝土配重块吊运至3#块端部，与浇筑前配重块重叠堆放（图5）。

4）待混凝土达到一定强度后，张拉预应力钢绞线、封锚、注浆。完成后移动挂篮继续浇筑7#节段，7#节段按照6#节段浇筑步骤施工，并在相应位置放置配重块（图6～图8）。

图3 6#块浇筑前，3#块端部配重378 kN（工况1）

图4 6#块浇筑（工况2）

图5 6#块浇筑完成后，3#块端部配重示意（工况3）

图6 7#块浇筑前，4#块端部配重733 kN（工况4）

图7 7#块浇筑（工况5）

4.4 不平衡施工计算结果及分析

由计算数据（表2）可得：各计算工况下墩顶截面全截面受压，结构受力安全；进行7#块不平衡配重及施工7#块过程中，配重量较大，不平衡弯矩也较大，施工过程中应加强监控量测，随时了解大桥状态，确保大桥施工过程中的安全性。

图8 7#块浇筑后配重示意（工况6）

表2 各工况下墩顶应力汇总

4.5 合龙段施工

边跨合龙段施工完成后，卸载3#、4#及边跨配重块，中跨挂篮前移，循环浇筑下一节段混凝土至中跨合龙位置。中跨采用挂篮合龙，一侧挂篮拆除过程中施加同等挂篮质量的配重块，施加中跨水平推力，同时两侧施加配重预压，安装中跨合龙段临时刚性连接，浇筑混凝土，同时等重卸除中跨配重，待混凝土达到一定强度后，张拉三向（纵、横、竖）预应力。

5 施工监控

5.1 监控目的

该刚构桥施工涉及对称悬臂浇筑、非对称悬臂浇筑、边跨段支架现浇等，施工方式较多，结构体系不断变化。对于悬臂浇筑施工，每一梁段的增加都对现有结构的内力和线形产生一定的影响，并最终影响成桥后的结构内力和线形。因此，必须对刚构桥进行线形及应力监控，确保合龙精度，消除可能对结构安全和施工安全产生影响的不利因素，使成桥后的结构线形和内力满足设计要求。

5.2 监控实施

1）应变监测。对于刚构桥，一般只需监测主梁应力，以反映施工过程大桥的受力状态。悬臂浇筑过程中，悬臂根部为控制截面，所以在悬臂过程中，只监测根部截面应力，确保主梁受力安全（图9）。

图9 主梁应变监测截面测点布置（单位：cm）

2）线形监测。在施工过程中，需要准确把握箱梁在每道工序下的变形。同时，与理论计算结果进行校核并结合应力测量结果，分析梁重误差、预应力张拉误差、混凝土收缩徐变以及温度变化等因素对梁端标高的影响，以期获得桥梁设计线形（图10）。考虑到成桥后主跨长期下挠的趋势，二期铺装完成后，主跨需要达到的成桥线形为设计线形再向上预拱一个二次抛物线（抛物线中点抛高值为＋L/1 000，L为跨度）。

图10 主桥线形测点横向布置示意

6 结语

本工程南广河节点水上立交主线桥于2017年1月顺利合龙，所有节段的梁底标高误差均在4 cm以内，合龙段相对高差2 cm以内，刚构桥线形流畅，符合规范要求。通过本工程刚构桥不平衡施工不难看出，不平衡施工中加、卸载质量及位置须相对精确，以免造成挠度控制不准确。精确布置监控点位，认真做好监控数据资料，对准确计算及质量保证起到至关重要的作用。不平衡施工中必须严格控制结构内力变化，以保证梁体成桥后的线形与设计线形接近或吻合，达到最佳受力结构状态，保证桥梁使用年限。