大跨度连续梁桥悬臂浇筑合龙控制关键技术研究

2020-07-10朱月平

工程质量 2020年1期

朱月平

（上海建工集团股份有限公司，上海 200080）

0 引言

连续梁悬臂施工完成后进行合龙段的施工，是悬臂向连续梁体系转换的过程，也是大跨度悬臂梁施工难度最大的关键部位，直接影响全桥的安全、质量和进度。控制合龙质量对全桥成桥质量及运营使用都十分关键。

本文结合上海大芦线航道整治二期工程（闵行浦江段）—跨航道桥梁工程恒南路桥主桥三跨（65 m+107 m+65 m）大跨度预应力连续梁箱桥具体工程实例，合理确定合龙工况和现场关键工序施工，对大跨度连续梁桥合龙控制关键问题进行分析总结，阐述并总结合龙控制要点。

1 工程案例

1.1 总体概况

大芦线航道整治二期工程（闵行浦江段）—跨航道桥梁工程恒南路桥工程主桥结构形式为三跨连续的预应力混凝土箱梁桥。主桥总长 237 m，跨径布置为65 m+107 m+65 m（见图 1）。

1.2 主梁结构概况

主梁为单箱单室箱梁，采用 C 50 混凝土并设置纵、横、竖三向预应力体系。现浇箱梁 0# 节段长度为 13 m，对称悬臂浇筑 11 个标准节段，标准节段长度 3.5～4.5 m，合龙段长 2 m，边跨现浇段长 10.4 m。箱梁端部高为 6.4 m，跨中梁高为 3.2 m，由支点端部向跨中呈二次抛物线渐变，如图 2 所示。

2 大跨度连续梁桥合龙控制关键问题

大跨度连续梁桥施工涉及 0# 号块、标准悬臂段、合龙段施工、体系转换等诸多工序。其中合龙段施工是全桥成桥的关键。合理的合龙顺序、合龙端口的高差控制及合龙时机选择与裂缝控制是全桥成桥的重点。

2.1 合龙工况顺序的选择与确定

大跨度连续梁桥跨度悬臂施工跨度大于等于 3 跨，合龙段施工涉及边跨合龙、中跨合龙。不同的合龙顺序对桥梁的体系转换、主梁内力变化、主梁位移标化都不同，由此带来的合龙高差及合龙施工难度也不同。为减小合龙段施工前的端口挠度及施工难度，施工前需结合工程特性，对合龙段施工工况及施工顺序进行优化调整，尽量控制合龙高差在较小的范围之内。

2.2 合龙高差控制

合龙段两端端口高差控制，是合龙前需满足的最基本的要求。由于涉及悬臂节段多工况、体系转换、临时约束解除等影响，合龙段高差控制也是难点。当高差过大时，也需采取压重等多种手段控制端口高差。

2.3 合龙时机及裂缝控制

主梁合龙前，两端口处于悬臂状态，混凝土主梁在温度作用下热胀冷缩，结合混凝土耐压不耐拉的特性，为减小合龙温度影响带来的裂缝，要求合龙段混凝土浇筑控制在夜间温度较低时段进行。且合龙端口处于悬臂状态，混凝土浇筑过程为避免两端变形对混凝土浇筑过程中产生不利影响，从而产生裂缝，合龙前也需对端口做到适度的临时锁定与约束，以控制合龙段浇筑混凝土带来变形裂缝影响。

3 合龙工况确定及验算

3.1 主梁全桥建模分析［1］

图1 工程总体结构示意图（单位：mm）

图2 主梁结构纵断面图（单位：mm）

图3 主桥成桥状态结构图

图4 主桥上部结构施工主要流程图

为确保桥梁施工过程中的安全，委托第三方桥梁监控单位采用 Midas Civil 专业软件对全桥各施工阶段进行建模分析验算，建立全桥空间杆系单元，同时充分考虑不同施工工况下的边界条件。主梁共划分 100 个单元，按现场及设计合理设置边界条件，三维整体模型如图 3 所示。

3.2 主桥施工总体流程

连续梁悬臂浇筑施工工序繁多，主桥施工流程如图 4 所示。

3.3 计算结果分析

结合施工流程，通过模型对各施工阶段进行受力分析，在采用先边跨后中跨合龙施工时，边跨合龙段端口及中跨合龙段端口合龙浇筑施工前，端口理论计算相对高差及绝对高差很小（见图 5），最大为 15 mm＜20 mm，满足合龙端口高差要求。故对三块连续梁采用先边跨后中跨合龙施工较为合理。

图5 主梁合龙工况前后变形图（单位：mm）

4 合龙施工控制关键技术

4.1 主梁合龙端口施工测量控制

合龙前，合龙段端口的绝对高程和相对高差是合龙前控制得当的一个重要参数指标。测量控制时，由于一般桥梁跨度较大。在连续梁悬臂段施工时，往往各悬臂定位都是利用临近的 T 构桥墩作为基点进行控制测量。对于合龙两端口的引用控制基点不一的情况，当控制基点之间存在误差时，若采用不同的基点将会增大合龙两端口的实际高差，为此要求合龙端口或至临近合龙端口的定位测量需采用同一控制基点进行测控，这样能避免由于基点间误差带来的不利影响。当合龙端口相对高差＜20 mm 时，方可合龙。

4.2 合龙端口的临时锁定控制技术

由于合龙端口处于悬臂状态，为避免两端变形对混凝土浇筑过程中产生不利影响，从而产生裂缝，合龙前对端口做到适度的临时锁定与约束，以控制合龙段两端口相对位移及错动带来浇筑混凝土变形裂缝的不利影响。合龙段锁定本工程采用刚性劲性骨架支撑和张拉临时预应力共同锁定［2］（见图 6），用刚性劲性骨架支撑抵抗混凝土升温时产生的压力，用预应力抵抗降温时产生的拉力形成既承压又抗拉体系。临时预应力束锁定（见图 7）利用结构永久预应力钢束，一般采用底板钢束预拉，本背景工程实际采用 SB1、MB1、ST2，张拉控制应力为 50 % 张拉应力。

图6 合龙段刚性+预应力锁定示意图

图7 合龙段刚性劲性骨架锁定结构图（单位：mm）

劲性骨架施工前，注意需在两端的 11# 节段端口预埋钢板以焊接劲性骨架，结合箱梁结构，对单箱单室箱梁两腹板位置顶板和底板设置 4 根格构式劲性骨架。骨架加工时其水平杆和斜撑安装过程中，一端作为固定端焊接固定，另一端设置为调节端以适应合龙两端口悬臂端的伸缩变化影响。为保证劲性骨架强度和刚度所有焊缝需满焊，在张拉临时预应力钢束前，劲性骨架固定锁定。

4.3 主梁边跨合龙施工控制［3］

边跨合龙作为主梁合龙节段施工的开端，其合龙段施工的成败，既影响边跨的施工又对后续中跨及全桥合龙产生重要影响，意义十分重大。

通常边跨合龙两端口，一端处于标准的最大悬臂状态、临引桥一端为支架现浇梁体。支架现浇段相对稳定，悬臂段由于受温度、挂篮、风的外荷载结构处于悬臂机动状态。为尽快进行边跨合龙，减小悬臂段不利工况的风险，采用利用边跨悬臂段挂篮直接前移搭设到现浇段合理挂篮模板结构进行边跨合龙。由于现浇段端口下部临时支架影响，挂篮前移前需适当拆除影响挂篮前移的临时支架（见图 8）。

边跨合龙主要施工步骤为：

1）施工 13、14 # 墩至最大悬臂 11# 块，张拉、压浆，边跨挂篮后退至 10# 节段，搭设陆上满堂支架；合龙段满堂支架构造同现浇段。

2）铺设合龙段底模，立模、绑扎钢筋和安装预应力架立钢筋、固定预应力管道。

3）边跨合龙端口高差满足要求后，进行边跨合龙段劲性骨架焊接锁定和张拉边跨合龙段底板的临时纵向预应力束。

图8 边跨合龙段满堂支架侧面图（单位：mm）

4）浇筑边跨合龙段混凝土，养护，待边跨合龙段混凝土达到强度后张拉边跨合龙段混凝土永久预应力。

5）在拆除主墩 13#、P 14# 墩临时固结前拆除边跨现浇段支架，将梁落在支座上，解除主墩活动支座临时锁定，完成桥梁的第一次体系转换。

4.4 主梁中跨合龙施工控制

中跨合龙两端口都处于悬臂状态，由于结构及边界都处于对称状态，为控制合龙端口的相对高差。现场施工时宜控制两端口变形量相等，两端荷载控制尽量相等平衡。结合现场中跨合龙段两端挂篮同步前移时会碰头的情况，现场前移中跨一只挂篮至合龙段，后退另一只挂篮至 10# 块。为尽量控制两端荷载平衡，在挂篮后退一侧适当配置水箱压重（见图 9）。具体压重根据挂篮的站位情况和两中跨悬臂端的高差实施。具体措施如下。