预应力混凝土连续梁桥施工方法概述

2021-04-03杨林杰曹占林

建筑与装饰 2021年10期

杨林杰曹占林

1. 中铁七局集团郑州工程有限公司河南郑州 450001；2. 郑州大学水利科学与工程学院河南郑州 450001

引言

连续梁桥因其地形适用性强、施工方法成熟、结构受力性能好、变形小、行车平顺舒适、养护方便、抗震性能好等优势被广泛应用[1]。跨径范围可从10～40m的小跨径桥直到200～300m的大跨径桥，无论是在高速公路、高架桥、铁路桥、山谷高架栈桥，还是跨河跨江的大桥，预应力混凝土连续梁桥都扮演着重要的角色。

不同的桥梁施工方法会影响其结构的内力以及变形状况，根据不同的桥梁结构选择合适的施工方法，可以使桥梁的受力状态达到最佳。对于同种结构形式的桥梁而言，也可选用不同的施工方法进行施工。满堂支架现浇法、悬臂施工法、简支变连续施工法、逐孔施工法以及顶推施工法是现有的连续梁桥常用的施工方法。

1 预应力混凝土桥梁施工方法

1.1 满堂支架现浇法

满堂支架现场浇筑法(又称支架整体现浇法) 是最原始、最基本的施工方法，历史悠久。满堂支架现浇法的施工步骤是在桥下搭设支架、在支架平台上安装模板，绑扎并安装钢筋骨架，预留孔道，现场浇筑混凝土，最后施加预应力，待混凝土达到一定强度之后再拆除模板和支架。预应力混凝土连续梁桥采用满堂支架就地浇筑法施工时，需要在连续梁桥的每一联均布设支架，一联施工完成后，整联卸掉支架。桥梁结构在施工过程中不存在结构体系转换，因此不会产生恒载徐变二次矩[2]。支架现浇施工法虽然有稳定性好、施工方便、无结构体系变化等优势，但是在满堂支架施工过程中需要用到大量的模板和支架，并且支架搭设时间比较长，会影响河道通航。因此，这种施工方法一般用于小跨径桥梁或交通不便的边远地区采用近年来，随着桥梁结构的发展，大批临时钢构件和万能杆件的使用，出现了一些比较复杂的混凝土结构，如：变宽的异型桥、弯桥等。通过对施工方法的难易程度、工期和经费等方面进行比较之后，也会在大中跨径弯桥中应用此方法。

支架虽然是桥梁施工时的临时构件，但要承受桥梁传递下来的大量施工恒载，因此需要保证其具备一定的强度和刚度。并且支架要有稳固的基础，牢靠的构建连接，以及大量的横向、纵向、斜向的连接杆件，这些构件将支架联结成为整体。支架由于受到上部传递下来的荷载力会出现结构下挠现象，因此支架在安装前要计算并设置一定的预拱度，来抵消一部分变形，从而使桥梁结构的外形和标高合乎设计规范。同时，为避免主梁部位出现局部受力，应匀称地布设落架设施。在采用支架施工法建造预应力混凝土箱形截面连续梁桥时，一般有两种浇筑混凝土的方法。其一是水平分层浇筑，也就是说先浇筑具有承载力的底板，具有一定强度之后开始浇筑腹板，腹板达到一定强度之后再浇筑顶板。如果需要浇筑混凝土过多时，可以将各部位分解成块，选择多次浇筑的方式成型。其二是分段施工法，根据施工情况划分梁段，进行分段浇筑，梁段之间通过连接缝连接，连接缝间距为20～45m，宽度取值1m，此处通常是梁弯矩较小的梁段，等到各区域梁段混凝土浇筑结束之后，通过接缝处将两梁段合拢。

满堂支架施工方法的主要特点有：

（1）桥梁的整体性较好，施工过程平稳可靠，平面线形和竖曲线形易于控制，施工时无须大型起重设备；

（2）施工过程中没有进行体系转换，便不会引起恒载徐变次弯矩，内力计算相对简单；

（3）对于预应力混凝土连续梁桥整体，通过集中张拉预应力钢束可以简化梁段的构造，施工方便；

（4）施工过程中需要用到大量的支架，在跨河大桥施工时必将会影响河道的航运，支架还会受到水流、漂浮物等的撞击；

（5）支架施工法施工周期较长、成本较高，施工场地较大。

1.2 悬臂施工法

悬臂浇筑法适用于建造桥梁的上部构造，挂篮为支撑系统，挂篮经过行走前移，以施工完成的零号块为出发点，开始对称地向两侧跨中区域逐块地浇筑混凝土，等到已经浇筑完的混凝土强度达到规范标准后，开始对预应力筋进行张拉，之后进行孔道内压浆，再前移挂篮，浇筑下一段混凝土，直到跨中合龙，形成完整的桥梁结构。悬臂施工法有悬臂浇筑法和悬臂拼装法两种，其中，悬臂浇筑法是指对称地在0号块墩两侧浇筑混凝土，待混凝土形成一定强度，进行预应力筋的张拉，然后移动施工机具、模板继续下一段的施工，直至跨中合龙。悬臂拼装法则是将提前预制好的混凝土桥梁节段块件，从0号块墩两侧依次对称地安装节段梁块，之后进行预应力筋的张拉，此时悬臂端不断延长，直到合拢。悬臂浇筑施工的每一节梁段需要承受来自自身的重量、施工中人材机等荷载，以及后期各梁段浇筑施工中所产生的荷载。因此，为了保证桥梁结构的平衡与稳定，需要准确保持两侧悬臂对称浇筑施工[3-5]。

当采用悬臂施工法施工时，桥梁结构此时的受力状态为刚构悬臂梁，当跨中合龙之后，桥梁结构此时形成连续梁。由于连续梁桥会在施工过程中进行体系转换，因此，桥梁结构在最初设计的时候要充分考虑施工过程中的应力状态变化，以及因结构体系转换而产生的结构次内力。悬臂施工时通常选用变截面梁，因为变截面梁施工时与服役时的受力状况比较契合。连续梁桥在进行悬臂施工时有一个特点，那就是墩梁之间处于铰接状态而不能承受弯矩作用，因此，悬臂施工时需要临时固结墩和梁，直到有一端合龙，桥梁结构形成连续梁，再恢复结构的原始状态。悬臂浇筑法施工多应用在60～150m跨径的连续桥梁中，150m以上跨径的连续梁桥中较少采用，因为更大跨度的连续梁桥需要特别大吨位的桥梁支座，但支座不仅寿命较短，养护和更换也比较困难。

悬臂浇筑法进行预应力混凝土连续梁施工时，特点比较明显：

（1）悬臂浇筑法施工时，连续梁桥在施工时和成桥后的结构受力状况相似，比如：预应力筋不仅在施工时进行张拉受力，成桥后还是桥梁结构的受力钢筋[6]。

（2）悬臂施工法是无支架施工方法，不会阻断河道通航，施工不受季节、河道水位的影响，建设城市立交时也不会阻断交通，不会阻碍桥下空间的使用，还适用于深山峡谷之间建桥。

（3）有利于缩短工期。悬臂施工时可同时施工几个桥墩，每个桥墩又有两个工作面，每个工作面独立操作、互不干扰，可大大加快施工进度。

（4）分段施工可以便捷地修建变高度梁，进而可以建造多样化布置、构造美观的连续梁桥。

（5）挂篮由于结构简单、成本低等优势被广泛应用，悬臂浇筑混凝土既不用大型的起吊设备，也不用满布支架，大大节约了施工成本。

1.3 简支变连续施工法

相对于一次落架施工法来说，选用简支变连续施工法的单位工程造价要低得多，结构体系良好。由于施工的装配化和标准化，简支变连续施工法的施工周期较短，广泛应用于中小跨径桥梁。简支变连续施工法就是先架设预制主梁形成简支梁，然后在内支座区域现浇湿接缝混凝土，再张拉墩顶的主梁预应力钢束形成连续梁体系[7]。

简支变连续结构体系具有以下特点：

（1）采用预制简支梁段与现场浇筑墩顶连续段相结合的施工方法，有利于把控梁体的质量，节省模板，缩短工期。

（2）简支变连续结构受力体系为一期恒载按照简支梁传力，活载和二期恒载按照连续梁传力，降低了基础沉降带来的结构次应力的影响[8]。

（3）简支梁采用预制大大降低了混凝土因收缩徐变而导致的结构次内力。

（4）施工过程中不需要大型的机械设备和大量脚手架，进一步降低了工程造价。

（5）简支变连续结构具备着连续梁桥的优点，减少了伸缩缝的数量，提高了行车舒适性。

根据其受力特点可以将简支变连续法施工的桥梁结构分为简支梁预制阶段和连续梁形成阶段[9]。在简支梁的预制阶段，连续梁承受着自身重量和一期的预应力荷载作用。现浇湿接缝混凝土后，简支梁端部现浇混凝土与负弯矩区的张拉预应力相结合形成连续梁结构，形成的连续梁体结构承受着二期恒载、二期预应力荷载和活载的作用。成桥后墩顶处的负弯矩比同等满堂支架的现浇连续梁小，跨中处的正弯矩比对应简支梁小，一定程度上降低了弯矩的峰值[10]。简支梁在施工过程中梁体是静定结构，虽然存在混凝土的收缩徐变效应而引起的变形，但此时不会产生次内力。支座虽然有些许不均匀沉降但也不会引起附加内力。当形成连续梁结构体系后，前期混凝土产生徐变效应，后期混凝土产生收缩效应，前后期混凝土变化不同步，变形受到约束，进而导致收缩徐变次内力[11]。梁体结构的内力状况跟随时间在不断变化的同时，梁体结构的内力也会重分布。

1.4 逐孔施工法

顾名思义，逐孔施工法是从桥梁的某一侧出发，采用一套施工设备或一、二孔施工支架逐孔进行施工，循环前进，直到施工完成的施工方法[12]。逐孔施工法有几种常用的类型：整孔吊装或分孔吊装逐孔施工、节段逐孔施工和移动模架法等。

逐孔现浇施工与支架现浇施工的区别是：逐孔现浇施工法是只在一个桥跨里设置支架，等到张拉预应力筋完成后，再将支架移至下一跨进行施工，而支架现浇施工法则是通过满布的方式在一联桥跨中全部布设支架进行连续施工，因此，在逐孔现浇施工过程中，跨与跨之间转换时会发生受力体系转换问题，同时混凝土会发生收缩徐变进一步引起结构次内力。逐孔施工法与支架现浇施工法相比，只在一跨里布设支架，进而支架的使用量大大减少，支架在跨与跨之间转移使周转次数增多，利用效率提高，且施工过程中不需要大型的起吊设备，桥梁结构上下部分同时展开施工，极大地缩短了施工工期，但这种施工方法仅适用于中等跨径或者结构构造简单的等高度连续梁桥。

1.5 顶推施工法

顶推施工法是指将沿桥梁纵轴方向上的后台设置为预制场地，分节段预制梁体，然后将预制好的梁段和预应力筋组成整体，通过千斤顶将梁体向前顶推到预先设计好的位置，之后预制下一节段梁，循环施工，直到结束[13]。采用顶推施工法施工时，预制梁体在移动过程中，支点处和跨中处的梁截面应力状况变化比较大，所以施工的梁体截面通常选择等截面梁。然而梁体结构的自重比较大，因此需要使用摩擦系数比较小的滑移装置来进行顶推施工。当采用顶推施工法进行主梁顶推时，梁体结构内力在不断变化，梁体移动过程中，在支点处的梁截面承受负弯矩，跨中区域的梁截面产生正弯矩，即主梁截面的弯矩和剪力会经历正负弯矩的交替变化。与桥梁服役过程中的主梁内力状况相比，这种施工过程中主梁内力不断变化的状况显得更为不利。为了改善这种施工过程中施工内力不断改变的不利状态，会在主梁前部外接质量较轻的鼻梁，尽管这样，内力计算值仍然很大。

顶推施工法的施工特点可以归纳为以下几个方面：

（1）顶推法施工过程平稳、无噪声，可建桥长度较大，施工成本低。顶推施工法不仅可以在山谷、深水和高墩上采用，而且可用于曲率相同的坡桥和弯桥上。

（2）主梁通过分段预制，提前控制了混凝土的收缩徐变，进而建造的桥梁结构整体性较好。

（3）通过统一预制连续梁节段的场地，便于进行现场施工管理，以及改善施工环境。施工过程中的模板和设备可以来回周转使用，提高了施工机械的利用率。

（4）由于施工中和服役中主梁的受力变化很大，所以在进行截面设计和预应力束布设时，一定要注意荷载作用对其产生的影响。此外，施工时可通过设置临时墩和导梁等措施来降低施工过程中的主梁应力[14]。

（5）顶推施工法适用于等截面梁施工，当建设大跨径桥梁时，选用等截面梁就有点不太合适。因为大跨度的等截面不仅自重比较大，材料上造成浪费，而且施工难度上也会变得很大，因此顶推施工法适用于中等跨径的连续梁桥，顶推跨径建议为40m～45m，桥梁的总长度为500m～600m。