连续刚构桥施工技术探讨

2021-12-31黄模镇

工程建设与设计 2021年20期

黄模镇

（广东冠粤路桥有限公司，广州 511400）

1 连续刚构桥的特点

1）连续刚构桥采用的梁板是连续的，梁板和桥墩之间采用无支座的固结方式。这种结构形式一方面保证了桥面的平顺性，另一方面又避免了支座的设置和更换带来的困难，在很大程度上为施工带来了便利。连续刚构桥由于其各部分连接方式的特殊性，使得其在某些方向的抗弯及抗扭刚度都相对较大，这为后期桥梁在使用过程中的安全和稳定打下了坚实的基础。

2）连续刚构桥采用的柔性桥墩可以在很大程度上减少由于预应力混凝土在各种环境作用下所产生的微小位移和变形。连续刚构桥在大跨径桥梁中应用较广，选用的桥墩结构形式需要根据现场情况及温度、湿度等环境中引起的混凝土收缩徐变及纵向位移而定。在经过地形地势比较复杂，高差比较大的地区，可以采用高墩连续刚构体系，但当地势相对高差较小，而桥墩高度不够时，可以采用柔性更好的双薄壁墩，进而提高结构的承载能力[1]。

3）连续刚构桥的梁板连续性及桥墩的结构形式使得梁板内部结构的受力更加合理化，梁板中间的正弯矩相对较小，两侧的负弯矩也相差不大。另外，连续刚构桥采用墩梁固结的形式，与普通的桥梁相比，不再需要更换支座，可节省此项费用的开支，同时也优化了结构的受力，延长了结构的使用年限。

4）连续刚构桥结构的跨径相对较大，一般在100～300 m，根据连续刚构桥结构的受力性能分析，在施工过程中通常采用悬臂施工的方式。

2 桥梁悬臂浇筑施工技术

悬臂浇筑是连续刚构桥在施工时经常使用的施工技术。由于桥梁跨径较大，梁体质量也较大，所以，往往采用从中间向两侧浇筑混凝土的方式，这就是悬臂浇筑。悬臂施工中常用的设备为挂篮，但是挂篮无法浇筑端头部分混凝土，因此，在浇筑端头小范围长度的混凝土时，常采用托架进行浇筑。悬臂施工方法使用的必要条件是墩梁固结，由于悬臂施工的施工技术已经相当成熟，因此，在进行连续刚构桥的施工时经常采用该方式。

2.1 施工托架

在施工时，要根据现场施工的一些条件，依据桥墩结构高度、承台结构形式、地形地质条件等，分别在各个结构顶面设立支撑托架，托架可以由万能杆件拼接而成，它设立的长度和高度应根据现场施工的需要和梁体现浇段节段的长度来确定，托架横桥向的宽度设置通常比箱梁的底宽一些，这样是为箱梁模板的设置提供空间。现阶段，大跨度连续刚构桥常用的托架分为斜撑式和斜拉式，在托架的使用过程中，由于其对箱梁的冲击作用，理论上会导致附近的混凝土产生一定的变形，为了消除这种变形的影响，在施工中通常利用各种方式对托架施加预变形[2]。

2.2 施工挂篮

在现浇段的起步长度内采用托架法，当托架上的混凝土浇筑长度达到一定值后，开始采用挂篮施工。挂篮施工是连续刚构桥悬臂浇筑成功的关键，挂篮施工是以桥墩为中心点，向两侧对称浇筑，由于挂篮施工的局限性，浇筑通常分段进行。挂篮的作用相当于普通施工中的脚手架，只不过是在空中施工，桥梁从浇筑到完成的整个施工工序都在挂篮上进行，其中包含了混凝土浇筑的各个方面，例如，安装模板，绑扎及焊接钢筋，安装预应力张拉设备，张拉预应力钢筋，等等[3]。挂篮在连续刚构桥施工中发挥了很大的作用，它的功能主要包含对于梁体节段各个位置的调整和运送，模板的运送和安装，各种施工材料的运送，各种机具材料的吊装，等等。正是由于挂篮的强大施工功能，使得对挂篮质量的要求相当高，不仅需要有足够的承重能力，还要求其具有足够的安全性和稳定性，并且要求其移动速度快，灵活性好等。

2.3 施工工艺

悬臂施工是连续刚构桥施工中的重要方式，在悬臂施工的现场浇筑工作中，对于浇筑顺序应该严格按照相关规定和要求来进行。通常情况下，先浇筑梁板的底板，然后浇筑梁板的腹板和顶板。但如果混凝土体积足够小时，可以一次性全部将其浇筑完。在进行挂篮悬臂浇筑混凝土施工时，要及时观测挂篮的承重变形情况，避免新旧混凝土接缝处出现较大的裂缝，进而影响桥梁的整体质量。尤其是在浇筑腹板和顶板时，由于底板已经浇筑完成，相互之间极易出现裂缝，因此，要特别注意其与底板之间的接缝处理。为了减少这种裂缝的产生，可以采用施加预变形的方式，进而减少和消除裂缝的产生。

2.4 施工技术保证措施

连续刚构桥采用的桥墩为柔性桥墩，刚度较小，允许结构产生较大的移位，特别是一些不规则，不对称的结构，桥墩在不对称荷载作用下会产生较大的弯矩，进而导致较大变形，其稳定性相对较差。为了改善这种情况，需要采取有效施工措施来保证结构的稳定性[4]。现阶段，可以采用的措施有以下几种：当桥梁结构建筑高度较小且水深较浅时，可以搭设临时支架来加强桥梁的稳定性；在桥梁建筑高度较高且水较深时，可以采用三脚撑架架设在桥墩上部作为临时支撑结构，待结构整体施工完成后，再将一系列的辅助工具拆除。

3 桥梁合龙段施工技术

在连续刚构桥的施工工艺中，合龙段的施工工艺是非常复杂的，一旦合龙段的施工出现问题，将会给整个桥梁带来很大的危害。因此，应严格控制合龙段的施工质量。

3.1 劲性钢骨架的预埋与配重的设置工作

在进行合龙段的施工前，要根据设计的具体要求在合龙节点的两侧悬臂段各预埋劲性骨架。预埋前，要做好悬臂端施工挠度的计算，做好骨架位置的准确核算，避免在合龙时骨架因出现错位而无法焊接。在进行配重时，一方面要根据设计计算的极限配重，另一方面要根据实际情况对配重质量进行计算和核算，确保其准确性，防止合龙段两端质量不对称对梁体产生冲击作用，避免影响梁体的质量。

3.2 两悬臂端的顶开及劲性骨架的焊接工作

若桥梁施工时天气温度相对较高，对于桥梁合龙段的施工方式和施工工艺有一定的要求，一般采用顶开法的方式来进行。该方式需要严格计算顶开距离，根据设计要求和设计计算的顶开距离进行核算，同时，应该考虑温度、湿度、跨径、桥墩高度以及地质特点等因素，综合分析计算各因素的影响，最终确定顶开的距离[5-9]。悬臂端的顶开只需要在中跨合龙段进行，借此来消除高温对梁板的作用与影响，进而改善整个桥梁结构的受力状况。悬臂端的顶开需要利用千斤顶进行。确定千斤顶的位置时，要根据结构的受力情况，保证不对梁板产生明显的影响，避免梁板产生横桥向的挠度和弯矩。梁板悬臂端的顶开常利用2 个变量来控制：一个是顶开力，另一个是顶开量。如果考虑温度对合龙的影响，可以采用顶开量控制，其他情况下，一般采用顶开力来进行控制。

悬臂端顶开到位后，需要进行劲性骨架的焊接，焊接对温度的要求比较高，如果不注意控制温度，会在一定程度上影响焊接质量。通常进行焊接时，需要控制温度在一定范围内，但如果在高温季节焊接，要采取一定的降温措施或者选择温度较低的时段进行。焊接工作尽量不间断，保证速度和质量，从而不影响混凝土浇筑的开盘时间。

3.3 预应力筋的张拉与混凝土的浇筑

一般情况下，在连续刚构桥合龙段常常设置1 对临时的预应力钢束，以预应力的形式促进和保证合龙段的顺利施工。该预应力钢束要在合龙时及时进行张拉，待结束后要及时拆除。最后一步就是进行合龙段处混凝土的浇筑工作。

4 工程案例

4.1 工程简介

该项目为某高速公路上一座大跨度桥梁，桥梁中心桩号为DZK20+780。该桥根据跨径及结构形式分为6 联，跨径形式为：2×（2×40 m）+2×（3×40 m）+（65 m+2×120 m+65 m）+（3×40 m）。其中，跨径较大的第5 联采用预应力混凝土变截面连续刚构，跨径组成为65 m+2×120 m+65 m，其余部分采用预应力混凝土连续T 梁。

4.2 连续刚构桥梁边跨合龙段施工

该桥梁连续刚构部分合龙段采取的施工顺序为先边跨后中跨。边跨采用吊架合龙（见图1），为保证箱梁合龙时为刚性连接，箱外顶板预埋2 处劲性骨架，箱内底板预埋2 处劲性骨架，合龙时焊接固定。

图1 边跨合龙段立面图

4.2.1 模板施工

为了确保施工质量，保证梁体结构的美观性和平整性，也为了在一定程度上促进施工的顺利、快速进行，现浇段箱梁外侧、底模采用大块定型钢模，箱体内采用建筑组合模板。箱梁底模及侧模采用1.0 m×1.2 m 钢模板拼接而成。翼板模板下方设钢管支架支撑于16 号工字型钢上；外侧模与内侧模设对拉杆固定；底模模板与16 号工字型钢分配梁固定，局部异形模板采用现场加工木模。

4.2.2 钢筋施工

钢筋加工工艺相对复杂一些，对于施工人员的要求也比较高。在下料前，要检查好钢筋的规格和数量，对于一些需要绑扎或者焊接的钢筋，可以提前绑扎和焊接好，最后同步进行安装。在安装时，要计算好钢筋的间距和数量，避免后期出现钢筋剩余和不足的情况。对于钢筋的施工和安装，主要有以下几个注意事项：

1）当钢筋还未施工，需要在场地内堆放时，要严格按照一定的顺序进行分类堆放，严禁杂乱摆放堆砌。另外，存放钢筋时，为了避免雨水的冲刷，要用一些防潮物品覆盖或者搭设临时存放的场地，进而保证钢筋的质量，避免因受潮生锈，影响其刚度和强度。

2）在施工时，要采取一定的措施来保证混凝土的保护层厚度，避免后期因保护层厚度不够，钢筋出现外露。在预应力钢筋需要安装的地方按照设计要求预留孔道及预埋装置，并且注意其预留位置和孔径的准确性。

3）钢筋焊接工艺相对绑扎工艺相对复杂，在进行焊接时，要注意电焊机的各项指标的设定，防止由于电流过大或者过小带来的误差以及对钢筋的损坏。对钢筋进行焊接施工时，要优先选择双面焊接的方式，如果根据实际需要无法进行双面焊接时，再使用单面焊接的方式。当焊接完成时，要及时清理掉焊接面的焊渣，保证焊接面光滑和美观。焊接完成后，要及时根据相关指标要求进行质量检测，合格后，方可进行下一道工序。

4）由于预应力钢筋的受力性能比普通钢筋更为重要，预应力钢筋的位置也经过了反复的计算确定，因此，当预应力钢筋和普通钢筋的位置相抵触时，要以预应力钢筋为主，调整普通钢筋的位置，保证结构受力的合理性。待钢筋加工安装完成后，首先要进行自检，根据指标要求进行检验，保证预应力钢筋施工的准确性，进而保证整个梁体的受力性能，避免出现较大的失误。

4.2.3 合龙段劲性骨架施工

依据施工图设计，每个合龙段共设4 个劲性骨架，布置于箱梁内底板和顶板位置。合龙段前一个号块需精确预埋劲性骨架。先提前焊接一端，另一端在浇注混凝土前（中跨合龙段两边还需同时顶推1 500 kN 水平力）迅速地将劲性骨架焊接完成，另外，要注意焊接时的天气温度，通常在一天中气温最低时进行。在进行焊接工作前，要将焊接周围的梁体结构用水浸湿，并利用防火物品将其覆盖，避免因电焊而给梁体的外表带来损坏，造成梁体表面的不平整，影响其美观和质量，严重者甚至会影响到混凝土的保护层，给结构带来一定的危害。

4.2.4 合龙段配重

按图纸设计要求进行主桥边跨合龙时，需在最后一个浇筑的号块加合龙段质量一半的平衡重，施工时在号块顶上设置1 个3 m（顺桥向）×8 m（横桥向）×1.2 m（高）的水池；中跨合龙段需在两边的最后一个浇筑号块上加合龙段质量一半的平衡重。施工前将水池中注水至设计质量，待凌晨温度最低时迅速焊固定劲性骨架后立即进行合龙段浇筑。

4.2.5 混凝土浇筑

本段箱梁一次装模浇筑完成，浇筑顺序为底板和腹板，最后到顶板。浇筑时间安排在天气稳定且晚上温度较低时。混凝土的浇筑完要及时振捣，并分层浇筑，各层浇筑间隔时间不宜过长，避免混凝土出现裂缝和脱节。

4.2.6 合龙段预应力施工

合龙段的预应力施工要求较高，要严格根据规范要求进行。首先，要进行混凝土的浇筑工作，待混凝土浇筑完成并且强度达到设计要求后，要及时张拉预应力钢筋。张拉时，要及时关注周围混凝土的形态，一旦出现异常情况，要及时停止张拉。张拉前，要检验或者复核张拉设备保证张拉的有效性。

在预应力钢筋张拉过程中，采用拉伸量和油表读数2 个方式进行控制，当二者测得的结果差距较大或者伸长量与规定量之间的误差较大时，要及时对仪器进行校核和检验，及时查找原因并纠正。预应力钢束的张拉根据钢束的长度和位置选择两侧张拉和单侧张拉方式，张拉顺序要先上后下，先中间后两边，并对称于构件截面的竖直轴线。

预应力钢筋要严格根据设计和规范要求进行安装与张拉，禁止对其进行切割和焊接，施工中要保护预应力钢筋，避免其被锈蚀和弯折。

4.2.7 预应力管道压浆

预应力道的压浆工作需要注意以下几点：

1）压浆所用的设备和材料都要经过严格的检验后方可进行压浆施工。由于压浆工作的复杂性，要定时对压浆设备进行清洗维护，避免因施工残渣的堵塞而影响施工质量。

2）水泥浆压注要连续不断地进行，中间不可间断，直到达到施工质量的要求为止。为了保证让预应力钢筋被全部充浆，要封闭所有的出浆口，直到水泥浆凝固以后，才可打开所有的出浆口。