高墩大跨径连续刚构桥上部结构施工控制

王将

摘要 以某位于山谷沟壑地区的大跨径连续刚构桥为例，在概述主墩结构特征及施工控制难点的基础上，拟定出连续刚构桥上部结构现浇段施工方案，对主桥悬浇施工控制、高墩边孔现浇施工控制及合龙段施工控制等方面进行深入探讨。结果表明，连续刚构桥受力状态较好，施工工艺简单，技术成熟，经济适用性强，施工难度主要随墩高和跨径增大而增大;必须从主梁结构设计、悬臂浇筑、高墩边孔现浇及合龙段施工等方面加强控制，保证结构稳定。

关键词 高墩;大跨径;连续刚构桥;上部结构;施工控制

中图分类号 U445.4 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）13-0108-03

0 引言

连续刚构桥因主墩分担部分弯矩，主梁跨度整体比连续梁桥大，主墩顺桥向抗推刚度还能同时起到抵抗主梁温度和收缩徐变效应的作用，故该桥梁型式在山区深谷沟壑中应用广泛。但是高墩大跨径连续刚构桥设计时，随着主梁跨径和主墩高度的增大，高墩在平衡全桥受力的同时，其结构稳定性控制难度也随之增大。当前大量的理论研究主要针对高度在80 m以下的传统双肢薄壁墩展开，而大跨径连续刚构桥主墩高墩一般在100 m以上，甚至与主梁跨径相当，桥墩也采用双肢薄壁箱型组合墩[1]。为此，必须进行该桥梁型式组合墩裸墩结构稳定性分析，为高墩大跨径连续刚构桥设计及施工提供借鉴参考。

1 工程概况

某大跨径连续刚构桥跨越深度180 m的山谷，主桥设计跨径（106+200+106）m，主梁按照变截面单箱单室混凝土箱梁设计，主墩处和跨中设计高度分别为12.5 m和4.5 m，主墩采用墩高80.0 m和177.4 m的双肢薄壁箱型组合墩，过渡墩则采用墩高28.2 m和26.3 m的矩形实体墩。连续刚构桥下接承台和桩基础。该桥梁主跨上部的200 m连续钢构形式在国内已经普遍应用，在设计上不存在技术难点，但是177.4 m的高墩在国内实属少见，考虑到该桥梁地理位置特殊，高墩设计过程中还必须充分考虑山区瞬时风荷载，为此，高墩稳定性是该桥梁上部结构施工控制的重点。桥墩主要材料为弹性模量3.55×

104 MPa的C55混凝土。

2 主桥悬浇施工控制

2.1 挂篮托架压载试验

该高墩大跨径连续刚构桥主桥采用平衡悬臂法施工工艺，安装挂篮前应将钢支撑预埋在主墩顶，并安装挂篮托架，挂篮拼装固定于托架上。为进行托架承载力检验，消除托架塑性变形，必须采用吊砂袋预压法进行挂篮托架压载试验[2]，压载重量控制载360 t以内，根据试验确定弹性变形和立模标高。托架压载试验时，在托架中轴线两侧170 cm处分别布置2排控制点，托架中心也布置1排，共5排，并每排左中右位置各布置3个测点。在压载前根据0#块上所布置的点位测出托架顶面高程，依次按照设计荷载的20%、40%、60%和80%压载砂袋，并测量托架实际变形量，待压载荷载达到设计荷载100%时按照压载开始时、压载24 h、压载48 h三个时间进行测量。此后卸除荷载，所测量出的托架变形量为1.0 cm。

为修正挂篮刚度，检查挂篮在最不利受力工况下实际受力性能及结构安全，消除塑性变形，并得到加载后的弹性变形，还必须进行挂篮菱形架加载试验。加载试验主要通过工作平台实现，在试验开始前必须平放安装2片桁架结构，以2台千斤顶对桁架结构前端实施预压，千斤顶型号均为YD-150型，与此同时，借助6根φ32 mm精轧螺纹钢完成桁架结构后端连接。

按照挂篮施工最不利工况确定试验荷载，以梁段自重最大的1#块为参考重量，分四次加载，初始荷载及第二、三、四次加载吨位依次为10 t、40 t、75 t和90 t，其中第四次为120%的超压加载。每完成一级加载后必须进行菱形桁架前端节点上横梁顶面标高、菱形架弹性变形和非弹性变形的测量。

2.2 模板安装

该连续刚构桥悬浇挂篮外模板通过大型钢模板拼接而成，挂篮前后下横梁和外模滑行梁上固定;内模则通过小型钢模板拼装，并确保板缝平順严密。内外模安装后均应在按照设计厚度均匀涂刷模板漆，此后进行钢筋绑扎。通过串条固定腹板时，严控腹板混凝土厚度，并在设计值基础上腹板内模外扩5 mm，以避免因胀模而导致混凝土超方。

高墩大跨径连续刚构桥悬浇施工必然面临结构体系转换问题，结构自重、混凝土收缩徐变、预应力及立模标高等均对施工高程控制有较大影响。结合类似工程实际，对于该设计跨度为120 m的连续刚构桥，其预抛高值应当设置为15 cm。故该连续刚构桥以15 cm的预抛高值为各节段立模标高控制目标，各节段底模安装标高为底模设计标高、挂篮弹性变形、线控预抛高、预拱度之和[3]。

2.3 钢筋及管道安装

该桥梁结构中主桥0#块钢筋布设最为复杂，绑扎完节段钢筋后必须通过闪光对焊工艺接长处理，焊接过程中必须保证两根对接钢筋同心，电流适当，焊接完成后进行300点/次的抗拉拔试验。钢筋安装时如果与横纵向预应力钢束和孔道位置冲突，必须按照实际位置偏离设计位置最小、对受力影响最小的原则调整普通钢筋位置。该连续刚构桥腹板和底板处钢束较多，较薄的断面可能因局部应力集中、压曲临界应力下降而出现受力裂缝。为此，必须严格根据相关规范拼接腹板钢筋骨架与底板横向钢筋，同时还应该在底板钢筋网格间增设拉结筋，增设箍筋、防崩勾筋。

该高墩大跨径连续刚构桥采用镀锌铁皮竖向预应力波纹管，管道安装前必须全面检查波纹管环刚度和透水性能，并每根波纹管底部开孔后连接1根PVC管，密封孔隙，避免漏浆。横向预应力波纹管安装在桥面顶板中，纵向预应力波纹管安装时应按照20 cm间隔增设钢筋定位网片，并在管道内穿设PVC硬管支撑，避免压扁管道。

2.4 混凝土浇筑

检查模板尺寸、数量及焊接施工质量后进行混凝土浇筑。浇筑期间混凝土材料自由倾落度严格控制在2.0 m以内，并按照对称原则浇筑，对称点差量不超出2 m³。混凝土浇筑的同时通过φ50 cm插入式振捣器进行混凝土振捣，振捣半径控制在振捣设备作用半径的1.5倍范围内，振捣器插入深度不超出5～10 cm范围。持续浇筑施工后如果混凝土面无下沉现象，表明平整度满足规范要求，则可结束浇筑。跟随混凝土浇筑施工进程，加强对模板稳定情况的观察，如果出现模板松动、鼓包、歪斜，必须立即加固。浇筑及振捣结束后及时收面，并覆盖养生7 d以上，浇筑结束24 h后将挡头模板卸除并凿毛。

2.5 预应力张拉

预应力张拉前按照规范及设计要求穿束，穿束及锚环安装前必须全面清理预应力波纹管内杂物，避免后续张拉过程中影响摩阻力，甚至引发钢绞线断裂。锚应力损失、锚口损失、夹片回缩量、钢绞线伸长量等参数在实际张拉过程中都要考虑，锚口损失通常按照设计张拉应力的2%～3%确定，实际张拉应力应为设计值的103%[4]。

2.6 孔道压浆

从底板压降孔处进行竖向预应力筋压浆，并在压浆开始前彻底清理孔道内泥沙、杂物、水分。对于长度在25 m以上的纵向预应力束管道应进行真空辅助压浆，真空泵负压和压浆机压力严格控制在0.03～0.05 MPa和0.5～0.7 MPa范围内，水泥浆液粘稠度不超出14～18 s，待出浆孔中所溢出的浆液粘稠度达到设计要求后再继续稳压60 s，便可结束孔道压浆。

3 上部结构施工质量控制

3.1 主要部位控制指标

3.1.1 桥梁整体质量控制

按照《公路桥梁施工技术规范》（JTG F50—2017），该桥梁整体质量要求见表1。

3.1.2 模板施工误差控制

模板施工时，也应严格按照相关规范控制模板基础标高和内部尺寸、装配式构件标高以及预埋件位置和尺寸，具体要求见表2。

装配式构件支承面标高允许误差应控制在−5～2 mm之间，相邻模板表面高差应不超出2 mm，模板表面平整度控制在5 mm以内;预埋件中心线偏差不超出3 mm，预留孔洞中线偏差≤10 mm。支架和拱架纵轴平面位置应控制跨度的1/1 000处，曲线形拱架标高误差应不超出−10～20 mm。

3.1.3 混凝土浇筑及预应力筋误差控制

混凝土浇筑施工误差应按照表3规定进行控制。竖向预应力筋材在使用前必须进行除锈处理，保证其处理后张拉应力值满足设计要求，张拉伸长率误差不超出±6%，每个断面钢束断丝滑丝数不超出钢丝总数的1%[5]。

3.2 高墩边孔现浇施工控制

该高墩大跨径连续刚构桥左幅主桥起点位于陡峭坡面，边孔现浇段挖孔桩基础配合螺旋管桩拼装组合支架长19.95 m，高41.38 m。边孔现浇施工受到结构强度、桩基承载力、压杆屈曲、支架结构变形及结构稳定性的较大影响。施工开始后采用深度均值为15.4 m的φ150 cm挖孔桩基础和φ720×14 mm螺旋钢管等材料进行支架结构拼接安装，并且在竖向管柱拼接安装施工期间逐层施作角钢系杆连接斜撑，确保支架结构稳定。双肢36a工字钢横纵梁设置支架顶端，由φ22 mm螺纹钢按照120 cm间距排开后焊接纵梁，同时充当支架卸落平台。

为消除支架非弹性变形，并测定其弹性变形，应通过吊装砂袋逐级加载预压，加载和施工过程中应加强对支架变形以及可能出现的管件焊缝处的连续监测。梁段混凝土必须以中间部位为起点依次向两端呈对称形式浇筑，在浇筑施工期间应严格控制梁底标高和悬浇段标高完全一致。考虑到该桥梁工程所在地区山风瞬间风荷载影响较大，组合支架上增设了6根地锚钢索。结合支架设置后的结构方面的稳定性要求，为此必须全面考虑工程所在地区气候环境、瞬间可能出现的最大风力荷载以及因施工过程的持续进行而可能施加的偏载等因素，必须按照设计要求增设加腋，预留安全储备。

支架钢管简化为梁单元以进行支架结构有限元分析，最大应力值为−35.8 MPa，比170 MPa的允许应力值小，意味着支架钢管受力安全;管桩支架屈曲模态中最危险工况下结构稳定系数取32，超出1.3的规范值，这也意味着该高墩大跨径连续钢构桥梁所设置的支架结构在稳定性方面完全符合规范及设计要求。根据分析，左幅第5、6、7、8孔最大应变值分别为−243 με、13 με、−188 με、237 με，均未超出825.5 με的允许形变，表明支架结构设计安全可行。

4 合龙段施工控制

该大跨径连续刚构桥合龙施工次序为边孔合龙、中孔合龙、体系转换。合龙施工前应临时连接固定两端，避免因梁体热胀冷缩而引发合龙混凝土开裂;还应对梁段进行压重处理，防止因合龙施工而引发主梁结构挠度改变。边跨合龙紧跟混凝土浇筑施工，为保证结构整体稳定性，必须在合龙过程中在T构两侧同时压重处理，而在此后中孔合龙施工节段，必须结合实际浇筑进度将之前所施加的压重结构分步拆除，确保悬臂挠度稳定。为避免T构因热胀冷缩等原因而影响合龙段混凝土施工质量，合龙施工安排在温度最低的凌晨1：00—5：00的时间段进行，根据设计要求焊接水平支撑和剪力撑，张拉顶板和底板处合龙束，锁定待合龙段。合龙段混凝土浇筑结束并达到90%设计强度后进行顶板张拉及压浆。

5 结论

綜上所述，山区高墩大跨径连续刚构桥对施工工艺要求高，必须在施工期间充分考虑内外部荷载及施工环境的不利影响，加强结构线形控制，确保梁体线形连续，从主梁结构、悬臂浇筑施工、施工预抛高、合龙段施工及体系转换等方面加强施工过程控制。应用结果表明，在高度超出40 m、长度超出20 m的箱梁现浇段进行工字钢配合挖孔桩基础施工完全可行。

参考文献

[1]向亚军. 山区大跨径连续刚构桥高墩稳定性有限元分析[J]. 西部交通科技， 2021（11）： 120-123.

[2]黄勤劳. 高墩大跨径连续刚构桥悬灌法施工关键技术[J]. 铁道建筑技术， 2020（10）： 110-112+130.

[3]刘利峰. 高墩大跨径连续刚构桥线形控制[J]. 公路交通科技（应用技术版）， 2019（10）： 189-192.

[4]于松波. 大跨径预应力混凝土连续刚构桥悬臂施工线形控制分析[J]. 黑龙江交通科技， 2021（11）： 108-110.

[5]杨鑫. 高墩大跨径连续刚构桥施工过程中稳定性分析[J]. 交通世界， 2021（16）： 83-86.