高墩大跨度混凝土预应力箱梁桥的施工技术研究

2023-05-26吴佳奇

交通科技与管理 2023年9期

吴佳奇

摘要文章基于工程案例，从高墩放线测量、边跨直线段悬臂吊架法、主桥合龙控制等方面，分析高墩大跨度预应力箱体梁桥的施工技术要点，其中包括：测控网配置、墩体测量放线控测方式、吊架法工艺流程及操作要点、合龙操作流程、合龙体系转换、合龙顶推移位量计算等技术要点，可为同类桥梁施工和测控应用提供参考。

关键词预应力箱梁桥；高墩；大跨度；施工技术；应用研究

中图分类号 U445.466文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）09-0072-03

0 引言

高墩大跨度混凝土预应力箱梁桥是公路建设应用较多的一种桥梁形式，其墩体高，令深水、深谷公路过线有了全新的应对处置方式。受到高墩、长距离空中跨越、合龙体系转换、特殊的桥址区地质地貌特点等因素影响，该类型桥梁的施工离不开细致有效的施工和监控技术保障。案例即是一座高墩大跨度预应力箱体梁桥梁，在施工过程中加强施工测量、采用悬臂吊架、墩上翻模以及规范合龙控制操作等技术，使桥梁顺利合龙。该文将结合工程案例，梳理介绍该施工及控测技术要点，以为同类型桥梁的施工和测控应用提供技术参考。

1 案例简介

案例大桥为某水电站库区公路的一座高墩大跨度混凝土预应力连续刚构桥梁。主跨采取（93.50+210.00+

93.50）m三跨布置。桥梁总长度411.40 m，桥面宽9.00 m。主梁采取单室单箱变截面预应力箱梁结构，底板宽度6 m，顶板宽度9.00 m。箱梁根部梁高13.50 m，中跨跨中梁高3.50 m，根部梁至跨中呈现1.50次抛物线变化，全部采用明挖现浇法施工。八角形钢筋混凝土薄壁空心墩，横桥至墩顶宽度8.00 m，采取60∶1向墩底放坡。薄壁厚130 cm，采用重力型桥台，“承台+群桩”墩为基础，桩基由9根3排径3 m的钻孔灌注桩构成，承台高6.00 m。桥址区位处盆地与雪山的过渡地带，最高海拔4 442.00 m。高山侵蚀地貌，“V”形峡谷断面，谷壁坡率35～80°左右，连续刚构的最大跨度210.00 m，最大墩高116 m，桥形多变，高墩翻模是施工面临的难点。

2 高墩施工技术

2.1 测控网设置

桥址区山体陡峭，峡谷深邃，为有效监控成桥线形，测控网设计应用较为关键，控制点既要满足常规高墩测量需求，又要为连续梁施工打下基础，满足精确测量要求，考虑在整个施工过程中保持控制点稳定。

2.1.1 平面测量测控网

受图形强度限制，首级测控网的岸侧均边长较长，对施工中频繁采用交会法进行桥墩放线不利，并且桥墩离岸边越近，交会角越大，对桥墩的测量精度影响越大。控制点距离放线对象较远，大气折射影响放线精度，所以首级测控网必须加密，在岸侧位置增加若干测量加密点。加密点取点考虑与首级网点和放线墩的通视性外，同时控制加密点的可靠性、稳定性和准确性。结合现场环境条件，可分别采用以下3种加密方法[1]：

（1）以两个方向的两个首级网点转角相交或三个方向的三个首级网点正面相交的形式进行加密。

（2）全站仪测量精度时，首级网的两端为已知点，采用导线法，形成网格。

（3）技术力量允许时，加密点可并入首级网，形成新的测量测控网，以利于增强测量精度。

施工放线常用的加密控制点，多位于附近或场地内。由于施工机械、临时建筑或施工干扰，导致加密测量点失效，需要在作业期间数次补点加密，以满足测量需要。

2.1.2 高程测量测控网

为增强测量精度和便于使用，高程测控网应布置成附合或闭合路线。高程测控网可分为首级网和加密网，水准点分为基本水准点和施工水准点。

基本水准点设在不受施工影响的位置，區域土质坚实，抗振动，利于测量精度。基本水准点位置设永久性标志，通常采用四等水准测量法测量高程。

施工水准点用于直接测量目标物的标高。为了便于测量和尽可能降低误差，施工测量水准点适当靠近测量目标物。

2.2 高墩施工放线

案例大桥桥址区地形复杂多变，峡谷陡峭，呈V形分布，桥墩较高，为避免测量误差，同时采用极坐标法和交会法进行测量。空心八角形墩最大墩高117 m，如果采用常规测量方法，会出现墩端扭曲现象。为确保桥墩测量精确度，需保证桥墩中心线垂直和外轮廓不扭曲，采用以下测量方法：

以所设测控网为基准，放出桩护栏、桥墩横、纵向中心线位置，在距离桥墩中心线300 m的横向中心线以及两侧同宽的一侧，配置三个高程控制点，具体见图1所示。

桥墩纵向中心线由桥轴线上配置2个测点进行控制。每块墩柱模板装配完毕后，除参照控制点复核测量墩体中心和纵横轴线外，用经纬仪自下而上对距墩体中心300 m的控制点做核对测量，如有偏差须立即通知作业单位进行调整，精确测控每个模板，才能保证高墩轴线位置及相关线性的不偏离、不扭曲[2-4]。

3 边跨直线段悬臂吊架施工技术

3.1 吊架法工艺流程

吊架法即在墩体任意一侧预埋三角支架，拉长已有挂篮主桁架，并借助边墩盖梁形成支撑作业系统。该系统通过举架、吊架等支撑系统，最大限度地避免边墩的偏心应力，减少悬臂端的垂向压力，有效控制悬臂端形变程度。该吊架法具有如下优势：①结构受力合理，载荷传导路径更简单，装配也方便。②更大限度地利用现有装备，提高设备利用率，节约资金。③安全性好。④利于边跨合龙的精确度。边跨直线段吊架施工流程如图2所示[5-6]。

3.2 吊架法操作要点

（1）预埋托架。为降低悬臂载荷及其沉降形变影响，在墩顶侧位置预埋工型钢承重架，在适当位置预埋钢板作为斜撑持力点。工型钢的型号和规格应通过详细计算给予确定，确保材料和结构满足施工载荷要求。

（2）挂篮行走与桁架安装。悬臂浇筑至最后块件，张拉浇筑后将前移既有挂篮1个块长，将主桁架跟原主桁架衔接装配。主桁架由4个贝雷架装配，其最大形变状态应详细计算和验证，主桁架另一端与焊接于墩盖梁的钢管桩牢固焊接，作为临时支点。

（3）前移吊篮底模与托架支撑。将挂篮底模前移到预设工字钢端部，选择支点作为最终位置。通过传力，桁构的最终载荷仅为最不利状态下探出墩体的箱梁重量的0.5倍，传导到最后悬臂端的重量仅为前述重量的0.25倍。

（4）铺设底模与装配外侧模。悬挂结构安装牢固后，安装悬挂结构，底板可采用定制钢模板和竹胶板。外模借助挂篮外模前移，与底板接触面连接紧密并加固。

（5）预压。完成平台浇筑后，在钢筋绑扎前对模板及其他载荷进行预压。按照设计预压载荷为梁构重量1～2倍的标准确定预压载荷。预压后，观测支架体系的弹性与非弹性形变状态，通过弹性形变确定参考预留值。

（6）扎绑钢筋。核对图纸确认规格无误后，进行钢筋加工。按设计图纸配置结构，钢筋交叉点应以铁丝扎绑牢固，必要时也可点焊。非焊接骨架之间垫以短钢筋，保障位置准确。

（7）浇筑混凝土与养生。垂向分层混凝土浇筑，第1层为底板与腹板，第2层为顶板。由于直段设计为变截面箱梁，混凝土重量的三分之二集中在墩体一侧，浇筑墩体箱梁段水平方向，先将载荷传导给墩体，再传导给主框架，则有利于应力平衡，在一定程度上利于桁构失稳和轴线偏心的控制。完成混凝土浇筑后，在水泥浆干燥后及时盖覆并淋水养护，盖覆过程中不得损伤或污染混凝土表面，混凝土浇水养护时间不能低于7 d[7-8]。

4 主桥合龙操作控制技术

4.1 合龙操作流程

合龙段施工工艺流程如图3所示。

4.2 合龙体系转换

（1）边跨合龙。完成箱梁1～20梁段装配后，检测整桥技术参数和施工质量。装配合龙吊架，T构边跨进行端部水箱压重，压重水箱选择614 kn。检查桥面堆载，全面检测和调节箱梁的应力状态，为合龙做准备。以2 h测试间隔，至少24 h循环测试温度场影响下桥墩与箱梁的形变状态。在气温平缓变化时段，紧固吊架平台，锁定合龙支架等。检查两侧箱梁与桥台之间有无纵向约束，保证纵向自由滑移。装配模板扎绑钢筋，浇筑混凝土时放出等重水。混凝土强度大于设计强度的85%并且龄期5 d后，纵向预应力钢束分两批按先长后短的顺序张拉，并按设计进行浇筑。

（2）合龙体系转换。边跨合龙段在混凝土满足设计强度后，张拉边跨合龙梁，拆卸临时支撑与固结部件，合龙体系转换为单悬臂体系。再用同样的方法浇筑中跨合龙段混凝土，进行预应力梁张拉，拆卸模板，转换体系，最终构成三跨混凝土预应力连续刚构桥梁。

（3）合龙口弯矩与剪力。中跨合龙两端悬臂部分的长度和断面基本对称。合龙期间，由于箱梁垂向温度的影响，两端悬臂部分的合龙标高基本一致，合龙刚性支座只承受角位移引起的弯矩。边跨合龙施工时，往往一端是现浇施工，另一端是悬灌施工。此时箱梁的垂向温度差会引起合龙梁段的挠度值差和角位移，使合龙段混凝土产生弯曲。这种弯矩通常由外部刚性支承承受。因为温度差引起的闭合弯矩值的精确计算是复杂的，通常使用计算机手段。当需要估算时，可以假设两侧悬臂部分可以是用共轭梁法或其他方法计算的自由情况下各梁段的角位移和挠度值，然后计算刚性支座的弯矩并校核其强度。

除了弯矩值以外，封口还承受剪力。实际工程证明，此种剪力较小，配置抵抗弯矩值的刚性支座来抵抗这种剪切力，可以忽略不计。

（4）合龙段劲性钢筋架。为使刚浇筑的合龙段混凝土不受混凝土收缩、环境温度等影响。张拉前采取有效措施控制合龙口间距。该桥采用箱内加槽钢劲性骨架的方法，刚性骨架的作用是在合龙段混凝土的养护期内，减少混凝土承受此处结构可能发生的跨中弯矩、拉力、扭矩和剪切力，以保证合龙段混凝土凝固过程中尽量消除外界因素的干扰。同时，桥梁合龙后，刚性骨架增加了合龙段的强度和刚度，有利于保证合龙段的完成质量，增加桥梁的整体性。

4.3 合龙顶推技术

顶推在高墩大跨度预应力箱梁桥合龙施工中是关键的技术环节，其技术要点包括：

（1）顶推控制参数。顶推形变控制指标是指合龙梁段纵向水平移位与墩顶纵向水平移位的状态控制。合龙顶推过程中，结构发生形变，内部应力重新分布，由于材料变异性、施工精度、工程计算模型等因素影响，具体应力应变与理论计算存在差异在所难免，所以顶推控制参数不能机械执行设计和理论计算结果，应该结合工程具体情况，综合、合理地提供顶推控制。案例合龙施工中，其顶推力控制原则为“应变指标控制为主，应力指标控制复核”的顶推参数控制原则[4]。

（2）顶推移位量确定。顶推移位量是指顶推操作时，结构在水平方向上的移位量。该移位量可按下述公式进行计算：

Δx=?（Δxw+kΔxx+Δxs），k∈[0.5，0.6] （1）

式中，Δxs——墩顶因作业因素引发的水平偏位；Δxx——墩顶因收缩徐变引发的水平偏位；Δxw——墩顶因温度引发的水平偏位量。

（3）顶推点与顶推方向的确定。在垂直面内，变断面连续刚构桥主梁断面的形心实际上呈现向上仰拱状态，当水平顶推作用于没有水平弯曲和竖向弯曲的连续刚构时，弯矩也会引起主梁上翘，对结构应力和线形状态非常不利。弯矩与主梁截面的抗弯刚度相比不是很大，但还是要尽可能防止。案例工程在顶推点与顶推方向的确定遵循如下原则，即尽量使顶推点处于顶推截面的中心，顶推方向应尽可能与主梁截面切线保持在同一直线。

5 结论

结合工程案例，梳理介绍了其高墩大跨度预应力箱体梁桥的施工控制相关技术点。技术点包括：

（1）平面与高程测控网设置及高墩施工放线方法。

（2）从吊架法工艺流程与操作要点2个方面，介绍了边跨直线段悬臂吊架施工及测控技术点。

（3）从合龙操作流程、合龙体系转换、合龙顶推技术3个方面，介绍了主桥构合龙操作控制技术要点。该文介绍的保证高墩轴线位置和相关线性不偏离与不扭曲方法、边跨直线吊架施工工艺、合龙顶推力控制原则、合龙体系转换以及顶推移位量计算确定等技术点，具有工程实用参考意义。

参考文献

[1]焦臣，罗波，李哲民. 连续刚构桥悬臂箱梁施工控制[J]. 公路交通科技， 2006（12）： 110-111+116.

[2]赵玉银. 连续刚构桥施工控制及结构仿真分析[D]. 成都：西南交通大学， 2008.

[3]王劭琨. 预应力刚构桥施工控制中的参数识别和预测研究[D]. 西安：长安大学， 2012.

[4]李东明. 大跨度预应力混凝土连续刚構桥施工仿真与施工控制分析[D]. 成都：西南交通大学， 2013.

[5]程建新，余周，霍凯荣，等. 高墩大跨度刚构桥上部结构施工关键技术应用[J]. 公路， 2017（9）： 139-143.

[6]文良统. 大跨径预应力混凝土薄壁箱梁桥施工早期裂缝的控制技术初步研究[J]. 湖南交通科技， 2012（3）： 105-109.