大跨径连续刚构桥梁施工技术分析

刘 斐 （中铁建大桥工程局集团西北工程有限公司，宁夏回族自治区 银川 750001）

1 工程概况

陈家堡子大桥设计时速100km/h，采用双向四车道，桥面全宽26.00m，单幅宽12.75m。 主桥桥跨布置为68.5m＋125.0m＋68.5m，采用预应力混凝土连续刚构。主桥箱梁为三向预应力结构，采用单箱单室截面[1]。箱梁顶板宽12.750m、底板宽7.000m、翼缘板悬臂长2.875m，箱梁顶板预设横坡、底板水平。箱梁根部梁高7.80m，跨中梁高3.00m，箱梁高度遵循1.8次抛物线变化[2]。主桥变截面预应力混凝土箱梁采用C55混凝土。

本桥梁段划分为0#块（墩顶现浇段）、1#～16#段（悬臂浇筑段）、17#段（合龙段）和18#段（边跨直线段）。

图1 大桥立面及梁段划分图

2 大跨径连续刚构桥施工技术

2.1 悬浇梁段施工

2.1.1 挂篮系统

本桥采用挂篮悬臂浇筑法施工，考虑到预应力混凝土连续刚构桥梁结构的特殊性，对挂篮本身也提出了较高要求。挂篮与悬浇梁段混凝土的质量比不宜大于0.5，最大变形（包括吊带变形的总和）应不大于20mm 且能够在曲线上行走，同时满足桥面横坡变化的需要。挂篮模板系统需要灵活调整用以满足标高、腹板高度、顶底板夹角的变化[3]。挂篮进场后，需要对照结构部件清单清点挂篮构配件并进行检验，合格后使用。在墩顶0#块预应力施工完成后，拆除侧模，进行箱梁箱室内、顶面清理工作，在0#梁段顶面上组拼挂篮。0#梁段顶面清理工作完成后，进行挂篮滑轨测量放线工作，定位出两端主桁架的位置，依据放样结果进行滑轨调坡、调平，安装滑轨并锚固，随后安装主桁架和后锚。挂篮底模系统由前下横梁、后下横梁、纵梁、底模组成，前下横梁设置6 根吊带，锚固于前上横梁，后下横梁设置有4 根吊带，锚固在箱梁已浇筑梁段底板[4]。前、后下横梁采用400mm×200mm 工字钢双拼，底模纵梁采用HN300×200 型钢。底模纵梁通过焊接与前、后下横梁分别固定，内模和外模两侧各设置2 根外滑梁，滑梁均使用Φ32mm 的精轧螺纹钢筋作为吊带，前上横梁吊带由Φ32mm 精轧钢筋和180mm×40mm钢板组成。

挂篮组拼完成后，全面检查安装质量并对挂篮进行预压加载试验，采取分级加载方式，在加载过程中保持平缓、稳定。按照30%→70%→100%→120%进行加载，每一级荷载施加完成后等待相关测量数据，待挂篮标高变化稳定时（2mm/24h）进行下一级加载，最后一级加载持荷时间不少于48h。每一级加载过程中记录加载值和对应阶段的形变值。当最终测量数据与设计规范要求的数据近似或一致时，说明挂篮的强度、刚度及稳定性均满足设计、规范要求。挂篮预压是桥梁悬臂浇筑施工的关键，在施工前应对施工中可能出现的最不利工况进行模拟，同时应考虑挂篮前移、浇筑混凝土等最不利工况时的安全系数。通过预压加载试验可以消除挂篮的非弹性变形并得到挂篮的弹性变形值，为后续的悬臂梁段施工提供立模标高的数据支撑，同时验证了挂篮稳定性与安全性，保障后续施工。

在挂篮滑轨上设置反力架及液压千斤顶油缸，通过销轴与主桁后支点反力座连接，利用千斤顶推动主桁使整个挂篮前移。

2.1.2 混凝土施工

在各项隐蔽工程验收合格后方可浇筑混凝土。混凝土浇筑按照先底板、后腹板、最后顶板及翼板的顺序，前后左右对称进行[5]。预应力张拉端、锚固端是连续刚构悬臂施工的关键区域，锚下钢筋布置紧密。为保证此处混凝土质量，混凝土入模下料时需要在锚固端处缓慢进行，下料的同时需要用Φ30 振动棒对锚下混凝土振捣密实，也要注意过振和工人操作不当引起的锚板、管道移位或破损等质量隐患。浇筑箱梁顶板翼板混凝土时，严格控制顶面标高。可以选择在顶板腹板钢筋骨架上安装Φ16 高程控制筋，在Φ16 钢筋上粘贴红色胶带（下口为准）作为梁顶控制标高，用刮杠找平。收浆后抹平，人工二次抹面，确保高程和平整度符合设计规范要求。梁顶表面处理时拉线找坡并压实。在混凝土初凝前拉毛，拉毛要求均匀顺直，防止梁面混凝土开裂[6]。混凝土浇筑完成后，顶板采用土工布和塑料薄膜覆盖，安排专人洒水，以保持混凝土表面湿润。

2.1.3 预应力施工

采用智能张拉设备张拉钢绞线，以伸长量、张拉应力双控法控制施工质量。张拉前检查千斤顶、锚环、传力筒、穿束管道，确保“四轴同心”。预应力张拉工序严格遵循设计与规范要求，对伸长量不满足设计要求的需分析原因，依据分析结果查看钢绞线有无滑丝、断丝情况，并做好张拉记录[7]。

孔道压浆采用大循环智能压浆工艺。按设备操作规程连接相应预应力管道，依次开启出浆、返浆、两端球阀，调整出浆、返浆调压阀，调整至设计压浆压力。压浆应均匀、缓慢、连续地进行。当进出口和返浆口压力一致且返浆口流出浓浆时，可关闭出浆调节阀，维持孔道压力≥0.5MPa 并保持3min，手动关闭两端球阀并结束压浆。封端混凝土浇筑前，复检管道压浆质量，确保无漏浆现象后清理承压板、锚环处灰浆，混凝土养生结束后，在新旧混凝土接缝处按设计规范要求涂刷聚氨酯防水涂料[8-10]。横向预应力系统，锚外的顶板钢筋应根据现场施工情况移动、调整间距、弯折或断开，如果横向预应力锚固端周边钢筋选择断开处理，应将钢筋在张拉槽口内预留搭接长度，待横向预应力施工完成后，用同直径钢筋搭接焊后方可封锚。

2.2 合龙段施工

大跨径连续刚构桥梁的合龙段施工会受到温度、应力和施工工艺等因素的影响。为保证全桥合龙后的工程质量，合龙时间一般选择当天气温最低且稳定的时段。本桥使用多跨同时锁定合龙施工技术。

2.2.1 合龙段模板配置

合龙前先进行挂篮内模系统拆除。边跨合龙段，挂篮外侧模板及主桁架停在16#节段不动，利用挂篮底纵梁和边跨直线段底纵梁做底模支撑，外侧模板采用木胶板+方木+钢管架支撑（钢管架支立于挂篮主梁及托架主梁上）。中跨合龙段，跨中挂篮整体停在16#节段不动，利用两侧挂篮底纵梁做底模支撑，外侧模板采用木胶板+方木+钢管架支撑（钢管架支立在挂篮主梁上）。

图2 中跨合龙示意图

2.2.2 合龙口临时锁定

合龙口两侧悬臂端在浇筑混凝土前使用型钢进行刚性连接，在一天气温最低且温度稳定时进行锁定，三个合龙口同时进行锁定。

2.2.3 合龙口整体配重原则

T 构两端重量平衡，合龙段两侧重量平衡。配重使用水箱，便于卸载，配重重量为合龙段重量的1/2。

2.2.4 合龙段混凝土

中跨合龙段和边跨合龙段使用地泵泵送混凝土，每个合龙口配备1 名技术人员，使用对讲机进行联系，确保三个合龙口混凝土同步浇筑。在浇筑混凝土时，根据浇筑速度同步卸载配重，保证同一时段内浇筑的混凝土量尽可能与卸载的重量相等，卸载重量与混凝土浇筑量相差不宜超过5t。在合龙段混凝土养护期间，应禁止施工荷载上桥，避免扰动开裂。

2.2.5 合龙段预应力

当混凝土达到强度，1～2 对合龙段钢束分别张拉完成后，解除刚性支撑。

纵向预应力钢束张拉原则为边跨合龙段与中跨合龙段钢束先后交错张拉；两个边跨合龙段相同编号的纵向预应力钢束同步对称张拉，同一合龙段的同一编号的纵向预应力同步对称张拉。现场配备4 台千斤顶，使用智能张拉系统同步控制4 台千斤顶，保证张拉施工同步进行。

一次合龙纵向预应力钢束张拉的顺序：

①张拉中跨合龙段顶板钢束TZ1 和TZ2，解除中跨临时刚性连接；

图3 中跨合龙段钢束示意图

②张拉边跨合龙段顶板钢束TH1、TH1'和TH2、TH2'，解除边跨临时刚性连接；

图4 边跨合龙段钢束示意图

③对称张拉边跨合龙段腹板束FH1、FH2 钢束，再对称张拉边跨合龙段底板钢束B1、B3，最后对称张拉底板钢束B2；

④对称张拉中跨合龙段底板B1～B 8，再对称张拉中跨合龙段腹板束FZ1和FZ2钢束。

2.3 挂篮拆除

合龙段张拉压浆完成且强度符合要求后拆除挂篮。挂篮拆除时间应注意：先拆除挂篮内模系统，包括内模滑梁、内模架；再拆除底模及侧模，底模和侧模可以整体拆除下落；最后拆除挂篮后锚、主桁架和行走系统，挂篮可以在合龙段浇筑位置原位拆除。挂篮拆除前，首先确认无荷载作用在挂篮上，并同时做好安全防护措施。拆除过程如遇杆件、部件卡滞无法正常拆解时，停止拆除工作，找出原因并采取相应措施排除异常后继续，严禁强行拆除。

3 大跨径连续刚构桥施工控制要点

3.1 线形监测控制

3.1.1 主梁标高监测

第一节梁段的定位精度对结构后续梁段线形精度影响很大，首个梁段需严格控制标高及线形，同时密切监测。在首板梁浇筑前于箱室腹板、底板预埋桥梁应力形变监测装置并设置标高控制点。①腹板模板到位后，在挂篮底模上安装底板及腹板钢筋，然后在底板及腹板钢筋骨架处安装垫块或固定钢筋，保证腹板位置及标高的准确，随后穿入纵向主筋，微调腹板钢筋。②用支撑架对腹板钢筋骨架进行支撑，保证腹板钢筋骨架的稳定，防止变形。③因为0#块两端纵坡及倾斜角度不同，为保证桥梁纵坡要求，首节梁段腹板纵向按照一定的坡度倾斜，对钢筋骨架底部进行支垫。④通过全站仪测量桥梁顶板中轴线及标高，准确调整后续各节段的中心偏位及标高，使成桥线形满足设计规范要求。

在合龙前2～3 个梁段施工时，宜进行全桥联测，以确定悬臂两端的高程差、水平差，便于调整。

3.1.2 主梁实时挠度监测

绿色小水电创建工作实行电站业主自愿申报，省级水行政主管部门负责申报材料和现场初验，水利部审核、动态管理模式。小水电站只要依法依规建设，下泄流量满足下游用水需求，影响区内无水事纠纷并满足《绿色小水电评价标准》基本要求的，都可参照图1参与到绿色小水电站创建工作中。

主梁发生挠曲变形主要与体系温差有关，当体系温差较大时主梁容易挠曲变形，这是因为体系温差引起构件的伸缩变形，主要表现为水平方向的位移，从而影响主梁的标高，并导致主梁顶端的竖向位移增大。主梁的变化主要集中在水平位移上，竖向位移相对可以忽略。日照和季节性温差是导致挠曲变形的主要因素，无论是主梁本身还是桥墩都可能发生变形，都会导致主梁竖向挠度的增加。因此在监测时建议通过测量梁段相对高差判断主梁挠度、墩顶0#块设置为标高基准点、标高监测选择桥上位置为宜、在清晨日出之前为最佳观测时间[8]。

3.1.3 合龙段高差监测

在悬臂施工过程中，注意控制桥梁线形和高差，依据悬臂两端的标高数值，确保合龙段的高差在设计规范要求范围内。底板设置三个高程控制点，位于底板左、右及中心位置。

3.2 预应力控制

边中跨同时合龙后，要确保桥梁受力与设计预期受力处于同一水平。预应力施工过程中，需要着重考虑自重、温度、预应力和施工荷载等影响因素[11]。如果大跨径连续刚构桥梁的受力效果与预期出现较大的偏差，将会导致其实际承载能力的降低和实际使用寿命的缩短，严重危害整体结构的安全性，进而直接影响桥梁工程质量[12]。因此在施工过程需要借助应力监测等方式对大跨径连续刚构桥结构实际受力进行监测。

对于桥梁预应力施工，还需要做好相应工作，如对锚具进行外观、硬度检查，严禁使用不合格的锚具；梁段混凝土张拉前混凝土龄期应满足设计规范要求，张拉顺序以设计为准，预应力束左右对称张拉，在张拉至设计应力时，确保伸长量误差不超过±6%，同时还要注意预应力管道位置是否开裂。

3.3 稳定控制

大跨径桥梁的稳定程度直接影响桥梁施工及使用的安全，同时也影响桥梁后期行车的舒适性。施工过程中对桥梁各个部位结构的刚度和稳定性、桥梁施工的临时支撑、施工完成后继续保留的永久性支撑和各类结构应力数据都应全面掌握[13]，再通过科学的计算来对结构稳定性予以评价，结合评价结果制定针对性方案与措施。

3.4 安全控制

在桥梁施工过程中，涉及多工种的交叉作业以及受外部环境不确定性的影响，导致存在众多安全隐患。为此，必须密切结合实际桥梁施工现场情况，制定切实可行的安全生产管理办法，严格管理每一道施工工序，持续提升桥梁整体施工的安全控制水平，以杜绝安全生产事故发生的可能性。同时，我国已建立较为完善的安全生产管理体系，因此在实际桥梁施工中必须依照相关法律法规及规范要求执行。

4 结语

综上所述，银昆高速公路陈家堡子大桥采取多跨一次合龙施工技术有助于节约施工工期，但对施工现场实操也提出了较高要求，尤其是合龙后纵向预应力施加的顺序决定桥梁施工成功与否。在应用大跨径连续刚构桥梁施工技术时，应严格保证施工控制的标准化、规范化、精细化。切实做好挠度、高程、应力等各项关键指标的监测工作，最大化发挥大跨径连续刚构桥梁施工技术的应用价值，确保桥梁结构整体做到结构稳定、线形流畅、质量合格。