某连续梁桥主桥合拢段施工与监控技术研究

刘 勇，杨为华

(1.湖南路桥建设集团有限责任公司，湖南 长沙 410004; 2.西安方舟工程咨询有限责任公司，陕西 西安 710075)

对于大跨径连续梁桥、连续刚构桥梁，目前主要采用挂篮悬浇法施工。在挂篮悬臂浇筑施工过程中，预应力混凝土连续梁桥主桥合拢段施工工艺复杂、工序繁多，施工难度大，对施工技术和施工质量要求高，历来都受到广大工程技术人员的高度重视。国内已有不少学者对连续梁桥合拢段施工的工艺、计算等方面进行了研究，如王震［1］、吕云峰［2］、熊守富［3］等介绍了挂篮悬浇连续梁桥合拢段的施工工艺，王浩［4］、焦建民［5］等介绍了连续梁桥合拢段的施工方案与施工注意事项，刘建楼［6］介绍了连续梁桥合拢段应力监测与有限元计算结果。本文依托湖南省某连续梁桥工程，对主桥合拢段的施工方案、施工工序、施工监控及技术要点进行了详细分析研究，供广大施工人员借鉴与参考。

1 工程概况

该桥全长2.3 km，左幅设计为:(4 ×32 m)等截面预应力混凝土连续箱梁+(58 m+3 ×96 m+58 m)变截面预应力混凝土连续箱梁+(3 ×24 m)等截面预应力混凝土连续箱梁+(4 ×32 m)等截面预应力混凝土连续箱梁+ (3 ×32 m)等截面预应力混凝土连续箱梁;右幅设计为:(3 ×32 m+24.175 m)等截面预应力混凝土连续箱梁+(58 m+3 ×96 m+58 m)变截面预应力混凝土连续箱梁+(25.825 m+2 ×27 m)等截面预应力混凝土连续箱梁+(4 ×32 m)等截面预应力混凝土连续箱梁+ (3 ×32 m)等截面预应力混凝土连续箱梁。主桥设计为五跨变截面预应力混凝土连续箱梁，桥跨布置为(58+3 ×96+58)m，大桥 6#墩正交，7#、8#、9#墩斜交，夹角约20°。

主桥箱梁为单箱双室结构，底板宽9.6 m，顶板宽2.05 m。0#梁段长12 m，采用支架现浇法施工;1#～12#梁段分段长度为(7 ×3+5 ×4)m，采用对称挂篮悬臂浇筑法施工，悬浇最重梁段为1 794 kN。边跨、次边跨、中跨合拢段长度均为2 m，边跨现浇段长度为10 m。

2 合拢段施工方案

2.1 合拢段施工总体方案

连续梁桥在合拢后将发生体系转换而形成整体，在合拢施工时，其悬臂长度最大，悬臂根部应力最大，受力状态最为不利，施工风险相对较大。多跨连续梁桥合拢段施工既可以逐孔合拢，也可以多孔一次合拢，既可以从一边按顺序合拢，也可以从两岸向中间对称进行合拢。本工程的合拢段的施工顺序是按照设计图纸，采用逐跨合拢，对称进行，即先合拢边跨，再合拢次边跨，最后合拢中跨。合拢段采用吊篮配重施工，吊篮采用新制型钢吊篮，模板利用边跨直线段模板改制。

边跨直线段采用钢管桩支架现浇施工方案，钢管桩支架采用100%荷载试压，消除支架塑性变形。为合理安排施工工序，保证成桥质量，边跨现浇段施工应与悬臂浇筑的12#梁段同步完成。

2.2 合拢前施工工序

边墩墩身施工完成后，在悬臂“T”构段施工(见图1)同时，穿插进行边跨直线段钢管桩支架平台的拼装，然后浇筑边跨直线段13#块，同时边主墩箱梁对称悬臂浇筑至11#块。主桥箱梁悬臂“T”构对称浇筑至12#块时，在12#块段上预埋合拢段托架吊带孔及劲性骨架预埋件，最终形成合拢前2 个边跨直线段+3 个“T”构的结构型式，见图2。

2.3 合拢段施工方案

边跨合拢段施工方案如下:

1)临时连接边跨合拢段劲性骨架，以抵抗在挂篮下方施工过程中悬臂段所产生的偏重。

2)拆除挂篮侧、底模板。

3)将挂篮后退至0#段对称位置，确保悬臂段的受力平衡。

4)搭设边跨合拢段平台。

5)支立边跨合拢段底、侧模板。

6)绑扎边跨合拢段钢筋。

7)按照设计要求，施加合拢段配重。

8)在设计的合拢温度下，连接合拢段劲性骨架。

9)在设计温度下，浇注合拢段混凝土。浇注过程等混凝土量释放配重，保证悬臂段的平衡，以确保合拢段混凝土的质量。

10)当混凝土强度达到设计强度90%时，张拉边跨合拢段预应力钢束并管道压浆。

11)边跨合拢段施工完成。见图3。

中跨(次中跨)合拢段施工前，应该首先解除次边跨(边跨)劲性骨架，进行体系转换，然后再依次按照边跨合拢段的施工方案进行实施。合拢段一般构造见图4。

图1 对称浇筑悬臂段

图2 合拢前结构型式示意

图3 边跨合拢后结构型式示意

图4 合拢段一般构造图(单位:cm)

3 合拢段施工监控分析

3.1 监控方案

为确保大桥合拢过程中的结构安全，需要对合拢段进行应力监控，主要是监测合拢段箱梁内顺桥向、横桥向的应力分布分情况。以下以中跨合拢段为例进行说明，应力计布置断面见图5，图中数字为应力计编号，除编号106、编号260 两个应力计为横桥向布置外，其余均为顺桥向布置。

图5 中跨合拢段应力计布置断面

在合拢段施工过程中，按照受力阶段，共测读5次数据:混凝土强度达到80%时测读1 次;纵向预应力筋张拉后测读3 次，每次间隔10 d;拆除临时悬挂部件和模板后测读1 次。数据测读后，按照钢筋计的标定曲线，结合一定的换算公式，将其实测频率换算为各阶段钢筋承受的拉应力或压应力，共得到4 组钢筋应力数据。

3.2 监控结果分析

合拢段箱梁应力监控测试结果见表1。

表1 应力监控测试结果 MPa

从图6可看出，合拢段顺桥向各测点应力在张拉后10 d 内变化幅度较大，张拉20 d 以后，变化趋势逐渐减小。从测点的位置来看，预应力孔道附近测点的应力变化比翼缘两端要大。在中跨合拢段预应力钢束张拉之后，体系从静定结构转换为超静定结构，合拢段承受最大的弯矩;而且上部结构受到预应力钢束的约束，箱梁顶板与底板均处于受压状态;另外因为合拢初期混凝土内部的水化热与外界温度产生温度次应力，这些因素导致各测点的应力在张拉后10 d 内产生较大的变化幅度。随着时间的推移，合拢段混凝土终凝，水化热基本结束，水化热伴随的温度应力，混凝土的收缩应变对合拢段的影响越来越小。张拉20 d 以后，影响合拢段梁体应力变化的主要因素是混凝土的收缩徐变、钢绞线松弛、锚索与孔道壁摩擦等因素引起预应力损失，这些因素还相互制约、相互影响，因此变化相对较小。

合拢段横桥向布置的测点结果显示梁体顶板和底板承受拉应力，顶板承受的拉应力约是底板的1.5 倍，张拉后10 d 内应力变化幅度相对较大。主要是因为合拢时候，合拢段相邻的的悬臂端的梁体受压，合拢段长度比较短、体积小，应力集中，应力转移仓促，自由收缩受到限制，使得梁体顶板底板处产生拉应力。随着时间的推移，合拢段混凝土应力分布相对均匀，张拉20 d 后，应力变化幅度逐渐减小。

图6 4次读数应力变化示意图

现场监控数据还表明，合拢段施工过程中箱梁顶、底板横桥向均出现拉应力，顶板最大拉应力为2.51 MPa，底板最大拉应力为1.68 MPa;合拢段顺桥向均处于受压状态，顶板最大压应力为9.67 MPa，底板最大压应力为17.67 MPa。应力指标均在设计允许范围内，合拢段施工箱梁应力总体可控。

3.3 监控值与理论值对比分析

为进一步掌握大桥合拢段在合拢过程中的受力状态以及验证施工监控方案的合理性。根据实际工程中箱梁的参数，采用ANSYS 大型有限元软件建立了中跨合拢段的三维数值模型，并按照实际工况进行模拟加载计算，分析合拢段的应力变化规律。在实体建模过程中，共生成2 042 个关键点，4 886 条线，3 666 个面。中跨合拢段模型见图7。

图7 中跨合拢段数值模型

为分析具体工况，取张拉完合拢束后的第1 次实测读数值，与数值模型应力理论计算值进行对比，结果见图8。

图8 中跨合拢段应力理论值与监控值对比

从图8可看出，应力监控值的曲线与数值模拟得到的理论值曲线的变化规律保持一致，计算结果较为接近，且实测结果的最大、最小应力与理论结果计算值出现的位置基本相同，这说明在合拢施工监控方案采用的应力测试方法合理可行，应力测量仪器能够准确的反映现实情况。对比结果也间接的说明了合拢段的施工监控方案的合理性。

4 合拢段施工技术要点

4.1 合拢前施工要点

在悬臂浇筑段施工过程中，尽量缩短4 个“T”构最后一对块段的施工时差，确保合拢线形;在箱梁最后一对块段(12#段)内根据合拢段吊篮前后横梁间距及吊带孔位置埋设预留孔，预埋时要求前后横梁相对跨中对称。同时在块段内埋设合拢段内劲性骨架预埋件，预埋钢板必须与水平面垂直，且两个“T”对应预埋钢板的连线应与桥轴线平行。另外，根据施工方案埋设一定的施工预留孔或预埋件，主要考虑安装卷扬机及钢绳穿过的孔道。

4.2 合拢段临时结构施工要点

4.2.1 底篮及外侧模下放

挂篮底篮拆除时，先脱模，再将底篮与外侧模间用型钢固定成整体，然后用卷扬机整体下放。底篮下放时，应保持匀速下放，钢绳不能与预留孔处的混凝土直接产生摩擦，以免钢绳受损。底篮下放后，主桁退后至0#段墩顶。

4.2.2 合拢段配重

合拢段两端配重的主要目的是减少混凝土浇筑时的挠度变形，同时调整“T”构两端的不平衡弯矩小于主墩顶临时固结所能提供的不平衡弯矩，以保证“T”构受力平衡。在浇注合拢段混凝土前，在悬臂端设置水箱注水配重来调整施工荷载，配重取相应合拢段重量的一半，即水箱注水后重量设为50%合拢段混凝土重量，并随混凝土浇注采用不断放水的方法来进行调整。

4.2.3 施加临时预应力

施工过程中应及时求施加临时预应力，施加时的温度应与劲性骨架合拢时温度保持一致。

4.2.4 劲性骨架安装

合拢段托架及模板安调完成后，可将劲性骨架一侧预埋钢板焊接，按箱梁块段施工要求绑扎钢筋并安装预应力管道，劲性骨架处的钢筋暂不绑扎。劲性骨架锁定前应进行24 h 气温观测，观测时间不少于2 d，以找出一天中的气温变化规律。劲性骨架锁定施工期间的气温应相对较为稳定，避免有骤升或骤降气温出现;合拢劲性骨架前要求合拢段两侧的配重已全部施加完毕;同合拢段的8 根劲性骨架接头要求在一天的较低温度下同时焊接锁定。劲性骨架焊接时要求每根钢管接头配一台电焊机，每台电焊机配置1 名技术熟练的电焊工，8 个合拢接头的焊接速度应基本一致。劲性骨架合拢完毕，按设计要求调整骨架接头处的钢筋。

4.3 合拢段混凝土施工要点

合拢段混凝土应采用早强微膨胀混凝土，严格控制用水量，以减少混凝土的收缩，要求试验室提前做好混凝土配比试验。了解天气情况，要求合拢段混凝土浇筑后的5～7 d 内应避免气温骤升骤降。混凝土浇筑选择在一天中温度最低的时间段内浇筑，以达到低温合拢的目的。为保证成桥线形，同一幅桥的两个边跨、次中跨合拢段浇筑时间间隔不宜太长。根据混凝土浇筑方量，对称释放水袋内的水，放水时同样先将水先放入带刻度的容器内，以便控制放水量，使放水量与混凝土浇筑量保持一致。适当延长合拢段内外模板的拆除时间，同时加强混凝土的保温、保湿养护。合拢段混凝土强度达到设计要求后，按设计要求张拉合拢束，并压浆。

4.4 合拢段预应力张拉要点

合拢段混凝土强度达到设计要求后，放松吊架外侧模及内侧模。然后按顺序进行其他预应力束张拉，张拉完成后方可脱底模。合拢段混凝土灌注前，要将所有的预应力钢绞线全部穿入波纹管内，为防止混凝土浇筑时波纹管道堵塞，除接口处用绞带缠绕密封外，还要注意逐根检查有没有受电火花影响打开的孔洞。同时混凝土浇筑时混凝土口要尽量避开波纹管位置，并在合拢段每根纵向波纹管顶埋设三通排气孔，以防合拢段发生堵管，影响压浆质量。预应力束的张拉顺序按照设计要求进行。

5 结语

大跨度连续梁桥合拢段施工是整个挂篮悬浇施工过程中的关键之一，合拢段施工质量的好坏直接影响到整联连续梁的质量。采用合理的合拢段施工工序和施工方案，并采取科学合理的施工过程监控方案对合拢施工过程中的结构应力变化进行监控，是确保连续梁桥顺利合拢的有效手段之一。本文通过对监控应力变化结果进行分析，验证该项目采取的施工监控方案合理可行，可供广大施工人员提供技术参考。

［1］王 震.桥梁主桥合拢段施工工艺分析［J］.黑龙江交通科技，2011(8):31 －32.

［2］吕云峰，蒲 坚，王 波.西江大桥主桥合拢段施工［J］.广东科技，2006(11):72 －73.

［3］熊守富.孟加拉国帕克西桥主桥合拢施工［J］.世界桥梁，2004(1):76 －79.

［4］王 浩，彭申凯.预应力混凝土连续梁桥合拢段施工工艺的实施和研究［J］.安徽建筑，2007(5):105 －108.

［5］焦建民.悬浇连续梁合拢段施工［J］.山西建筑，2007，17(33):150 －151.

［6］刘建楼.预应力混凝土连续梁桥0#块与合拢段应力分析究［D］.西安:长安大学，2005.