大跨连续刚构桥施工控制技术研究

刘 永 亮

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

1 概述

预应力连续钢构桥形凭借跨越能力高、承载能力强、整体刚度高、施工便捷等诸多优势在省内高等级公路施工中受到广泛应用。随着连续刚构桥单跨跨径的不断提升，为了保证刚构桥线性、挠度、各控制截面应力水平满足设计及规范要求，必须做好施工控制工作。在省内普遍使用的大跨径连续刚构体系中，常用的两种为：主跨结构形式为连续梁的多跨刚构体系和多跨连续—刚构体系两种，成桥方式均为预应力后张法，三跨及以上的连续刚构桥，主跨部分上部结构和墩台为固结，最大程度保留了连续刚构的受力特性，使得全桥受力形式更趋合理，这也是多跨连续刚构桥体系的主要特点；另一种刚构形式则借助铰接方式将两片多跨连续刚构体系连接为一个整体，铰接处于全桥跨中位置，铰接两侧为对称的连续刚构体系，该体系的最大优势是可以借助边跨连续梁自重使T形号刚构设计为不等跨悬臂段，以提高主跨跨径值。

2 连续刚构桥施工控制主要内容

目前，高等级公路连续刚构桥施工实践中，为了不干扰既有线路的运营，最常用的施工技术为悬臂浇筑法，从0号墩开始采用对称或者非对称方式进行分段悬臂浇筑，最终将各节段与墩台固结，形成连续刚构体系。在悬臂浇筑阶段，为了保证主梁线性、挠度及控制截面应力水平满足设计及规范要求，必须做好全桥的施工控制工作，尤其是截面应力和线形两方面，以保证连续刚构桥的施工及运营质量。

2.1 连续刚构桥线性控制

桥梁结构在施工荷载及外部环境的耦合作用下，将出现不同程度的挠曲变形，导致桥梁线性偏离设计坐标值，如果无法有效控制线性，将导致节段无法合龙，最终无法顺利完工，造成无法弥补的损失。悬臂浇筑线形控制方式选用容许误差法，其中，T形刚构梁和普通连续梁的误差容许值一致，悬臂合龙成桥误差值应介于-50 mm～+50 mm范围内，悬臂合龙后的相对高程设计值偏差应控制在-20 mm～+20 mm之间。成桥线形控制应贯穿于施工全过程，以便于及时校正由于施工荷载及其他外部因素引起的成桥线形误差，保证悬臂合龙后的截面应力、线形满足设计文件要求。

2.2 连续刚构桥控制截面应力控制

除了做好成桥线形控制外，为了保证成桥后的结构承载体系满足设计要求，各控制截面的各应力组合结果满足设计值，防止出现截面应力集中问题。主梁截面应力控制一般选取跨中、支点及1/4跨位置作为应力控制截面，在控制截面位置埋设应变片以采集控制截面底板、斜腹板及翼缘板位置的实时应变值，最终判断全桥的荷载响应情况。一旦发现任何一个控制截面的任何应变采集点的应变出现异常，应及时停止施工作业，彻查应变突变的原因，并做好校正工作，保证各应变监测位置的应变值始终处于合理范围内。相较于线形控制而言，截面应力控制更加重要，且二者存在明显的逻辑先后性，从本质上分析，大部分线形失控的根本原因来自于截面应力分布不均衡所致；此外，截面应力控制失效将出现严重的应力集中问题，造成局部混凝土结构压溃，甚至直接影响全桥的承载能力。规范给定的应力工况组合类型包括：结构自重应力、施工荷载作用下的应力、预应力施加应力、温度应力及基础不均匀沉降引起的附加应力。

3 某大跨连续刚构桥施工控制关键问题分析

文章选取省内某高速公路大跨径连续刚构桥施工项目为研究案例，主跨跨径组合形式为(60+100+135+135+100+60)，主跨体系为连续混凝土刚构体系，截面形式为单箱单室箱型梁，主跨为变截面形式，截面高度和顶、底腹板厚度按照1.5次抛物线型设计，为了保证箱梁的竖向、横向承载能力，在箱梁的纵向、横向及竖向设置三个方向的正交预应力。图1为主跨1/2模型。

3.1 线形控制

在项目线形施工监控过程中，主跨线形控制主要控制主跨高程，连续刚构桥在悬臂浇筑过程中的标高控制非常关键，是保证悬臂顺利合龙的关键；此外，高程控制可以作为应力控制的辅助判断标准。高程控制主要反映在对结构构件的尺寸参数偏差方面，应保证结构构件的施工尺寸和设计尺寸相吻合，尽可能降低单一构件的尺寸误差；此外，连续刚构悬臂浇筑过程中的高程误差容许值应控制在JTG/T F50—2016公路桥涵施工技术规范要求的误差内，连续刚构悬臂浇筑梁的中轴线偏差值应控制在-10 mm内，竖向挠度值偏差值应控制在-20 mm～+20 mm内，主梁顶腹板宽度值误差应控制在-30 mm～+30 mm范围内，且对称浇筑梁段二者之间的误差值应控制在20 mm以内。表1给出了主跨对称边墩对应梁段的预应力张拉完成后高程监控值和理论计算值对比结果。

表1 主跨对称边墩对应梁段的预应力张拉完成后高程监控值和理论计算值对比结果

分析表1统计数据可知，基本全部的理论值均大于实际监控值，根据JTG/T F50—2016公路桥涵施工技术规范中关于主跨不同位置的高程容许误差要求，二者偏差均位于容许误差范围内，因此，施工监控满足设计要求。

3.2 应力控制

在连续刚构桥施工过程中，必须保证主跨在施工阶段及成桥运行状态下的截面应力响应情况均满足设计要求，这也是决定桥梁结构是否顺利运营的关键。截面应力监控的目的是保证主跨在任何工况下均可保证截面各位置应力均处于规范要求范围内，防止出现应力集中引起的局部混凝土压溃，最终影响主梁截面的受力分布形式。在主梁截面位置布设应变传感器，实时采集荷载作用下的对应位置的应力—应变响应情况。实测应力—应变满足胡克定律，具体如式(1)所示：

σ=E×ε

(1)

其中，E为截面弹性模量值；ε为传感器采集到的应变值；σ为对应位置的应力值。在计算过程中，钢筋和混凝土相较而言，属于匀质材料，根据规范有，钢筋弹性模量E=2.1×105MPa；混凝土为多相混合材料，其弹性模量随着混凝土龄期不断变化，在计算混凝土弹性模量时，必须考虑混凝土的徐变效应影响。

在主跨的边墩、跨中位置、1/4跨位置、支撑位置选取应力监控控制截面，在控制截面上的梁底、下腹板、顶腹板、翼缘根部、翼缘端部等位置布设应变片，以实时采集对应位置的应变变化情况，经应力—应变采集仪采集并统一输出，工程技术人员通过分析对应位置的应力变化情况，判断在施工荷载作用下的对应截面位置的应力变化是否满足规范要求。本文选取1/4跨位置的截面顶腹板应力变化情况为例进行分析。具体如图2所示。

分析图2可知，在主跨施工阶段，主跨的1/4控制截面的不同应力采集点得到的应力值均低于C50混凝土的抗拉压应力极限值，即fc=32.4 MPa,ft=1.83 MPa，因此，主跨施工过程中1/4跨位置的截面应力分布情况满足设计要求。

4 结语

大跨径连续刚构桥在省内桥梁施工建设实践中应用非常普遍和广泛；悬臂施工技术是使用最普遍的连续刚构桥施工技术之一，在具体施工过程中，必须加强全桥在施工阶段的线形和应力监控能力，保证主跨线形和各控制截面应力均满足设计及规范要求，以保证全桥后续通常运营的安全性和可靠性。