高墩大跨连续刚构桥施工关键技术与病害研究

李梦岚

摘 要：文章分析了高墩大跨径连续刚构桥的结构特点，阐述了高墩大跨径连续刚构桥施工关键技术，对连续刚构桥梁施工病害进行系统地分析，可为类似工程项目提供参考和借鉴。

关键词：高墩;大跨径;刚构桥;施工技术;病害

0 引言

高墩大跨连续刚构桥则主要指的是墩高超過65 m，跨径超过120 m的预应力混凝土连续刚构体系。连续刚构是长大跨径、高墩桥梁最普遍采用的结构形式，其构造特点是中间2个以上主墩采用墩梁固结，下部结构一般采用柔性桥墩，以减少主梁的预应力张拉、温度变化、混凝土收缩、徐变等作用引起的变形受到桥墩约束后产生的次内力。由于其施工工艺相对简单、通用技术成熟，结构受力合理、经济适用性强，因此该结构在我国高速公路建设中得到了迅速的推广应用。

1 高墩大跨径连续刚构桥结构特点

（1）连续刚构桥桥墩和梁体固结，桥梁上部结构与下部结构共同承受荷载，有效降低了桥墩顶部的负弯矩。

（2）桥梁墩身的总体刚度小，设计上采用柔性墩，允许产生较大的变位。

（3）桥梁结构采用多次超静定结构，施工过程中混凝土收缩、徐变，预应力作用，桥墩不均匀沉降和环境温度变化等都会增大附加内力对结构的影响。

（4）连续刚构桥结构整体性好，具有较好的抗震性，抗弯刚度和抗扭刚度大。桥梁结构受力合理，主梁连续，无伸缩缝，行车平稳。

2 关键施工技术

2.1 0#块边跨直线段施工

为了保证施工荷载能够传递到墩身，在墩身两侧各搭设5片三角形桁架，每两片桁架间距为1.4 m，并在墩身安装预埋件，用于连接托架，与墩身连接。另外，为了防止预埋件下部混凝土产生较大的竖向作用力，应在预埋件下50 cm范围内布置钢筋网。

0#块边跨直线段采用挂篮施工，在预应力张拉以后，将挂篮前移并将主桁架与原主桁架拼装，并通过力的传递作用将桁架所承载的最不利荷载组合进行有效控制。

2.2 桥梁合拢施工

（1）注意周边的大气温度。浇筑合拢段前一星期的时间内，对大气温度进行观测，并找出温度所具有的变化规律，明确一天中温度最低的时段，并在低温时段浇筑混凝土。此工程的大桥所设计的合拢温度范围在 10℃～15℃。

（2）配重。为了能够对合拢段所存在的高差进行调整则需要施加一定的配重，并且逐渐提高合拢段的施工质量，值得注意的是，所施加的配置大小跟合拢段相比只占有其重量的1/2左右，其中施加配重时要注意悬臂T 构能够均匀对称的受力。

（3）混凝土。进行合拢段的混凝土浇筑时所使用的混凝土为早强型的，为了进一步提高其早期强度，则需要适当的添加一些外掺剂，对混凝土的配合比进行调整，避免合拢段有裂缝出现。

（4）施加相应的水平顶推力。当合拢段施工的气温难以跟设计所需要的温度相符时，则需要施加相应的水平顶推力，从而能够有效减少温度发生变化后影响到结构的合拢。

2.3 悬臂施工的挠度施工

在施工过程中，根据施工进度对挠度进行计算和校核，及时对模板标高进行调整，并对主梁预拱度严格控制。为了严格控制主梁变位，施工中应对主梁进行变形测量。一般在悬臂端距离翼缘板边缘10 cm～20 cm位置设置监测点，通过分析监测结果控制主梁的梁顶标高。在混凝土浇筑过程中必须严格控制施工温度，降低环境温度对混凝土施工质量的影响。在施工过程中对混凝土坍落度进行严格控制，要保证混凝土的施工和易性。

3 病害原因以及防治

3.1 病害原因

3.1.1 梁体下挠过大

（1）从设计角度分析，主要是对预应力损失、混凝土收缩徐变的影响估计不足。大跨连续刚构桥从建成起，混凝土徐变就一直存在，直到其生命周期结束。若对混凝土徐变估计不足，施加较小的预应力，则可增大结构徐变，导致主梁下挠加大。下挠过大导致主梁跨中呈波浪状线形，在车辆的振动和冲击作用下，又加速跨中下挠的发展。

（2）施工中，预应力体系质量不稳定、灌浆不到位、混凝土龄期不足等都造成额外的预应力损失、钢束断丝和松弛，使桥梁刚建成就有下挠现象。

（3）桥梁投入运营后，交通量日益增加和车辆超限超载，也是梁体下挠过大的重要原因之一。

3.1.2 梁体裂缝

目前，我国大跨径预应力混凝土连续刚构桥是按照全预应力结构设计的，即在理论上要求结构不出现拉应力。对于梁体已出现的各类裂缝，在施工方面主要有施工顺序不当、施工精度不足、预应力钢束的保护层厚度达不到设计要求、支架与模板变形过大、预应力张拉不足、灌浆不及时等原因。运营期疏于管理及养护不当也是病害原因之一。

3.2 病害防治

3.2.1 解决箱梁下挠过大问题

（1）总体设计。拟定合理的边中跨跨径比例，使结构受力合理。对于连续刚构桥，为使箱梁内力变化较合理和减少边跨支架现浇梁段的长度，设计时边跨长度一般选用中跨长度的65%左右。结合国内外部分大跨径连续刚构桥的工程实践，建议边跨与中跨的跨径比控制在0.55～0.65范围内。

（2）纵向预应力钢束设计。考虑混凝土的收缩徐变和钢束的预应力损失，设置合理的预拱度，保证各个截面均有一定的应力安全储备。由于理论计算模式和计算结果往往与工程实际情况存在差异，加上在设计时难以计入的其他因素，故在设计中有必要对结构各个截面应力提供一定的安全储备。箱梁预拱度的设置对截面的正应力和混凝土主拉应力提供一定的应力储备，同时谋求桥梁建成后有一个平顺的行车条件。

3.2.2 解决箱梁裂缝问题

（1）拟定合理的箱梁断面尺寸。从出现裂缝的桥梁来看，箱梁特别是腹板尺寸小的断面往往裂缝现象比较严重。根据有关对腹板厚度的敏感性分析计算得知，腹板厚度对箱梁截面应力状态的变化十分敏感。当腹板厚度稍有增加，箱梁截面的正应力、剪应力和主拉应力均可得到较大改善。又根据有关主拉应力的敏感性分析得知，若竖向预应力只考虑50%的效果时，计算所得的主拉应力仍会出现大于规范规定值的情况，若不设置竖向预应力钢束或者竖向预应力失效，则必须加厚腹板。在实际工程实践中，一般很难保证设计所要求的竖向预应力度，建议在选定箱梁断面尺寸时，除考虑梁高因素外，还应该重视腹板厚度的优化。

（2）合理布置预应力钢束，控制腹板斜向裂缝。工程实践证明，在布置纵向预应力钢束时，有必要在靠近箱梁支点附近的节段内，于腹板内布置部分下弯束，并在边跨现浇段端部腹板内布置部分弯起束，使预压应力通过腹板分布到全断面上，这是克服剪应力最有效的布束形式。同时，建议加强边跨箱梁端部腹板的配箍率，这些措施对克服腹板的斜向裂缝是十分有效的。

（3）重视气温变化对结构的作用，控制温度裂缝。根据相关计算结果，作用于连续刚构结构上的温度变化会在结构内产生很大的结构次应力，尤其是梯度温度作用产生的结构次应力。所以，设计时除了对这些截面进行必要的应力验算外，有必要采取一些构造措施，使温度应力分布均匀，控制温度裂缝的产生或发展。

4 总结

总之，进行高墩大跨度连续刚构桥施工时，要做好有关施工控制，从而有效减少人为错误而增加的工作量，减少现有造桥过程中存在的病害，进一步增加桥梁的投资效益，延长桥梁的使用寿命，使得建筑业能够更长远的发展下去。

参考文献：

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