大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工控制研究

施永锋

（中交第三航务工程局有限公司宁波分公司,浙江 宁波 315202）

0 引言

高速公路在施工时，常常受到场区地形和地势的限制，尤其是桥梁的墩台施工。针对以上情况，应选择合理的结构类型和施工工艺[1]。通过对项目了解和实际工程分析，在地形变化较大、起伏较为明显的地段，大跨径连续梁桥具有较好的适应能力，在建设过程中得到了广泛应用。在大跨径连续桥梁施工时，应满足结构的内力及变形要求，保证桥梁结构的合理性及科学性，施工技术人员应掌握桥梁的特征以及技术要点。该文通过对大跨径连续桥梁施工技术进行研究，为该结构的应用提供了技术支撑和理论分析方法。

1 大跨径连续梁施工要点分析

1.1 受力分析

近年来，山区公路建设中广泛应用大跨径桥梁，该结构体系主要特点为梁体与桥墩固结，受力特性如下：

（1）连续桥梁的桥墩和上部结构进行固结，共同承重，共同受力。墩梁固结可降低负弯矩的程度，且采用柔性桥墩还可以减少荷载变化引起的桥梁变形，提高桥梁的安全性和承载能力[2]。

（2）大跨径桥梁在抵抗外荷载方面表现出较好的性能，但是温度的变化以及混凝土自身的收缩徐变会导致桥梁结构出现严重病害，安全性能降低。

1.2 施工技术特点

对于大跨径连续桥梁的施工常采用的方法为悬臂施工法。该施工方法的主要特点为以桥墩为基础，由两端同时向跨中进行浇筑。该施工技术具有工作效率高，工程质量好、施工工期短、建造成本低的特点[3]。

2 施工技术分析

大跨径连续梁桥施工较为复杂，结构较多，施工要求较高。大跨径桥梁施工主要分为上部结构施工、下部结构施工、混凝土施工。而下部结构主要包括：沉沙井施工、地下连续墙施工、承台施工[3]。

2.1 下部结构施工分析

2.1.1 承台施工

桥梁下部结构施工时，主要受到水流的影响。承台施工时，应考虑水压作用和水流冲刷，施工主要流程有：取土及破除桩头—模板安装—混凝土浇筑及养护—拆除模板。

下承台受桩基约束，考虑混凝土表面保温，侧面对流系数取值为12 kcal/m2·h℃。；顶板对流系数取值为12 kcal/m2·h℃。；徐变产生28天抗压强度为3.5×107N/m2；温度及应力计算自承台浇筑开始[4]。

2.1.2 大型沉井施工

沉井主要结构有：底板、内隔墙、刃脚、梁、凹槽、井壁。大跨径连续桥梁施工过程中，沉井施工至关重要，沉井施工前应对每一道施工环节进行分析和准备。沉井施工设计的关键点体现在以下几方面：沉井的棱角应为圆角或钝角；沉井的长宽比不宜过大；沉井浇筑施工时应分节进行，保证沉井的稳定性。沉井施工前，应做好地质勘察以及测量工作，通过方案对比，选择最为适宜的沉井安放位置。施工各个环节应严格按照规范进行[5]。

2.1.3 地下连续墙施工

（1）导墙施工控制：导墙是用来维护槽壁顶部稳定性的附属设施，常见的有以下几种情况：

1）导墙宽度变窄，导致钢筋笼放不下去。多数情况是由于导墙侧向稳定性不足造成的，待导墙混凝土养护达到要求强度后按照1 m间距设置横撑。强度未满足要求时，禁止在导墙侧面行驶重型机械。

2）导墙墙身与轴线不平行。主要由于开挖使导墙墙身与轴线不平行，施工尽可能使导墙中线和连续墙轴线重合，净距误差小于5 mm，加强导墙模板检查[6]。

3）导墙开挖为回填土致使墙后侧塌方。应将导墙位置回填土夯实并深入原状土不小于30 cm进行回填，在导墙养护期禁止有大型机械在导墙附近作业。

（2）成槽的稳定性。连续墙的泥浆护壁质量直接影响连续墙施工整体质量，泥浆作用除了平衡槽壁的土压力、水压力外，还会渗入土层内形成泥皮保护层，具有很好的黏聚力，对于护壁的稳定有着重要的作用。

泥浆主要使用膨润土及纯碱、CMC等原料通过计算按一定比例配制，一般新配制的泥浆密度在1.05～1.08 kg/L，黏稠度控制在22～26，含砂率宜控制在小于1%。配制泥浆需经过一天发酵，并保证密度不大于1.3 kg/L，黏稠度在25～35，含砂量小于4%，不合格的泥浆禁止使用。成槽施工中泥浆液面不低于导墙顶0.3 m，全过程含砂率低于4%[7]。

采用水泥搅拌加固法：对于导墙背侧软弱土体需要掺入7%～10%水泥量对地基进行加固。

严格控制成槽时间，保证成槽稳定：超深地下连续墙施工一般至少要延续2～3天，施工前需要备好机械易损件，同时合理地划分施工槽段以减少槽段暴露时间。

（3）连续墙垂直度的控制。超深地下连续墙垂直度要求应不大于1/300，垂直度不满足要求会导致钢筋笼下放困难或难以放下，增加施工难度。因此需要在施工中控制成槽垂直度，并及时修正误差，地下连续墙施工如图1所示。

图1 地下连续墙施工图

2.2 上部结构施工分析

在进行大跨径的桥梁施工时，常采用悬臂法或现浇法。为保证上部结构的稳定性，常采用箱梁形式，同时采用支架法进行配合。上部结构施工时应注意以下几点：

（1）梁段施工中，各个位置的受力情况较为复杂，受力面积和受力点较多。预应力管道较为集中，因此上部结构施工时，应确保结构强度达到标准，同时防止裂缝的出现。

（2）箱梁进行悬臂现浇施工时，主要施工工序挂篮移动、预应力钢筋张拉、混凝土浇筑等应对称进行，工序内应同步进行[8]。

2.3 混凝土施工分析

大体积混凝土产生裂缝的主要原因有：水泥水化热的影响、环境温度的变化、混凝土的收缩、混凝土养护较差以及施工工艺的影响。

为减少混凝土的病害情况的发生，施工过程中应采取以下措施：

（1）改善施工工艺。混凝土主要采用分层浇筑法，先进行底板混凝土的浇筑，当强度达到设计要求时再进行墙身浇筑，墙身浇筑过程应依据高度来进行分层浇筑。

（2）控制温度。为避免施工过程中产生温度裂缝，主要采取以下措施：

1）在大体积混凝土内部通冷却水来降低温度，有效减小混凝土的内外温差。

2）加快运输和浇筑的速度，保证混凝土在入模前周边环境及模板的温度小于36 ℃。

3）混凝土在浇筑过程中应进行冷却水管的预埋，通过冷水来降低截面内部混凝土的最高温度。

（3）加强养护。混凝土养护很大程度上决定了混凝土的质量，混凝土养护主要通过温度和湿度的控制进行：①混凝土浇筑后，及时封堵出入口，并进行蓄水养护；模板拆除后，进行洒水，并养护15 d。②冬季温度较低，施工时应注意温度变化，保证混凝土不发生冻融循环。

3 桥梁施工监控

为保证桥梁建设的顺利进行，应对施工过程中的关键环节进行监控。对施工中的各项技术参数进行设定，能够保证测量结果的准确度，同时保证施工的顺利。桥梁的挠度受众多因素影响，尤其是大跨径曲线桥。为保证桥梁的安全性以及挠曲变形满足规范要求，应建立全面的监管体系，施工过程中的监管和测量工作具体如下所示：

3.1 概述

通过有限元软件对桥梁进行方案设计时，主要计算荷载指标有：预应力荷载、温度荷载、挂篮配重等。该文对悬臂施工桥梁进行有限元模拟时，将桥梁分为若干个单元和节点。桥梁模型如图2所示。

图2 桥梁模型图

桥梁悬臂施工过程中，由于混凝土自重以及预应力损失会导致桥梁发生不同程度的挠曲变形。对于该部分变形，应在合理时间内对标高进行调整，保证桥梁的线形以及安全性。为抵消桥梁部分预应力损失，需要设定桥梁预拱度。因此在进行桥梁施工时，应对预拱度以及模板的标高进行监控。连续刚构桥施工完成后很难对标高进行调整，因此施工过程中应及时对标高进行监控及调整。

3.2 监控内容

（1）理论预拱度。桥梁的理论预拱度计算时，应对桥梁进行建模和参数设定，然后将参数及施工信息等导入计算系统中，最后对预拱度进行计算。

（2）立模标高。对桥梁的立模标高进行计算时，应先计算挂篮的变形以及桥梁的预拱度。挂篮变形可通过测试进行测定，预拱度可通过桥梁预先设定的挠度值来替代。在实际工程中，挠度常出现理论值与计算值间产生偏差，导致桥梁成桥状态不佳。因此在施工过程中应及时对立模高度和混凝土质量进行监控。对不同龄期混凝土的抗压和抗裂性能进行分析。

混凝土立模标高计算公式如下所示：

式中，H——某一节桥梁前端设计标高（m）；Y1——成桥的预拱度（m）；Y2——主梁施工时该处产生的变形值（m）；H修——立模高度修正值（m）。

（3）应力监控。对桥梁进行应力监控时采用钢弦式应力测量计。该仪器对应力进行测量时，对测量出的桥梁应变力进行转变，最终得到混凝土应力值。

混凝土连续箱梁不同截面的预应力差异较大，当桥梁悬臂位置的应力较为平稳时，悬臂底部的荷载值最大。桥梁进行混凝土浇筑时，跨中截面产生的应力值最大。因此应对该位置的应力进行严格监控。

桥梁合拢时，应对混凝土的浇筑时间进行严格监控，对此时的温度状况以及应力变化进行记录。

4 案例分析

4.1 工程概况

该文所依托工程为某地区的桥梁，桥梁全长为1.456 km，桥梁形式为3跨预应力混凝土桥梁，桥跨为94 m+160 m+90 m+3×30 m，桥宽为36 m。该公路采用双向六车道。

4.2 施工控制要点

4.2.1 应力控制

该文对大跨径桥梁的应力控制进行分析时，借助有限元软件建立模型，应力分析模型如图3所示。

图3 桥梁应力分析模型图

4.2.2 线形控制

该桥梁中跨与边跨进行合拢时的高差如表1所示。

表1 合拢段桥梁高差表

由表1可知，三个测点合拢段平均相对高差小于规范值，表明该桥梁的合拢精度满足规定要求。

5 结语

该文通过对大跨径连续梁桥的施工技术进行分析，得到以下结论：

大跨径桥梁下部结构施工难点为承台、沉井、地下连续墙施工，施工过程中应对技术指标、材料指标等进行严格把控；上部结构施工时应选择合理的施工方式和控制指标。桥梁施工监控主要内容为预拱度监控、立模高度监控、应力监控。该文通过工程实例表明桥梁监控的必要性。