長河大橋連續箱梁的合攏施工中幾個技術關鍵的處理
發布時間：2014-02-25 共1頁
1 概 況
長河橋(原紅旗路橋)位于杭州市錢塘江南岸，全長146.6m，寬44 m，跨徑布置為20 m（簡支梁）+（28+45+28m）（三跨變截面連續箱梁）+20 m（簡支梁），橫向分三座獨立橋梁（A、B、C線），采用貝雷桁架組拼平弦無平衡重掛籃逐段懸臂澆筑。
本橋屬于跨度預應力連續梁橋，采用分節段懸臂對稱現澆施工法，通過梁段合攏、預施應力實現“T形剛構→懸臂梁→連續梁”的結構體系轉換，最后形成連續結構。在施工過程中有待解決的技術關鍵有：①墩頂的臨時固結及抗傾覆穩定性措施；②合攏原則及合攏口的臨時固結技術措施；③懸臂施工線型控制等。
2 技術關鍵的處理
2．1 墩頂的臨時固結及抗傾覆穩定性措施
連續梁橋合攏施工時，為保證合攏口鎖定前梁體不產生順橋向的位移，將墩頂活動支座的頂、底板在順橋向的兩側用鋼板臨時焊接，與橋墩聯為一體，形成一固結的剛構。
長河橋主橋橋墩立柱長短不一，最高達6.6m，剛性變化較，施工中的抗傾覆失穩至關重要。而在合攏口施工的初始階段，合攏口尚未鎖定，梁體處于最懸臂狀態。因此有必要對此進行穩定性分析計算，從而得出可靠的控制措施。具體計算指標如下：
箱梁荷載：梁體靜載為32.1 T/m。考慮到施工中靜載的不均勻性，一側增5%，另一側可減少5%，則靜載差值△G=0.1×32.1 T/m=3.2T/m；
施工機具及人群荷載：考慮最不利情況，一端取集中荷載1.0T，另一端空載；
掛籃自重：共計48.5 T。若考慮掛籃行走時的沖擊因素，則設計控制最荷載G=1.2×48.5 T=58.2T；
風荷載：取667Pa。在懸臂兩端按陣風風壓0.6倍的不平衡系數加載，即風載w=（1－0.6）×667×10－4×18=0.5T/m；
據此可求得墩柱各截面應力（具體計算過程較復雜，故略），并得出結論：
在各不對稱施工荷載的不利組合下，各主墩斷面的應力均小于容許值，但混凝土易出現開裂，因此在施工中，應嚴格控制合攏口兩懸臂端之間的施工荷載，使其兩端對稱相等。若不對稱相等（如當邊跨合攏時，邊跨有掛籃及機料、人群荷載，而中跨則為空載），則應在各懸臂端加與混凝土重量相等的配重（可用砂袋、砼預制塊、鋼板等），并在澆筑過程中根據灌注速度逐漸卸載；加、卸載均對稱梁軸線進行。
2．2 合攏原則及合攏口的臨時固結
在連續梁合攏施工中，不同的合攏順序，其引起的結構恒載內力不同， 結構體系轉換時由徐變引起的內力重分布也不同，導致其結構最終恒載內力也不同；而當兩懸臂端合攏時梁、墩固結為一體，顯然靜定合攏比超靜定合攏所受剛架力要小。因此施工設計采用“先邊后中”與“先中后邊”的順序相比，可減少超靜定次數，使結構更穩定、受力更對稱合理，降低了合攏支架的工程用量，經濟效益好： 即邊跨先形成2個ІГ型單懸臂梁（靜定小合攏），再中跨合攏形成3跨連續梁（超靜定合攏）結構。
由于環境及體系自身溫度變化、新澆混凝土的早期收縮及已完成結構混凝土的收縮和徐變、結構體系的變化以及梁段自重、風荷載及其它臨時施工荷載等均導致橋墩受到較的剛架力，此剛架力又反作用于合攏支架，使合攏支架受力復雜。因此，必須采取措施保證合攏段施工的穩定，使合攏段與兩側梁體保持變形協調，在施工過程中能傳遞內力，確保結構能按設計要求合攏。
本橋設計施工圖紙采用的合攏口剛性鎖定方式為剛性型鋼固結法。這種鎖定措施是在箱梁截面腹板頂、底面各預埋一塊90×40×1.6 cm鋼板，將外剛性支撐（采用20號槽鋼）焊接在其上，將合攏段兩側連成整體。這種鎖定方式構造簡單、受力明確，結構安全可靠；固結用型鋼采用已拆卸掛籃底橫梁槽鋼組件，設備利用率高、施工方便。
連續梁合攏施工按照“臨時固結、低溫澆灌”的基本原則進行施工。合攏時選擇一天中氣溫最低、溫度變化幅度較小時鎖定合攏口并灌注混凝土，這樣可保證合攏段新澆注的混凝土處于氣溫上升的環境中，在受壓狀態下凝結。因此，在長河橋主跨合攏前，對懸臂共軛端兩側梁體溫度場及對應長度變化進行了實地測定，結果如下表：
測試時間： 2001年8月1日 10：00~8月2日 8：00 測試部位： B線中跨合攏段兩側梁體
時間 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 6:00 8:00
氣溫 35℃ 38℃ 39℃ 37℃ 36℃ 34℃ 33℃ 30℃ 28℃ 30℃ 34℃
梁體溫度 44℃ 47℃ 51℃ 46℃ 40℃ 37℃ 34℃ 31℃ 30℃ 31℃ 36℃
變形值(㎜) 0 +1.0 +1.6 +1.3 +0.8 －0.2 －1.0 －1.5 －2.5 －2.0 －1.0
注：測點共設3個，結果取平均值；以10：00的梁段長度為基準長度，測量所得數據為相對值。
根據實際測定可知：當日氣溫為28℃~39℃，晝夜溫差為11℃；梁體溫度為30℃~51℃，最高溫差達21℃；氣溫最低時段為0：00~2：00。據此將澆注時間定在晚上0：00開始，估計澆注時間為2小時；這樣，當澆注完成后氣溫開始上升，可保證新澆注的混凝土在受壓狀態下凝結。
澆注混凝土前迅速、對稱地對合攏口進行鎖定（時間從晚上22：00開始）。此時，合攏口兩側支座仍鎖定，則根據調查結果可計算升溫時梁體所受軸向力：
即： N=αDtL / （Lg/EgAg + 2∑Li/EiAi）
α—————線膨脹系數，取10×10－6/℃；
L、Lg、Li—分別為合攏段總長（2m）、合攏口支撐型剛長度（3m）、各段懸澆梁段長度（4~4.5m）；
Eg、Ei——分別為型鋼、混凝土的彈性模量，各取2×105、3.5×104N/㎜2；
Ag 、Ai—分別為型鋼、各梁段的平均截面積。
因為合攏期很短，此間混凝土的徐變影響可忽略，則剛性支撐上所受壓力約等于N。由上文所述，梁體實測最高溫差為21℃，對本橋來說，由于其截面較，溫度內力N達到上千噸，如此的力是一般的剛性支架無論從本身和連接都難以承受的，因此為了節省臨時工程費用和施工方便，在合攏口鎖定后，立即釋放一側的固結約束，使梁一端在合攏口鎖定的連接下能沿支座自由伸縮。
2．3 施工中的線形控制
在懸臂澆筑施工過程中由于結構自重、施工荷載及預應力的共同作用，每個懸臂端都要變形，同時混凝土收縮徐變也會使懸臂端變形，因此施工時要設置與這些變形方向相應的預拱度：
⑴．實際立模高程=設計立模高程+預拱度+掛籃設備變形值
⑵．預拱度=1/2靜活載撓度+恒載撓度值總和+預應力張拉、收縮徐變撓度值
在實際施工過程中，要準確地估算實際發生的撓度從而確定預拱度是非常困難的，因為它與許多不確定的因素有關，如各節段混凝土之間材料性能、溫度、濕度及養護方面的差異，同時各節段施工周期也很難保持一致。因此本工程在確定實際立模高程的計算預拱度時不考慮上述不確定因素。經計算，實際立模高程比設計立模高程提高約3cm。
在合攏段澆筑過程中對梁體高程進行監測，定時測量，發現差異及時調整，使合攏段兩側梁體高程偏差值控制在規范允許范圍內（±2 cm）。
3 結 語
長河橋連續箱梁的合攏施工由于較深入細致地考慮了各種荷載和施工環境因素，使得主橋能順利合攏。合攏段混凝土質量良好，合攏高差一般控制在2cm以內，保證了梁體線形的連續性。
長河橋(原紅旗路橋)位于杭州市錢塘江南岸，全長146.6m，寬44 m，跨徑布置為20 m（簡支梁）+（28+45+28m）（三跨變截面連續箱梁）+20 m（簡支梁），橫向分三座獨立橋梁（A、B、C線），采用貝雷桁架組拼平弦無平衡重掛籃逐段懸臂澆筑。
本橋屬于跨度預應力連續梁橋，采用分節段懸臂對稱現澆施工法，通過梁段合攏、預施應力實現“T形剛構→懸臂梁→連續梁”的結構體系轉換，最后形成連續結構。在施工過程中有待解決的技術關鍵有：①墩頂的臨時固結及抗傾覆穩定性措施；②合攏原則及合攏口的臨時固結技術措施；③懸臂施工線型控制等。
2 技術關鍵的處理
2．1 墩頂的臨時固結及抗傾覆穩定性措施
連續梁橋合攏施工時，為保證合攏口鎖定前梁體不產生順橋向的位移，將墩頂活動支座的頂、底板在順橋向的兩側用鋼板臨時焊接，與橋墩聯為一體，形成一固結的剛構。
長河橋主橋橋墩立柱長短不一，最高達6.6m，剛性變化較，施工中的抗傾覆失穩至關重要。而在合攏口施工的初始階段，合攏口尚未鎖定，梁體處于最懸臂狀態。因此有必要對此進行穩定性分析計算，從而得出可靠的控制措施。具體計算指標如下：
箱梁荷載：梁體靜載為32.1 T/m。考慮到施工中靜載的不均勻性，一側增5%，另一側可減少5%，則靜載差值△G=0.1×32.1 T/m=3.2T/m；
施工機具及人群荷載：考慮最不利情況，一端取集中荷載1.0T，另一端空載；
掛籃自重：共計48.5 T。若考慮掛籃行走時的沖擊因素，則設計控制最荷載G=1.2×48.5 T=58.2T；
風荷載：取667Pa。在懸臂兩端按陣風風壓0.6倍的不平衡系數加載，即風載w=（1－0.6）×667×10－4×18=0.5T/m；
據此可求得墩柱各截面應力（具體計算過程較復雜，故略），并得出結論：
在各不對稱施工荷載的不利組合下，各主墩斷面的應力均小于容許值，但混凝土易出現開裂，因此在施工中，應嚴格控制合攏口兩懸臂端之間的施工荷載，使其兩端對稱相等。若不對稱相等（如當邊跨合攏時，邊跨有掛籃及機料、人群荷載，而中跨則為空載），則應在各懸臂端加與混凝土重量相等的配重（可用砂袋、砼預制塊、鋼板等），并在澆筑過程中根據灌注速度逐漸卸載；加、卸載均對稱梁軸線進行。
2．2 合攏原則及合攏口的臨時固結
在連續梁合攏施工中，不同的合攏順序，其引起的結構恒載內力不同， 結構體系轉換時由徐變引起的內力重分布也不同，導致其結構最終恒載內力也不同；而當兩懸臂端合攏時梁、墩固結為一體，顯然靜定合攏比超靜定合攏所受剛架力要小。因此施工設計采用“先邊后中”與“先中后邊”的順序相比，可減少超靜定次數，使結構更穩定、受力更對稱合理，降低了合攏支架的工程用量，經濟效益好： 即邊跨先形成2個ІГ型單懸臂梁（靜定小合攏），再中跨合攏形成3跨連續梁（超靜定合攏）結構。
由于環境及體系自身溫度變化、新澆混凝土的早期收縮及已完成結構混凝土的收縮和徐變、結構體系的變化以及梁段自重、風荷載及其它臨時施工荷載等均導致橋墩受到較的剛架力，此剛架力又反作用于合攏支架，使合攏支架受力復雜。因此，必須采取措施保證合攏段施工的穩定，使合攏段與兩側梁體保持變形協調，在施工過程中能傳遞內力，確保結構能按設計要求合攏。
本橋設計施工圖紙采用的合攏口剛性鎖定方式為剛性型鋼固結法。這種鎖定措施是在箱梁截面腹板頂、底面各預埋一塊90×40×1.6 cm鋼板，將外剛性支撐（采用20號槽鋼）焊接在其上，將合攏段兩側連成整體。這種鎖定方式構造簡單、受力明確，結構安全可靠；固結用型鋼采用已拆卸掛籃底橫梁槽鋼組件，設備利用率高、施工方便。
連續梁合攏施工按照“臨時固結、低溫澆灌”的基本原則進行施工。合攏時選擇一天中氣溫最低、溫度變化幅度較小時鎖定合攏口并灌注混凝土，這樣可保證合攏段新澆注的混凝土處于氣溫上升的環境中，在受壓狀態下凝結。因此，在長河橋主跨合攏前，對懸臂共軛端兩側梁體溫度場及對應長度變化進行了實地測定，結果如下表：
測試時間： 2001年8月1日 10：00~8月2日 8：00 測試部位： B線中跨合攏段兩側梁體
時間 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 2:00 6:00 8:00
氣溫 35℃ 38℃ 39℃ 37℃ 36℃ 34℃ 33℃ 30℃ 28℃ 30℃ 34℃
梁體溫度 44℃ 47℃ 51℃ 46℃ 40℃ 37℃ 34℃ 31℃ 30℃ 31℃ 36℃
變形值(㎜) 0 +1.0 +1.6 +1.3 +0.8 －0.2 －1.0 －1.5 －2.5 －2.0 －1.0
注：測點共設3個，結果取平均值；以10：00的梁段長度為基準長度，測量所得數據為相對值。
根據實際測定可知：當日氣溫為28℃~39℃，晝夜溫差為11℃；梁體溫度為30℃~51℃，最高溫差達21℃；氣溫最低時段為0：00~2：00。據此將澆注時間定在晚上0：00開始，估計澆注時間為2小時；這樣，當澆注完成后氣溫開始上升，可保證新澆注的混凝土在受壓狀態下凝結。
澆注混凝土前迅速、對稱地對合攏口進行鎖定（時間從晚上22：00開始）。此時，合攏口兩側支座仍鎖定，則根據調查結果可計算升溫時梁體所受軸向力：
即： N=αDtL / （Lg/EgAg + 2∑Li/EiAi）
α—————線膨脹系數，取10×10－6/℃；
L、Lg、Li—分別為合攏段總長（2m）、合攏口支撐型剛長度（3m）、各段懸澆梁段長度（4~4.5m）；
Eg、Ei——分別為型鋼、混凝土的彈性模量，各取2×105、3.5×104N/㎜2；
Ag 、Ai—分別為型鋼、各梁段的平均截面積。
因為合攏期很短，此間混凝土的徐變影響可忽略，則剛性支撐上所受壓力約等于N。由上文所述，梁體實測最高溫差為21℃，對本橋來說，由于其截面較，溫度內力N達到上千噸，如此的力是一般的剛性支架無論從本身和連接都難以承受的，因此為了節省臨時工程費用和施工方便，在合攏口鎖定后，立即釋放一側的固結約束，使梁一端在合攏口鎖定的連接下能沿支座自由伸縮。
2．3 施工中的線形控制
在懸臂澆筑施工過程中由于結構自重、施工荷載及預應力的共同作用，每個懸臂端都要變形，同時混凝土收縮徐變也會使懸臂端變形，因此施工時要設置與這些變形方向相應的預拱度：
⑴．實際立模高程=設計立模高程+預拱度+掛籃設備變形值
⑵．預拱度=1/2靜活載撓度+恒載撓度值總和+預應力張拉、收縮徐變撓度值
在實際施工過程中，要準確地估算實際發生的撓度從而確定預拱度是非常困難的，因為它與許多不確定的因素有關，如各節段混凝土之間材料性能、溫度、濕度及養護方面的差異，同時各節段施工周期也很難保持一致。因此本工程在確定實際立模高程的計算預拱度時不考慮上述不確定因素。經計算，實際立模高程比設計立模高程提高約3cm。
在合攏段澆筑過程中對梁體高程進行監測，定時測量，發現差異及時調整，使合攏段兩側梁體高程偏差值控制在規范允許范圍內（±2 cm）。
3 結 語
長河橋連續箱梁的合攏施工由于較深入細致地考慮了各種荷載和施工環境因素，使得主橋能順利合攏。合攏段混凝土質量良好，合攏高差一般控制在2cm以內，保證了梁體線形的連續性。
