【摘 要】合龙段的施工是主桥贯通的最后工序，其施工质量的优劣直接影响到整个结构的后期受力状态和使用寿命，故合龙段施工显得尤其重要。本文以某桥梁工程施工为例,对主桥结构进行了简要介绍，重点分析了预应力连续刚构桥合龙段的施工方案、箱梁合龙线形及合龙段应力的控制，并提出了施工中一些值得注意的事项,以期为类似桥梁施工提供指导。
【关键词】刚构桥；合龙段；设计方案；技术控制
预应力连续刚构桥由于受力合理、行车平顺、施工方便和养护费用少等优点在工程上被大量采用,并向大跨径发展。悬臂浇筑法是一种常用的桥梁施工方法，目前大跨径预应力混凝土连续刚构梁桥的施工大多采用悬臂浇筑法。其中，合龙段的施工是悬臂浇筑技术施工过程的最后阶段,也是难度最大、最关键的阶段，将直接影响全桥的施工质量和结构安全。因此，为了保证桥梁的顺利合龙及成桥质量满足设计要求,必须对桥梁合龙施工过程进行控制。
1 工程概况
某桥分左右线布设，该桥上部构造为85m+155m+85m三跨变截面预应力混凝土连续刚构箱梁，平面左线位于半径为700m的缓和曲线、圆曲线段及直线段内，右线桥平面位于半径为830m的圆曲线段及直线段内。桥面横坡左线桥由4%～2%、右线桥由－3%～2%。主桥下部结构最高墩为58.4m，最低墩墩高40.5m。
施工监控计算程序简图如图1所示。主桥采用挂篮悬臂浇筑法施工。
2 主桥结构分析
2.1 主桥结构设计
主桥上部结构为三跨变截面预应力混凝土连续刚构箱梁，下部结构主桥桥墩采用单肢等截面矩形空心墩，单肢尺寸6m×5m。
主桥箱梁采用单箱单室截面，箱梁根部粱高9.0m，0#顶板厚0.8m，跨中梁高3.5m，悬臂根部到跨中顶板厚均为28cm，底板厚从跨中至根部由28cm变化为1.2m，腹板从跨中至根部分三段采用45cm、65cm、75cm三种厚度，箱梁高度和底板厚度按2次抛物线变化。箱梁顶板宽12.25m，底板宽6.0m，翼缘悬臂长3.125m。箱梁0#节段长10m(包括墩两侧各外伸2.5m)，每个悬浇“T”纵向对称划分为20个节段，梁段数及梁段长从根部至跨中分别为5m×3.0m、7m×3.5m、8m×4.0m。边、中跨合龙段长均为2m，边跨现浇段长6.35m。箱梁0#块设两道厚横隔板，边跨梁端设一道横隔板。箱梁顶面横坡与桥面横坡相同；箱梁底面水平。
2.2 预应力钢束及布置
主桥上部纵向预应力采用高强度低松弛钢绞线，其标准强度fpk=1860MPa，弹性模量MPa，锚下张拉控制应力采用0.75fpk=1395MPa，纵向钢绞线直径为15.2mm，大吨位群锚体系；竖向预应力采用JL32mm精轧螺纹钢筋，标准强度fpk=785MPa，弹性模量MPa，张拉控制应力采用0.9fpk，YGM锚固体系。
主桥箱梁纵向预应力管道采用塑料波纹管成孔，真空辅助压浆工艺；其余预应力管道采用镀锌金属波纹管。
3 合龙施工方案控制
主桥上部箱梁采用悬臂浇注施工方法施工，边跨现浇段采用支架立模浇注施工，边、中跨合龙段采用吊架施工。施工顺序:悬臂浇注→边跨合龙→中跨合龙。本桥合龙施工步骤见表1。
(1)合龙工序按先边跨后中跨的合龙顺序，采用先边后中的主要理由是减小结构中的温度应力和容易控制合龙过程中的变形。先中后边形成II形结构，中跨各个梁段混凝土会因温度作用产生应力。先边后中则是在边跨合拢后，成为一次超静定结构，其温度和混凝土收缩产生的应力及变形较先中后边要小很多，同时施工中的变形控制也相对容易。
(2)合龙前按平衡施工原则，在T的两悬臂端同时加压合龙段一半重量的水箱，合龙时根据混凝土浇筑进度，等量卸除配重，保持合龙过程中标高恒定，防止在体系转换过程中发生过大的附加应力；
(3)由于后期箱梁混凝土收缩、徐变等因素的影响，主墩发生纵向水平位移，加重了后期跨中下挠，为了减少其影响，目前国内主要采用中跨合龙段悬臂端施加顶推，设置预偏量来平衡。但是本桥平面最小半径为700m，属大跨径弯桥，施加顶推容易增加墩身扭矩，故本桥在悬臂施工直至合龙施工过程中，采取平衡施工等措施，以保证墩身平面坐标向边跨侧偏＜1cm，禁止向中跨侧偏移，合龙不再进行顶推；
(4)即使进行了配重，也不能保证合龙过程中梁端不会有位移，所以必须在配重、钢筋绑扎完成情况下，选择凌晨焊接外刚性支撑。本桥为了适应中跨合龙段底板局部压应力过大，在合龙段底板左右各对称设置了一根内刚性支撑(空心圆钢，内穿钢绞线)。
(5)合龙段混凝土在初凝后至合龙束张拉前，不能承受过大的温度拉应力，因此本桥采取刚性支撑之后，合龙前还张拉临时合龙束、添加U型微膨胀剂以及降温等强有力措施，用刚性支撑抵抗合龙段混凝土升温时产生的压力，用预应力钢束抵抗降温时产生的拉力。
(6)连续刚构桥合龙温度的控制有两点，低温合龙温度变化不大。一般选择晚上23h至凌晨4h合龙最佳。
(7)合龙段混凝土强度达到设计强度的85%且混凝土龄期5d以上进行张拉合龙束。大多数设计文件没有对什么时候拆除外刚性支撑作详细说明，本桥按应力均匀分布原则，顶、底板各张拉一对长度接近的合龙束后，拆除刚性支撑，然后按先长束后短束原则分阶段张拉剩余合龙束，至此完成该合龙段施工。
(8)近年该类型桥梁出现中跨合龙段底板压裂、崩裂事故，故本桥在中跨合龙段施工过程中采取了相应的防崩措施，一方面通过增加防崩钢筋、加劲肋以增加抵抗径向力，另一方面在原设计张拉顺序基础上，增加张拉完1/2合龙束时进行中跨合龙段顶板堆载，相当于提前上二期恒载，以减少底板混凝土压应力峰值，减少底板崩裂的概率。
4 箱梁合龙线形、应力控制
4.1 箱梁合龙线形控制
4.1.1 合龙线形预测
箱梁合龙线形控制不仅要求合龙高差满足设计要求，还要保证线形平滑过渡和合龙后线形吻合目标线形。本桥线形控制采用自适应控制法，具体思路是:在施工阶段根据状态变量(控制点位移、控制截面内力)的实测值与相应理论值，运用参数识别法对影响参数进行识别和修正，重新给出理论期望值。然后根据理论期望值与实际值的差异对下一节段的误差进行预测。这样既消除了产生偏差的主要因素，又将控制系统本身的误差及其他难以精确计算的随机因素的影响降到最小。参数识别着重把握住了产生误差的主要原因，使模型反映的规律顺应于实际情况，预测控制则是基于未来态势的超前控制。自适应控制法将两种理论相结合，是连续刚构桥线形监控中最为行之有效的方法。
为获得理想的合龙高差，本桥从合龙前4个块段开始对合龙线形进行总体预测，具体方法是，根据已有的三阶段标高测量数据〔(1)挂篮移动后(浇前)；(2)张拉预应力前(浇后)；(3)张拉预应力后。阶段(1)、(2)测量数据反映了箱梁节段自重产生的挠度效应；阶段(2)、(3)的测量数据反映了箱梁节段张拉预应力产生的挠度效应；阶段(3)、(1)的测量数据之差反映了挂篮移动产生的挠度效应。〕和联测结果〔箱梁实测进度线形和理论进度线形对比情况〕，进行后期误差估计，使理论状态与实际状态相吻合，并作为后续块段梁段预抬高的重要依据，不仅将合龙误差控制在允许范围内，还要保证线形平滑过渡。
4.1.2 合龙高差控制
边跨合龙高差控制，边跨合龙之前主要有以下几项对悬臂端高程有影响，(1)中跨合龙段悬臂端顶推，考虑有下挠，本桥没有顶推不用考虑；(2)拆除挂篮安装吊架考虑上挠；(3)合龙段配重考虑下挠。边跨合龙高差控制的难点在于活点找死点，死点是指合龙段一侧现浇段，标高相对不动，活点是指合龙段的另一侧悬臂端，其立模标高的确高要慎重，考虑上述影响倒退确定。
中跨合龙段高差控制，只要保证两个T中跨侧悬臂高程一致，考虑该类型桥梁容易出现后期运营跨中下挠严重现象，一般该类型桥梁跨中绝对高程选择宁高于目标高程而不低于目标高程。中跨合龙段两侧悬臂端都属于活点，合龙高差控制主要以控制合龙段两侧平衡施工为主，考虑各工序对标高影响正推成桥后高程能否满足目标高程。
4.2 合龙段应力控制
根据目前国内该类桥梁跨中出现过崩裂和压碎现象，所以针对本桥在中跨合龙段底板实施防崩监测。
中跨合龙段底板竖向和纵向应力测点布置的横断面图和俯视图见图2，应力监测结果见表3。
说明:表中应力数据“正”为受压，“负”为受拉；竖向位移“正”为上挠，“负”为下挠。D1～D9为底板合龙束(D1最短，D9最长)，W5为顶板合龙束。
从表3来看，中跨合龙束张拉过程中产生上挠变形，实测值跟理论值变化规律一致，数值上差异不大；底板纵向压应力在合龙束张拉过程中逐渐递增，张拉短束时递增速度更快，且最后一组合龙束张拉后其值达到8.32MPa，卸除堆载后为10.05MPa的最大值，C50混凝土设计抗压强度值为22.4MPa，压应力在张拉过程中满足规范及设计要求。底板竖向拉应力在合龙束张拉过程中逐渐递增，在张拉底板竖向弯束时递增更明显，且最后一组合龙束张拉后其值达到1.04MPa，卸除堆载后为1.34MPa的最大值，C50混凝土轴心抗拉强度标准值2.65MPa，设计抗拉强度值1.83MPa，所以务必要加强该类桥梁中跨合龙段底板的防崩钢筋的设置；跨中堆载对降低合龙段底板应力峰值效应比较明显。
5 注意事项
本桥合龙段施工质量控制过程中同时发现一些值得注意的事项:
预应力张拉时短束伸长量比设计偏大，长束伸长量比设计偏小，分析原因主要是管道施工偏差长束比短束大，而设计计算伸长量时管道偏差长短束取同值。
跨中合龙束张拉对合龙段的应力影响有滞后现象，长束滞后现象更明显，为应对这种现象，每根预应力束张拉到50%时持荷30min，然后再张拉到100%；工序相邻两组预应力张拉间隔2h，间隔期间不定时测量底板混凝土应力，预测应力峰值，避免出现应力超限现象。
弯桥底板曲线外侧应力大于内侧应力，施工控制中保证合龙束按设计要求(本桥为对称)张拉，避免应力不均匀现象加重。
虽然理论计算及实测各项应力指标均在规范允许范围内，但造成混凝土崩裂的原因除了合龙束张拉时产生的径向力，还有防下崩钢筋配置过少、合龙高差及管道定位误差过大引起预应力管道折角导致局部拉应力过大、底板预应力管道设置过密等因素，综合分析连续刚构桥中跨跨中应设置横隔板，以平衡跨中合龙段径向力和增强箱梁抗扭刚度，对底板非常有利。另外值得注意的是，不管是防崩钢筋还是横隔板竖向钢筋设置，都要起到固定合龙段底板最下层(横向)钢筋的作用。
6 结束语
综上所述，合龙质量往往是预应力连续刚构桥施工建设成败的关键，只有合理设计施工方案，按照设计要求严格控制连续梁的施工步骤,认真组织施工,在施工方案的指导下采取必要的控制措施,进行合龙施工并完成体系转变，才能让桥梁线形平顺，结构合理，受力良好，从而获得良好的经济效益和社会影响。本工程合龙效果表明所采取的技术方案效果良好，确保了合龙段施工的质量以及成桥质量，可以为其他类似桥形的设计施工工作提供借鉴经验。
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论文作者:乔旭东
论文发表刊物:《低碳地产》2016年8月第16期
论文发表时间:2016/11/11
标签：应力论文; 预应力论文; 底板论文; 悬臂论文; 线形论文; 混凝土论文; 高差论文; 《低碳地产》2016年8月第16期论文;