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1、曲线桥梁分段悬臂挂篮施工技术1、概述 随着预应力混凝土工艺的不断完善，采用挂篮悬臂浇注连续梁节段混凝土来建造混凝土梁桥，实现无支架而靠自身构造进展施工的方法应用非常普遍，使预应力混凝土连续梁桥、斜拉桥等得到较快开展。 分段悬臂浇注法主要用于跨越铁路、公路、河流、湖泊等施工难度较大、跨度较大的工程，是目前国内外大跨径预应力混凝土桥梁的常用施工方法。它的根本施工步骤是，当桥梁墩柱构造施工完成后，在主墩顶部浇注0#节段，然后逐段立模浇注混凝土梁节段、分节段张拉预应力钢索、压浆，逐步完成构造体系转换与合龙等。 对于空间曲线混凝土梁，采用挂篮悬浇时，其线形需要进一步仔细控制。新建铁路沪汉蓉通道合肥至武汉
2、段跨麻汉联络线右线特大桥35#38#墩设计为一联48m+80m+48m预应力混凝土单线连续箱梁，箱梁跨越麻汉既有线路，施工难度较大。连续箱梁位于半径R=4500m平曲线上，同时在半径R=25000m竖曲线上，梁底宽4.2m，梁顶宽8.4m，梁高从距墩中心1.5m处到跨中按半径R=252.516m圆曲线变化(如图l所示)。全梁共有12个节段，其中0#段、边跨12#段采用支架法现浇，1#段10#段、11#合龙段采用挂篮施工。全桥共有3个合龙段，合龙顺序为先边跨合龙再中跨合龙，最后完成构造体系转换。图1 主梁节段示意图 2、线形控制 在悬臂施工主梁线形控制过程中，预应力混凝土曲线梁与直线梁有显著的不
3、同。对直线梁而言，因为只有竖向位移与挠曲角位移，施工时，只需设竖向预留位移；但对于曲线梁，因为具有空间三个方向的位移与三个角位移的变化情况，施工时，预留位移理论上包括空间三个方向的预留位移与三个预留角位移。因此，曲线梁逐节段悬臂施工线形控制显得更复杂更重要。在施工过程中必须做好线形监控，保证成桥线形与目标线形相吻合，桥梁中线位于设计的空间曲线上。 2.1 施工线形控制方法 跨麻汉联络线右线特大桥连续梁在悬臂施工过程中采用倒拆正装法，即通过对从成桥状态倒拆构造的过程进展构造分析，来得到每一施工阶段的施工控制目标值，然后根据施工控制目标值对构造受力进展正装施工控制，使施工时构造的内力与变位等同或逼
4、近倒拆计算中同工况下的构造内力与变位。 2.2 理论及计算 2.2.1 竖向预留位移线形控制 竖向预留位移线形控制就是模拟施工现场的实际情况，将梁体自重、梁体混凝土施加预应力的压缩、徐变、梁体温度变化、墩身压缩沉降、挂篮的弹性、非弹性变形等因素造成的挠度叠加并反向参加施工控制过程中，使完成后的梁部线形符合设计要求。施工控制过程主要是通过立模标高的控制实现的，立模标高可用下式求出： Hn = H0 +s+ m + g (1)式(1)中：Hn梁体n节段悬臂端截面立模标高； H0梁体设计标高，即设计成桥线性； s后续节段施工或体系转换对本节段前端产生的挠度变形； m1/2活载预拱度； g挂篮自重及其
5、自身变形产生的挠度 g通常是挂篮加载试验来获得，在本次计算中按 g =9mm考虑。 s通常表示如下： s = d + y+ sc + 3c (2)式(2)中： d后续节段施工时，全部恒载对本节段前端产生的挠度变形； y后续节段张拉预应力或体系转换对本节段前端产生的挠度变形； sc本节段前端在施工过程中由于收缩、徐变而产生的挠度变形； 3c本节段前端在使用过程中由于收缩、徐变而产生的挠度变形。 根据分析与计算结果，得出本桥各节段的立模标高 平面线形控制可分两种方法进展控制。第一种是坐标法进展控制，根据平面曲线的要素与节段的长度，计算各节段中心线端点的坐标，使用全站仪测设坐标进展控制；第二种方法是
6、视准线外矢距法进展控制，就是以相邻两墩中心作为一条视线边，根据平面曲线的要素与节段的长度，计算墩与墩之间各节段端点理论中心线与视线的外矢距，使用经纬仪或全站仪在仪器视线的垂直方向量取外矢距进展控制。 2.3 线形控制测量 2.3.1 线形控制测量的内容及观测点布设 线形控制测量内容包括标高测量、中轴线位置测量与施工挂篮变形测量。线形控制是一个动态控制过程，在预应力混凝土箱梁悬臂施工中，其自重作用使得悬臂端向下位移，当张拉预应力钢束时，又将使梁体向上位移。同时，由于混凝土构造的徐变与收缩机理复杂，构造发生的非线性变形不易确定；其次，施工中所用材料的变异性、实际构造的受力条件及施工中温度变化等因素
7、，将使得悬臂浇注的箱梁标高与设计高程明显偏离。因此，对于每一个悬浇梁段进展六种工况的线形控制观测，即挂篮就位及立模后、混凝土浇注前、混凝土浇注后、张拉预应力钢束前、张拉完预应力钢束后、移动挂篮前(后)。为防止日照的影响，测量宜在早晨或黄昏进展。 线形测量的观测点布设在每个悬浇段立模腹板前端20cm处，每个横截面上层腹板上布设三个观测点，其中一个点位于箱梁中线上，另两个点以箱梁中线为基准对称布置，均距中心点2.8m。混凝土浇注完毕后，测定各工况情况下的标高，并将测得数据进展分析，以便调整下节段立模标高。 平面线形测量的控制采用视准线外矢距法，在35#38#桥墩的0#块上，利用施工控制网准确地放样
8、出各墩的理论墩中心点，在其中一个墩的中心点上架设经纬仪或全站仪，后视相邻的一个墩中心点定向，利用仪器提供的视线，在每个节段端中心处量取计算的外矢距值，得到桥梁线路的中心点。注意量取外矢距的方向(见图2)。图2 平面线形控制示意图3、施工阶段主梁几何线形偏差修正 3.1 构造模型的更新与几何线形修正的计算 每个悬臂施工周期的几何与环境测量将通过以下方法与过程来进展：(1)利用温度场与风的实测数据来生成安装分析模型的荷载组合，利用荷载组合计算构造的位移，对计算模型及实测结果的目标数值进展三方面的比拟；(2)本阶段所增加的位移；(3)本阶段末端所累积的位移；(4)根据当前的位移线形，预测桥梁构造在最
9、终阶段的位移线形。 检验节段施工的几何尺寸都在容许误差内，比拟构造在本阶段增加的位移与当前阶段末端所累积的位移；如果发现比拟结果中有偏差值超出误差范围，在确定几何尺寸测量数据及计算荷载无误的情况下，应当对变异较大的参数(如混凝土收缩徐变等)进展参数敏感性分析。可以用最小二乘法来计算实际增加位移与预测增加位移之间的差值，再对模型的参数进展修正。这样，就可以减少模型的误差。在更新参数的条件下对以上三个方面的目标数值进展重新比拟，确定更新的计算模型，并以此模型进展目标几何线形及下一阶段预测。如果复测说明是施工几何尺寸或计算荷载有误引起的偏差值超标，那么应修正计算模型中的施工几何尺寸或计算荷载，对其误
10、差引起的最终目标线形的变化进展评估。假设偏离结果是可以承受的，那么只需考虑在后续施工节段中对偏差值的影响逐步消减的措施；假设偏离结果是不可承受的，那么必要时应当考虑返工措施。 3.2 构造几何线形调整 最好的几何控制方法是，在节段浇注前立模时进展必要的调整，防止梁体在完成后再进展其它局部的调整。不同于斜拉桥，已施工完成梁段线形的可调整的量很小(除非在分析认为采用预应力筋调整是可行且必要时)，因此构造线形的调整应尽量在后续施工阶段调整。具体过程如下： (1) 再次测量梁体线形，并与预期的恒载位移进展叠加得到梁体线形； (2) 如果梁体线形不合理，运用最小二乘法与目标线形优化拟合确定一定数量的后续
11、施工需要调整的节段及其线形调整量。 对施工线形与计算线形的几种偏差方式及其处理方法见图3所示。图3 几何偏差及其处理方法示意图4、合龙段施工及构造体系转换 合龙段施工作为梁体施工的最后一个节段，是连续箱梁施工的关键，它包含了线形控制、应力控制、体系转换、合龙精度等一系列重点与难点。因此，合龙段施工尤为重要。 4.1 合龙段支架及模板 合龙段采用吊架法施工，为方便与简化施工，直接利用挂篮底模、侧模与吊杆，撤除中间局部吊杆，以便于挂篮前端通过相邻块件的悬臂端，然后前移挂篮跨过合龙段2m，使底模深入相邻块件的悬臂端，前移到位后利用吊杆将挂篮吊挂于已浇注两端梁段上，形成合龙段施工吊架进展作业。 4.2
12、 合龙前临时锁定 采用劲性骨架方式进展合龙，每个合龙段劲性骨架由6根对称的I24工字钢刚接与两箱梁端预埋件焊接而成。在边跨箱梁与“T构悬臂端施工时及时埋设合龙时刚接构件的预埋件，预埋件由280mm280mm25mm钢板与20mm螺纹钢筋组成。合龙前，对箱梁悬臂端进展24h观测，以便选择在气温较为稳定的天气施工。同时，安排在一天中气温较低、温度变化较稳定时进展合龙段劲性骨架的锁定。焊接要迅速完成，焊接时在预埋件周边混凝土浇水降温，防止烧伤混凝土，为缩短合龙时的焊接时间，进展骨架安装后预先焊好一端，合龙前再焊接另一端。 4.3 合龙段混凝土施工 主梁合龙段施工影响因素较多，而且复杂，在混凝土强度增
13、长过程中，将承受来自纵向两侧已浇注梁段的拉、压作用，应尽可能缩短合龙段工期。同时，为保证合龙段施工时的混凝土处于稳定状态，在浇注之前各悬臂端采用水箱或土袋压重，并依桥轴线对称加载至合龙段混凝土的重量，在浇注过程中分级等量卸载。混凝土浇注温度宜选择在一天当中气温最低且相对稳定的时候。 跨麻汉联络线右线特大桥连续梁线形监控采用SCDS设计软件进展分析计算，在合龙段对称配重20t的情况下计算得悬臂端挠度为7.16mm，不加配重情况下计算理论值为5.92mm，即两悬臂端偏差1.24mm，由于偏差很小，合龙段施工未进展配重。全桥合龙后，通过实测标高与理论值比拟，线形构造满足要求。 4.4 构造体系转换边跨合龙段混凝土浇注完成并到达设计强度的50%后撤除主墩顶临时固结支座，张拉全部边合龙束，使梁体从双悬臂体系转为两单悬臂体系。中跨合龙段混凝土浇注完成并且强度到达设计值的85%，龄期7d，解除永久支座的临时水平约束，张拉全桥剩余钢索，使梁体从两单悬臂体系转换为连续梁构造，最终到达要求的梁体受力构造。 5、结语 通过沪汉蓉通道合肥至武汉段跨麻汉联络线右线特大桥预应力混凝土连续箱梁的施工可以看出，平面曲线连续梁悬臂挂篮施工必须严格控制构造线形、合龙段施工等关键工序，以保证梁体成桥后的线形与设计线形接近或吻合，到达最正确受力构造状态与桥梁使用寿命年限。第 8 页