贺坪峡大桥悬浇施工控制关键技术研究

摘要：以贺坪峡大桥工程为例，先介绍了贺坪峡刚构桥工程概况、技术指标、 结构设计要点，然后对贺坪峡大桥进行了结构仿真分析，指出刚构桥悬浇施工控制关键技术。

关键词：贺坪峡大桥；刚构悬浇施工；控制；关键技术

中图分类号： TU74 文献标识码： A

1、工程概况

邢汾高速公路邢台至冀晋界段设计施工总承包第十四合同段是由中交第二公路工程局有限公司施工的设计施工总承包项目，路线跨越邢台大峡谷的贺坪峡大桥采用三向预应力混凝土变截面连续箱梁刚构桥方案，为本标段的一处重难点控制工程。左幅跨径为(80+150+80) m，右幅跨径为(80+140+75) m，桥梁平面位置处于直线段，桥梁顶面横坡2%。主梁为单箱单室预应力混凝土箱型梁，箱梁高度和底板厚度均按照2次抛物线变化。贺坪峡大桥左右幅共4个0号块段，左幅0号块长14 m，高9.2 m，顶板宽为14.13 m，底宽7.5 m，翼缘悬臂长3.315 m，混凝土浇筑方量约为596 m3，设计自重为1 628.7 t；右幅0号块长13 m，顶板宽度为14.13 m3，高8.5 m，底宽7.5 m，翼缘悬臂长3.315 m，混凝土浇筑方量约为466.23 m3，设计自重为1 272.8 t；主桥下部结构为等截面双肢实心墩，左1墩高40 m，左2墩高32 m，肢间净距7 m；右1墩高37 m，右2墩高40 m，肢间净距4.4 m。左幅主桥每个T构分为18个现浇节段，梁段数及梁段长从根部至跨中分别为10×3.5 m、8×4 m，节段悬浇总长为67 m，悬浇节段最大重量为2 415 kN，挂篮设计自重为1 040 kN。边、中跨合龙段长均为2 m，其余边跨现浇段长为4 m，箱梁根部设两道厚2 m的横隔板，中跨跨中设一道厚0.3 m的横隔板，边跨梁端设一道1.2 m的横隔板。右幅主桥每个T构分为17个现浇节段，梁段数及梁段长从根部至跨中分别为10×3.5 m、7×4 m，节段悬浇总长为63 m，悬浇节段最大重量为2 328 kN，挂篮设计自重为1 040 kN。边、中跨合龙段长均为2 m，小桩号侧边跨现浇段长为9 m，大桩号侧边跨现浇段长为4 m。箱梁根部设两道厚1.8 m的横隔板，中跨跨中设一道厚0.3 m的横隔板，边跨梁端设一道1.2 m的横隔板。

图1贺坪峡大桥立面示意图(单位：cm)

1.1技术指标

荷载等级：1.3倍公路-Ⅰ级；

设计行车速度：80 km /h；

桥面宽度：本桥位于分离式路基段，桥面宽度为14.13 m。桥宽布置为13.13 m(行车道)+2×0.5 m(防撞护栏)；

高程：采用1985年国家高程基准；

坐标：1980西安坐标系；中央子午线114°10′；

地震烈度：地震动峰值加速度0.05 g，地震动反应谱特征周期0.45 s；

环境类别：Ⅱ类。

1.2结构设计要点

主桥上部在路线中心线处的桥跨布置形式为(80+150+80) m，边中跨比为0.533。主墩为左1#和左2#，左1#墩高40 m，左2#墩高32 m，均采用等截面双肢实心墩，墩身横桥向宽度与箱梁底板同宽为7.5 m，纵桥向宽为2 m，肢间净距7 m，墩身采用C40混凝土。主墩承台采用整体承台，厚度为4.0 m，承台平面尺寸为13.7×13.7 m。基础采用桩径2.2 m的钻(挖)孔灌注群桩，纵、横向均按三排布置，每个墩共9根桩。另外，鉴于目前国内在建刚构桥中跨合龙时，多次出现跨中底板混凝土崩裂的现象，本次设计对底板内布置了合龙钢束的梁段，在底板内增设纵向闭合箍筋，以加强底板上、下层横向钢筋共同受力的能力，达到防止底板分层崩裂的目的。

1.3主要材料

(1)混凝土

沥青混凝土：用于桥面铺装，全桥桥面铺装层厚度为10 cm；

C50混凝土：用于主桥连续刚构箱梁；

C40混凝土：用于主墩墩身；

C40防水混凝土：用于主桥箱梁顶面7 cm厚混凝土现浇调平层；

C30混凝土：用于桥台台帽和侧墙顶；主墩承台、基桩以及桥头搭板；

(2)钢筋：普通钢筋采用HPB235和HRB335钢筋,预应力钢绞线：采用高强度低松弛钢绞线，Φs15.2钢绞线其标准强度=1 860 MPa，=1.95×105 MPa，松弛率小于0.035。

(3)纵向预应力钢束采用大吨位群锚体系；顶板横向预应力钢束采用扁锚体系；竖向预应力采用精轧螺纹钢筋。纵向预应力束管道采用预埋塑料波纹管成孔，真空辅助压浆工艺；横、竖向预应力管道采用预埋金属波纹管成孔。

2、贺坪峡大桥结构仿真分析

贺坪峡大桥有限元模型的建立主要包括桥墩、主梁、荷载、边界条件及施工阶段的划分。模型计算中力的单位kN，长度单位m，温度单位℃，其余单位均由以上单位导出。

2.1桥墩、主梁建模

桥墩、主梁用三维空间单元进行模拟。依据图纸中T构的悬臂施工节段划分主梁单元，根据设计图纸输入各个单元的截面特性。由于主梁截面为变截面，故在截面定义时采用Midas/Civil自带的截面特性计算器计算个截面的特性，然后通过SPC功能导入到模型之中。

2.2荷载

①自重中没有考虑普通钢筋和竖向预应力筋的重量，混凝土容重取26 kN/m3。

②预应力筋锚下控制张拉应力取1 395 MPa，其坐标按实际输入，预应力损失由软件自行计算。

③将挂篮用一个集中荷载和一个弯矩代替：

F挂=1 040 kN，

M挂=2 080

④二期恒载计算结果如下：

26×(0.18×13.13+2×0.4×0.5)=71.84 kN/m。

⑤按照《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)规定计算汽车活载，车道荷载采用1.3倍公路Ⅰ级。

2.3边界条件

两个桥墩墩底都固结，两个边跨端部约束Dy，Dz，Rx，Rz，四个方向的自由度；0号块与主墩之间为刚性连接。

2.4施工阶段的划分

全桥分为115个施工阶段，其中阶段1为墩身施工阶段，阶段2~92分别为主梁上部结构施工阶段，阶段93~101为两边跨合龙段施工阶段，阶段102~108为中跨合龙施工阶段，阶段109~115分别为成桥后的收缩徐变施工阶段。每个悬臂梁段可分为五个施工步骤，分别是：移动挂篮、立模及绑扎钢筋、浇筑混凝土、混凝土养生、张拉预应力筋。全桥采用梁单元模型进行计算共划分175个节点，144个单元，桥面108个单元(节点号1~109)，墩身36个单元。

图2全桥梁单元三维模型

3、贺坪峡大桥施工控制关键技术

施工监测是施工监控的重要组成部分，通过现场对施工全程监测，实时了解结构在每个阶段的结构变形和内力变化情况，确保结构的安全稳定，并为达到成桥后线形平顺、受力合理的目标提供技术保障和理论支持。施工监测包括主梁线形和应力测试两项主要工作。

3.1线形监测

贺坪峡大桥作为大跨度连续刚构桥，采用现浇悬臂施工工艺，每一块段的施工阶段都一样，主要工序包括混凝土浇筑、预应力张拉、挂篮前移等，而线形监测就是在各个施工阶段完成后对梁块标高变化进行高程测量，从而得到各个施工阶段后主梁的线形情况。高程测量的目的就是通过前后施工阶段的梁段标高变化计算出主梁的实际竖向挠度变化情况，以便与计算理论值相比较，如果发现问题及时纠正调整偏差，为下一块立模提供直接技术理论依据，确保大桥顺利、安全、保质的进行，线形能够平顺、美观。

图3标高测点布置及标高测量现场图片

3.1.1高程观测标布置

0#块件高程观测标不仅是为了控制0#块标高，同时作为以后各悬浇节段高程观测的基准点。由于0#块体积较大，纵桥向长度为14 m，为了精确起见，在每个0#块件的顶板布置9个高程观测点。在每个悬浇段设3个高程观测点，测点详细布置情况分别为图4、图5所示。

图4贺坪峡大桥（左幅）0号块高程测点布置图(单位：cm)

图5 贺坪峡大桥（左幅）悬浇段高程测点布置图(单位：cm)

3.1.2高程观测时间与内容

由于外界温度变化对标高的测量结果影响较大，所以测量控制时间一般选择在夜晚22:00-早上7:00日照之前的时间(温度较恒定的时段)内，且应尽快完成，并还要考虑对日照、风力、大气压等影响因素进行适当修正。

在立模、混凝土浇筑前、混凝土浇筑后、预应力张拉后等重要施工阶段，都要对标高进行测量，以便实时了解各观测点挠度及桥梁线形的变化情况，保证最后箱梁悬臂端的合龙精度及桥面线形平顺。最终贺坪峡大桥左、右线桥中跨合龙精度均达到了合龙精度控制要求，达到了10 mm之内，下表为左线1#墩1#、2#块段测量数据。

3.2应力监测

主梁混凝土应力监测是施工监测的主要内容之一。在施工过程中桥梁结构的应力是不断变化的，在每个块段的不同施工阶段，都有相应的理论应力值，而测量的实测值与理论值是否一致，结构内力是否处在安全范围之内是施工控制关心的问题。随着施工悬臂长度的不断增加，悬臂根部受到的弯矩越来越大，导致悬臂根部的受力更加复杂。因此，对于箱梁关键断面的应力要加强监测，确保结构受力安全，保证施工的顺利进行。现场应力测试如图6 所示。在悬臂浇筑过程中，悬臂根部作为主梁断面的最不利位置要重点关注。主桥箱梁的各个关键截面应力观测部位如图7所示，(1)箱梁根部测试截面：A1-A1、A2-A2、A3-A3、A4-A4；(2)箱梁1/4跨测试截面：B1-B1、B2-B2、B3-B3、B4-B4，断面应力测点布置如图8所示。

图6应力计埋设及应力测试现场图片

图7贺坪峡大桥（左幅）主梁应力测试截面布意图(单位：m)

图8贺坪峡大桥（左幅）主梁截面应力测点布置图

本桥左线应力监测数据见下图9应力统计曲线，从图9各曲线各断面测点可以看出施工阶段各部位应变均处合理范围内。

图9 贺坪峡大桥左线桥应力曲线

3.2.1测试仪器的选择

根据对不同应力测试仪器性能的综合比较后，选用钢弦式应力计和配套的频率接收仪作为应力观测测试仪器。钢弦式应力计采用振弦理论设计，该应力计在灵敏度、精度、稳定性方面比较强，最主要的是适合长时间进行使用观测，其主要性能指标如下：

振弦频率测量范围：600 Hz～3000 Hz；

分辨率 ％FS：≤0.2；

最大压应力：100 MPa；

最大拉应力：200 MPa；

零漂Hz/3个月：3~5；

温度漂移Hz/10℃：3~4；

使用环境温度：-10～50℃；

3.2.2应力测量时应注意的问题

①弹性模量的选取：在根据测得的应变计算应力时，弹性模量需根据应变计所在节段混凝土的龄期，按弹性模量随龄期变化曲线来取值，以模拟实际情况。

②采用绝对应力与相对应力两种方式与理论值进行比较。绝对应力是指在每个工况下读取的应力，用实测应力和理论应力进行比较；相对应力是指相邻的两个工况测得的应力差值，以此来和理论应力变化进行比较。对于明显存在偏差的实测值要进行复测。

③应变计初始值的选取：应变计埋设以后，要经历混凝土浇筑以及养护过程。在浇筑过程中振捣混凝土和混凝土的直接挤压作用会对应变计产生影响，而养护过程中产生大量的水化热以及混凝土的硬化干缩也会使应变计读数出现较大波动。综合考虑以上因素，并根据以往经验，取混凝土浇筑10 d(一个现浇段浇筑养护的时间)后应变计的读数为初始值。

④为了消除温度变化对结构应力的影响，对于每次应力的测量，都应尽量在温度接近并且稳定的时间段进行，如早上太阳出来之前或傍晚黄昏时刻。这样每次测得的应力基本抵消了温度变化对应力产生的影响。

4、结语

贺坪峡大桥应力监测和线形监测是刚构桥悬浇施工监测的重要内容，是施工控制关键技术的核心所在。在施工过程中桥梁结构的应力是不断变化的，在每个块段的不同施工阶段，都有相应的理论应力值，而测量的实测值与理论值是否一致，结构内力是否处在安全范围之内是施工控制的关键问题。随着施工悬臂长度的不断增加，悬臂根部受到的弯矩越来越大，导致悬臂根部的受力更加复杂。因此，只有加强箱梁关键断面的应力监测，才能确保结构受力安全，保证施工的顺利进行。

贺坪峡大桥的线形监测，对于确保跨中精确合龙，成桥之后线形是否平顺、是否美观，公路后期运行管理质量，行车舒适度等都具有重要作用。因此对于线

形控制以及标高的测量在每个施工阶段后都要进行，进而对桥梁线形进行准确控制。

参考文献：

[1]孙艳凤,王秋萍.预应力连续刚构桥梁悬臂施工控制[J].黑龙江工程学院学报(自然科学版). 2010(02)

[2]刘海忠,王萌.大跨径箱型连续刚构桥施工监控研究[J].科技创新导报. 2009(29)

[3]朱宇锋,王解军.大跨径连续刚构桥施工控制中的混凝土徐变分析[J].公路工程.2008(01)

作者简介:李纲 生于1978年3月16日2003年7月毕业于重庆交通学院籍贯:陕西咸阳