摘要：20世紀(jì)八九十年代以來，懸臂澆筑施工在工程中被日益廣泛應(yīng)用，隨著預(yù)應(yīng)力混凝土橋跨度逐漸增大，對于施工周期較長的橋梁，由于結(jié)構(gòu)自重占整個長期荷載的大部分，各部分混凝土齡期差別很大，預(yù)應(yīng)力及外部荷載會被緩解，變形會加大，將影響正常的使用。本文以某公路橋工程為例，主要探討了預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁懸臂澆筑的線形控制，以供參考。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土；橋梁；懸臂澆筑；線形控制

1懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的主要特點

連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)體系具有變形小、結(jié)構(gòu)剛度好、行車平順舒適、伸縮縫少、養(yǎng)護(hù)簡單、抗震能力強(qiáng)等優(yōu)點。懸臂澆筑法施工預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋具有如下特點：

（1）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)有利于懸臂施工，即懸臂施工時的受力與成橋后的結(jié)構(gòu)受力較為接近。施工時的預(yù)應(yīng)力筋張拉既是施工時的臨時需要，又是成橋后的結(jié)構(gòu)受力筋。

（2）作為無支架施工，有利于通航河流建橋、有利于深山峽谷之間建橋、有利于城市立交建橋，不妨礙橋下凈空，不影響橋下交通。

（3）有利于節(jié)省施工費用，降低工程造價。因為掛藍(lán)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，逐段澆筑混凝土無需大型吊裝設(shè)備。

（4）有利于施工作業(yè)，加快施工進(jìn)度。每個節(jié)段施工（包括立模、鋼筋綁扎、管道定位、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、管道壓漿等）均在掛藍(lán)內(nèi)進(jìn)行，掛藍(lán)可設(shè)頂棚和養(yǎng)生設(shè)備，施工較少受環(huán)境影響，可以保證施工的連續(xù)性，同時每墩至少有兩個工作面平行作業(yè)，幾個墩可同時施工，各作業(yè)面互不干擾，施工速度較快，施工進(jìn)度有保證。

（5）有利于變高度箱梁施工。由于采用分段施工，便于梁體設(shè)計成變高度梁，可使預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)布置呈千姿百態(tài)，能設(shè)計出各種輕巧、飄逸、美觀的橋梁。

2預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁懸臂澆筑的線形控制

某公路橋工程主橋為兩幅(48.6m+3×64m+48.6m)變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橋梁總寬度26.5m，每幅箱梁為獨立的單箱單室直腹板截面，主跨支點處梁高4m，跨中梁高2m，梁底按二次拋物線變化，箱梁由頂板形成單向2%的橫坡，梁高均為一幅橋外側(cè)腹板邊緣處高度。

（一）懸臂澆筑的線形控制分析

懸臂施工(又稱平衡懸臂施工)是在已建成的橋墩，沿相鄰兩個跨徑方向平衡對稱地逐段施工的方法。由于在懸臂施工時梁內(nèi)出現(xiàn)負(fù)彎矩，對混凝土橋必須在梁體的上緣逐段施加預(yù)應(yīng)力，使其與已完成的梁段連成整體，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)受力體系及逐跨合攏，最終形成成橋結(jié)構(gòu)。由于橋梁施工受力狀態(tài)與運(yùn)營時的受力狀態(tài)相近，不致于因施工的需要而增加過多的材料用量。

由于施工狀況(施工荷載、預(yù)應(yīng)力損失、混凝土收縮徐變、溫度、濕度、時間等)、參數(shù)選取(材料特性、截面特性等)和結(jié)構(gòu)計算模型，與現(xiàn)場情況存在差異;同時，結(jié)構(gòu)發(fā)生的非線性變形不易精確確定;施工中所用材料的變異性等因素，使得施工過程中結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)偏離設(shè)計所希望的理想狀態(tài)。因此在橋梁施工過程中必須對結(jié)構(gòu)的實際反應(yīng)(標(biāo)高、線型、主梁應(yīng)力等)

進(jìn)行嚴(yán)格的施工控制。

1、0號塊施工

掛籃是利用已澆筑的箱梁段作為支撐點，通過桁架等主梁系統(tǒng)、底模系統(tǒng)懸臂澆筑，所以0號塊就是人為創(chuàng)造一個工作平臺。箱梁0號塊處于墩梁結(jié)合部位，受力復(fù)雜，預(yù)埋件、鋼筋、各向預(yù)應(yīng)力鋼束及其孔道、錨具密集交錯，梁面有縱橫坡，端面與待交段密切相連，采用一次澆筑工藝，混凝土方量約237.18m3。利用承臺搭設(shè)滿堂支架，支架上澆筑0號塊。0號塊是施工起始段，標(biāo)高由結(jié)構(gòu)成型標(biāo)高及其預(yù)變位、支架變形及其基礎(chǔ)沉降拋高，以及支座受壓變形拋高組成。其中，支架變形及其基礎(chǔ)沉降拋高對標(biāo)高影響最大。因此，起始段支架的剛度要強(qiáng)、基礎(chǔ)要牢固，以減小結(jié)構(gòu)線形的初始誤差。

2、箱梁懸澆施工撓度控制

0號塊混凝土澆筑并張拉，對支座作了臨時固接措施之后，在0號塊上拼裝掛籃，對稱逐段懸澆1~7號塊。最后在跨中進(jìn)行合攏段的施工。大跨徑多跨連續(xù)梁橋懸臂施工最重要的任務(wù)之一就是撓度的計算與控制。箱梁施工控制是全橋線型保持設(shè)計要求的關(guān)鍵。

連續(xù)梁橋懸臂施工時撓度組成有:各主墩分段懸澆時T構(gòu)體系的撓度;體系轉(zhuǎn)換后各節(jié)段連續(xù)體系的撓度和成橋后由恒載、活載及體系后期收縮徐變引起的撓度;掛籃體系受載后的撓度。

由于撓度的計算涉及到計算圖式，臨時荷載模擬，混凝土澆筑過程的模擬，預(yù)應(yīng)力位置和張拉的模擬，后期恒載、活載的影響以及長時間的徐變的影響等，所以撓度的精確計算實際上極其復(fù)雜。因而，在懸澆施工前，根據(jù)混凝土配合比作出試件，測出混凝土的彈模、容重以及混凝土的收縮系數(shù)等參數(shù)，要反復(fù)的校核計算數(shù)據(jù)并與設(shè)計數(shù)據(jù)比較從而發(fā)現(xiàn)問題。而在施工控制過程中，也應(yīng)根據(jù)實測的標(biāo)高數(shù)據(jù)修正結(jié)構(gòu)分析參數(shù)。

（1）影響撓度的控制因素

①塊件自重集度 塊件質(zhì)量變異主要是由截面尺寸和混凝土容重偏差引起的。

②有效預(yù)應(yīng)力 這里有效預(yù)應(yīng)力系指預(yù)應(yīng)力束張拉后瞬時損失(預(yù)應(yīng)力管道定位、張拉、管道摩阻力)完成時的預(yù)應(yīng)力。③彈性模量 彈性模量是混凝土的物理參數(shù)，高強(qiáng)度等級混凝土彈性模量的增長往往滯后于混凝土強(qiáng)度的增長，所以當(dāng)箱梁塊件施工周期較短時，對梁段撓度的影響非常大。④混凝土徐變 混凝土徐變是主梁撓度的主要影響因素，混凝土的收縮徐變需要3年左右才能完成，可以根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境條件下的混凝土收縮徐變試驗結(jié)果得到混凝土的徐變ε-t曲線，先將觀測值平滑處理，然后加入徐變綜合變異系數(shù)，再調(diào)整變異系數(shù)反復(fù)試算即可確定徐變參數(shù)調(diào)整量。⑤掛籃變形 掛籃體系變形對于連續(xù)梁橋懸臂澆筑起著重要作用。掛籃體系變形一般參照預(yù)壓試驗資料，而具體的預(yù)測應(yīng)根據(jù)已建梁體施工時的變形加以分析，從而可以推測待建梁體掛籃的預(yù)拋高。掛籃變形預(yù)測的誤差將直接導(dǎo)致節(jié)段標(biāo)高的絕對誤差和相對誤差。

（2）懸臂澆筑每節(jié)段施工的標(biāo)高控制

懸臂澆筑每節(jié)段施工的標(biāo)高控制包括3個關(guān)鍵工況:掛籃前移定位標(biāo)高(立模標(biāo)高);混凝土澆筑后標(biāo)高;預(yù)應(yīng)力張拉后標(biāo)高。為正確反映橋梁施工的變化，把梁底標(biāo)高作為施工控制的目標(biāo)。每節(jié)段變位監(jiān)測點從梁底測點經(jīng)腹板引到橋面。掛籃定位標(biāo)高按梁底待澆節(jié)段的最前沿橫截面上的測點定位，澆完混凝土后，通過測量梁頂預(yù)埋的鋼筋頭的標(biāo)高與此時對應(yīng)的梁底標(biāo)高，建立梁底與梁頂測點的標(biāo)高關(guān)系，這樣已澆梁段的梁底標(biāo)高可通過梁頂標(biāo)高的測量值反饋出來。

（3）懸臂施工的撓度計算

為了抵消施工中產(chǎn)生的各種變形(撓度)，在施工過程中，立模標(biāo)高并不等于設(shè)計中橋梁建成后的標(biāo)高，總要設(shè)置一定的預(yù)拱度。其計算公式如下:Hi=H0-fi施+f掛籃(1)

式中:Hi為待澆筑段立模標(biāo)高;H0為設(shè)計標(biāo)高;fi施為施工i節(jié)段時混凝土澆筑前i梁段以及后續(xù)澆筑各段的總撓度(軟件自動生成);f掛籃為本節(jié)段的掛籃變形值。

混凝土澆筑后各控制點的標(biāo)高，主要用于已建結(jié)構(gòu)狀態(tài)的校核，以便修正已建結(jié)構(gòu)標(biāo)高的計算值和預(yù)測待澆節(jié)段的計算參數(shù)，調(diào)整與優(yōu)化成橋線形，得到待澆節(jié)段的施工標(biāo)高。

預(yù)應(yīng)力張拉后結(jié)構(gòu)控制標(biāo)高的測量，測出預(yù)應(yīng)力損失后預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的上拱度，目的在于對已建結(jié)構(gòu)狀態(tài)的校核，以便修正預(yù)測待澆節(jié)段的標(biāo)高;獲得與利用實測結(jié)構(gòu)參數(shù)反饋計算值的差異，從而了解預(yù)應(yīng)力值是否發(fā)生偏差，預(yù)應(yīng)力的線形模擬是否恰當(dāng)，預(yù)應(yīng)力損失是否估計得正確以及決定是否修改預(yù)加力的理論值。懸臂橋梁施工時的撓度必須考慮混凝土收縮徐變影響、溫度、施工荷載，還必須考慮二期恒載和活載作用所產(chǎn)生的撓度，所以懸臂施工時結(jié)構(gòu)各節(jié)段立模標(biāo)高總撓度計算公式:Hi=H0+fi+fiy+f掛籃+fx+fP/2(2)

式中:Hi為待澆筑段主梁前端底模標(biāo)高;H0為設(shè)計標(biāo)高;fi為本施工節(jié)段以及后續(xù)澆筑各段自身靜載對該點標(biāo)高的影響值;fiy為本節(jié)段和后續(xù)節(jié)段縱向預(yù)應(yīng)力束張拉后對該點標(biāo)高的影響值;f掛籃為本節(jié)段的掛籃變形值;fx為徐變、收縮、溫度、體系轉(zhuǎn)換、二期恒載、施工荷載對該點標(biāo)高的影響值;fP為靜活載作用下產(chǎn)生的下?lián)现怠?/p>

3、箱梁施工主梁應(yīng)力、應(yīng)變分析

主梁在懸澆過程中按靜定結(jié)構(gòu)考慮控制截面，體系轉(zhuǎn)換后按超靜定結(jié)構(gòu)考慮控制斷面，一般選取0號塊根部、L/4、L/2、3L/4及合攏段處作為控制斷面，在這些斷面內(nèi)埋置鋼弦傳感元件，進(jìn)行應(yīng)變測量。鋼弦傳感器埋入混凝土內(nèi)后，在軸向力作用下鋼弦自振頻率發(fā)生變化。通過測試傳感器的自振頻率，由標(biāo)定表內(nèi)測的拉力值，從而換算得到同位置處混凝土的應(yīng)力值為:σc=Ecεg(3)

式中:σc為混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力;Ec為混凝土的彈性量;εg為鋼弦傳感器所在位置的鋼筋中心處混凝土彈性應(yīng)變。

4、合攏段施工

合攏是懸臂澆筑施工體系轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)，合攏施工必須滿足受力狀態(tài)的設(shè)計要求和保持梁體線型，控制合攏段的施工誤差。合攏梁段兩端懸臂受溫度變化影響可能產(chǎn)生縱向伸縮使合攏口間距變化，從而導(dǎo)致合攏梁段混凝土凝固過程中受到張拉或壓縮的超應(yīng)力影響而產(chǎn)生裂縫。需將合攏一側(cè)墩的臨時錨固改成活動支座，以減少影響。同時，在澆筑合攏混凝土前應(yīng)將兩端懸臂臨時連接，臨時形成剛性連接，保護(hù)合攏段混凝土完整，一直到合攏段混凝土養(yǎng)護(hù)到一定強(qiáng)度并施加預(yù)應(yīng)力與懸臂形成整體。

（1)合攏順序。按設(shè)計要求，本橋按先邊跨、次中跨、中跨的順序合攏，即先進(jìn)行H1、H5邊跨合攏，在11、14號墩處形成兩個單懸臂梁;然后進(jìn)行H2、H4次中跨合攏，在12、13號墩處形成兩個單懸臂梁;最后合攏H3中跨，形成五跨連續(xù)梁。

（2)合攏段標(biāo)高控制。合攏段施工標(biāo)高是根據(jù)已澆節(jié)段部分成型、線性和順、與設(shè)計標(biāo)高偏差最小的原則確定的。由于節(jié)段施工標(biāo)高的誤差，預(yù)定的合攏段施工標(biāo)高將被不斷的修改，直至合攏。

3結(jié)語

懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋作為無支架施工有利于通航河流建橋、城市立交建橋和深山峽谷建橋。懸臂施工的受力較接近于成橋后的結(jié)構(gòu)受力。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的主要斷面形式是箱形截面。采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，可以使跨越能力大大增加，目前在四十米到一百五十米范圍內(nèi)，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁占主導(dǎo)地位。無論是城市橋梁、高速公路橋、高架道路、山谷高架棧橋，還是跨越寬闊河流的大橋，預(yù)應(yīng)力混凝土梁較多的發(fā)揮了它的優(yōu)勢，它是廣泛使用的一種橋型。

參考文獻(xiàn)

[1]王超。不同懸臂澆筑法對連續(xù)梁內(nèi)力及線形影響分析[J]。中國西部科技，2011，(23)

[2]李萬成。大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁掛籃懸臂澆筑施工中的內(nèi)力、線形控制措施[J]。四川建材，2011，(2)

[3]孟凡利。連續(xù)梁橋懸臂澆筑施工線形控制技術(shù)[J]。山西建筑，2011，(7)