張小舟

（四川川資建設(shè)工程咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 621000）

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋以結(jié)構(gòu)自身穩(wěn)定性好、跨越能力強(qiáng)、施工方便且技術(shù)成熟、造價(jià)低、行車舒適等優(yōu)點(diǎn)，迅速在我國發(fā)展起來，尤其在山區(qū)跨越峽谷、河流等地段，高墩剛構(gòu)橋應(yīng)運(yùn)而生。目前剛構(gòu)橋的施工技術(shù)比較成熟，施工一般采用懸臂澆筑，最后通過體系的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)全橋的合龍。由于剛構(gòu)橋具有自重大的特點(diǎn)，受混凝土的收縮徐變及溫度變化等的影響，再加上長期處于荷載的作用下，運(yùn)營期會(huì)引起主梁預(yù)應(yīng)力損失，導(dǎo)致主梁跨中下?lián)?，橋墩墩頂水平偏移過大等問題。

合龍是剛構(gòu)橋懸臂澆筑的一個(gè)重要施工環(huán)節(jié)，合龍的成敗直接影響著成橋后橋梁的受力及變形。由于運(yùn)營期間，主梁跨中會(huì)下?lián)?，在懸臂施工過程中，會(huì)存在一定的縱坡，故單“T”構(gòu)的懸臂兩端，不可能做到荷載完全對(duì)稱施工，特別對(duì)于高墩而言尤為明顯。本文以一座4 跨超高墩剛構(gòu)橋?yàn)槔?，?duì)頂推力的確定及合龍順序進(jìn)行研究。

1 工程概況

擬建一座四跨（100+200+200+100）m 連續(xù)剛構(gòu)橋，主橋橋墩高度分別為113m、195m 和178m，橋墩形式為鋼管混凝土格構(gòu)墩。擬定幾種不同的合龍方案，利用橋梁計(jì)算軟件Midas Civil，分析橋梁運(yùn)行10 年后結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力變化，確定最優(yōu)合龍方案，確保橋梁成橋后的受力和線形滿足設(shè)計(jì)要求，橋梁設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 橋梁設(shè)計(jì)示意圖

2 方案設(shè)計(jì)原則

對(duì)于剛構(gòu)橋，混凝土的收縮徐變會(huì)使主梁長度縮短，長度的縮短將會(huì)帶動(dòng)橋墩頂部向跨中偏移，對(duì)于高墩剛構(gòu)橋而言，這種趨勢更為明顯。解決的方法普遍為：在合龍施工前，在合龍口施加一定的頂推力，使得墩頂向邊跨側(cè)發(fā)生一定的偏移量。頂推對(duì)墩頂產(chǎn)生的預(yù)偏值，可以抵消部分混凝土收縮徐變等作用在墩頂所產(chǎn)生的縱向位移，這樣能有效地降低運(yùn)營期橋墩開裂的風(fēng)險(xiǎn)，確保橋梁在建成通車后的安全使用。對(duì)高墩多跨連續(xù)剛構(gòu)橋，頂推力的大小不但與水平位移量有關(guān)，還與合龍順序有關(guān)[1-3]。

綜上所述，施工合龍方案設(shè)計(jì)的原則為：在滿足橋梁線形及受力的情況下，通過反復(fù)的試算，確保頂推過程中6#墩墩頂狀態(tài)接近于豎直狀態(tài)。

3 合龍方案擬定

根據(jù)現(xiàn)場施工條件及施工方案，擬定了如下三種施工合龍方案：

方案一：先對(duì)1#、4#合龍口進(jìn)行邊跨合龍，再進(jìn)行2#合龍口合龍，最后進(jìn)行3#合龍口合龍。

方案二（設(shè)計(jì)推薦）：先對(duì)1#、4#合龍口進(jìn)行邊跨合龍，再進(jìn)行3#合龍口合龍，最后進(jìn)行2#合龍口合龍。

方案三：先對(duì)1#、4#合龍口進(jìn)行邊跨合龍，2#、3#合龍口同時(shí)合龍。

所有方案中，邊跨合龍口合龍前均不進(jìn)行頂推，跨中合龍口合龍前需進(jìn)行頂推。

4 頂推量計(jì)算

通過計(jì)算，三種合龍方案在不進(jìn)行頂推工序時(shí)，墩頂?shù)乃阶兓咳绫? 所示。

表1 的數(shù)據(jù)為各施工方案中，在不進(jìn)行頂推工序的情況下，通車運(yùn)行10 年后，各墩的水平位移。從數(shù)據(jù)可以看出，不同的合龍方案對(duì)成橋后墩頂?shù)奈灰朴幸欢ǖ挠绊懀貏e是對(duì)于高墩。無論哪種方案，5#墩及7#墩均向跨中偏移，且位移量較大，而6# 墩的位移量較小。分析其原因：本橋?yàn)? 跨連續(xù)剛構(gòu)，6#墩處于橋梁的中心處，由于混凝土的收縮、徐變影響，5# 墩、7#墩頂均向6#墩靠攏。由于墩高的不一樣，5#墩僅113m高，而7#墩高178m，6#墩高達(dá)195m，幾乎為5# 墩高的2 倍，剛度不一樣，導(dǎo)致兩邊墩頂?shù)乃狡屏坎灰恢隆?/p>

表1 未進(jìn)行頂推的不同方案運(yùn)營10 年后墩頂位移量

根據(jù)實(shí)際施工情況，由于合龍期間的環(huán)境溫度與設(shè)計(jì)合龍溫度相當(dāng)，故可不考慮溫度對(duì)合龍施工的影響。模型計(jì)算一般都是理想化狀態(tài)，與實(shí)際存在一定的差別，比如有限元分析中，支座模擬沒有縱向約束，而實(shí)際支座有一定的摩阻力，故成橋后由于收縮徐變引起的橋墩縱向位移實(shí)際變化量較理論模型偏小。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般選取理論值的70%作為控制值。

5 方案結(jié)果對(duì)比分析

5.1 墩頂位移比較

在合龍時(shí)進(jìn)行頂推，目的就是為了使得橋梁在通車運(yùn)行若干年后墩頂回歸原位。

根據(jù)方案設(shè)計(jì)原則，對(duì)三種方案進(jìn)行頂推力的試算，試算結(jié)果如表2 所示。

表2 三種方案頂推合龍的頂推力組合計(jì)算結(jié)果

對(duì)方案一進(jìn)行試算，各墩頂?shù)乃狡评塾?jì)量接近豎直狀態(tài)。但是頂推56 跨較小，僅僅為30t，現(xiàn)場不好控制。對(duì)方案三進(jìn)行試算，可以看出，各墩的偏移累計(jì)值最接近于豎直狀態(tài)，頂推力也好控制。對(duì)方案二進(jìn)行試算，可以看出，當(dāng)5、7 墩頂?shù)?0 年后的狀態(tài)可以達(dá)到豎直狀態(tài)，但是6 號(hào)墩依然偏移量較大，達(dá)到41mm[4-5]，線形對(duì)比分析如圖2 所示。各方案施工成橋合龍口高差對(duì)比如表3 所示。

圖2 線形對(duì)比分析

表3 成橋后合龍口高差

如表3 所示，通過計(jì)算分析，各合龍方案施工完成10 年后，主梁累計(jì)豎向位移對(duì)比分析可知：不同的合龍方案對(duì)后期成橋線形影響較大，方案三整體線形較為合理。

5.2 應(yīng)力分析

不同方案主梁1#塊根部應(yīng)力值見表4 所示。

表4 主梁1#塊根部應(yīng)力值比較

從表4 中數(shù)據(jù)可以看出，三種合龍方案對(duì)主梁應(yīng)力影響小，頂板與底板最大值與最小差之比均在1%，相差非常小。

5.3 方案優(yōu)劣比較

合龍方案的優(yōu)劣主要從線形及結(jié)構(gòu)受力方面考慮。

（1）從主梁線形控制考慮，3 種方案在頂推時(shí)，對(duì)中墩6#墩的豎向撓度影響差異比較大。當(dāng)單獨(dú)進(jìn)行頂推時(shí)，控制豎向撓度變化的難度增加，需要適當(dāng)進(jìn)行一定的配重，耽誤工期。對(duì)于方案二，當(dāng)先頂推67 跨時(shí)，由于墩高度非常大，達(dá)到195m，墩比較柔，產(chǎn)生水平偏移的同時(shí)豎向位移影響也大，對(duì)于方案一亦是如此。所以從線形角度考慮，針對(duì)本橋，方案三最為合理。

（2）從墩頂水平的偏移來考慮。方案一中頂推力經(jīng)過調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)成橋10 年后墩頂?shù)奈灰屏刻幱谪Q直狀態(tài)，但是2#合龍口與3#合龍口的頂推力的差別較大，特別是2# 合龍口，頂推力只需30t 即可，頂推力小，在施工過程中難以精確控制。由于6#墩為最高墩，單“T”構(gòu)相對(duì)于其他兩個(gè)墩來說相對(duì)較柔，故方案二中當(dāng)先頂推2#合龍口時(shí)，6# 墩頂已產(chǎn)生較大的水平位移，當(dāng)6#、7#墩成為整體結(jié)構(gòu)后，結(jié)構(gòu)剛度增大，為保證6#墩在第二次頂推后盡量回到原位，則需要增大頂推力，然而隨著頂推力的增大，則可能造成7#橋墩底部彎矩過大，使之受力不利，同時(shí)將導(dǎo)致施工控制困難。通過理論分析認(rèn)為，當(dāng)2#合龍口與3#合龍口同時(shí)頂推時(shí)，能保證6 號(hào)墩處于不動(dòng)的狀態(tài)，并且施工方案三最優(yōu)[6]。

（3）從主梁結(jié)構(gòu)受力來看，三種方案差異比較小，影響小。

（4）從施工進(jìn)度方面考慮，由于2#合龍口與3#合龍口同時(shí)頂推、同時(shí)合龍，縮短了施工工期，至少節(jié)約工期半個(gè)月左右。

通過以上4 點(diǎn)分析可知，以控制墩頂水平位移為原則，結(jié)合實(shí)際施工可操作性及施工控制難度，方案三最優(yōu)，即跨中合龍口同時(shí)頂推，同時(shí)合龍。

6 結(jié)束語

綜上所述，對(duì)于本橋的建設(shè)，如何控制運(yùn)營期間中墩的墩頂水平位移為關(guān)鍵。無論先合龍哪一跨，都將對(duì)6#墩的墩頂產(chǎn)生一定量的水平位移，第一次頂推對(duì)6#墩產(chǎn)生的位移抵消，隨后再次頂推另一個(gè)合龍口時(shí)，必然會(huì)引起頂推力的增大，并且成橋線形不順暢。當(dāng)同時(shí)頂推時(shí)，可以較好地避免這一現(xiàn)象，同時(shí)也大大縮短了工期。該方案經(jīng)設(shè)計(jì)認(rèn)可，已現(xiàn)場實(shí)施，從現(xiàn)場實(shí)測監(jiān)測數(shù)據(jù)，此方案是可行的，可為今后同類型的橋梁合龍方案提供一種思路。