預應力混凝土連續(xù)梁橋懸臂澆筑施工知識講座

預應力混凝土連續(xù)梁橋懸臂澆筑施工知識講座

吳文清

東南大學交通學院橋梁與隧道工程研究所

2004.12.06第一部分連續(xù)梁橋懸臂施工的一般知識前言用掛籃懸臂施工的主要工作內(nèi)容包括：在墩頂澆筑起步梁段(0#塊)，在起步梁段上拼裝懸灌掛籃并依次分段懸澆梁段；邊跨及中跨合攏。一、移動式懸臂施工掛籃簡介(一)施工掛籃的構造掛籃是一個能沿梁頂滑動或滾動的承重構架，其錨固懸掛在已施工梁段上，在掛籃上可進行下一梁段的模板、鋼筋、預應力管道的安設，混凝土灌注和預應力張拉，灌漿等作業(yè)。完成一個階段的循環(huán)后，掛籃即可前移并固定，進行下一階段的懸灌，如此循環(huán)直至懸臂灌注完成。1.掛籃分類掛籃按構造形式可分為桁架式(包括平弦無平衡重式、菱形、弓弦式)、斜拉式、型鋼式及混合式四種；掛籃按抗傾覆平衡式可分為壓重式、錨固式和半壓重錨固式三種；按掛籃走行方法可分為一次走行到位和兩次走行到位兩種；按其移動方式可分為滾動式、滑動式和組合式三種。幾種主要的掛籃結構如圖5-1~5-6所示。圖5-1平行桁架式掛籃圖5-2平弦無平衡重掛籃2.掛籃結構的特點主要兩種掛籃特點：(1)平行桁架式掛籃平行桁架式掛籃的上部構造一般為一等高桁架梁，其受力特點是：底模平臺及側模支架所承重均由前后吊桿垂直傳至桁架節(jié)點和箱梁底板上，故又稱為吊籃式結構，桁架在梁頂用壓重或錨固或者二者兼之來解決傾覆穩(wěn)定問題，桁架本身為受彎結構。(2)三角形組合掛籃三角形組合梁掛籃是在平行桁架式掛籃的基礎上，將受彎桁架改為三角形組合梁結構。又由于其斜拉桿的拉力作用，大大降低了主梁的彎矩，從而使主梁能采用單構實體型鋼，由于掛籃上部結構輕盈，除尾部錨固外，還需較大壓重。其底模平臺及側模支架等的承重傳力與平行桁架式掛籃基本相同。二、用掛籃懸臂灌注施工的主要工藝程序及其特點用掛籃進行梁段懸澆施工的主要工藝程序為：灌注0號段；拼裝掛籃；

灌注1號段；掛籃前移、調(diào)整、錨固；

灌注下一梁段；

依次類推完成懸臂灌注；

掛籃拆除改為吊架進行邊跨合攏以及中跨合攏等。以下對各段施工的主要特點進行介紹:(一)0號段的澆筑0號段位于橋墩上方，灌注0號段相當于給掛籃提供一個安裝場地。0號段一般需在橋墩兩側設托架或支架現(xiàn)澆，如圖所示。注意對支架進行適當預壓。立0號段底模時，同時安裝支座及防傾覆錨固裝置。如圖5-12所示。(二)拼裝掛籃掛籃運至工地后，應在試拼臺上試拼，以發(fā)現(xiàn)由于制作不精良及運輸中變形造成的問題，保證正式安裝時的順利及工程進度。如圖5-16。三角形掛籃基本安裝步驟在0號段上安裝梁頂滑道，然后安裝支座及三角形組合梁，并將其梁尾部相連并錨固，配置壓重。吊掛相應調(diào)帶(桿)。將底模平臺及側模支架作為整體起吊，與相應吊點相連結，后下橫梁則用吊桿支撐在箱梁底板上。將內(nèi)部定模吊掛在前后吊桿上。從2號段開始，兩掛籃分開作業(yè)，其尾部各安裝接長梁,并將主梁后端錨固在箱梁頂面上.(三)梁段混凝土的澆筑梁段混凝土的懸臂澆筑一般用泵送，塌落度一般控制在14-18cm，并應隨溫度變化及運輸和澆注速度作適當調(diào)整。其注意事項如下：箱梁各階段混凝土在灌注前，必須嚴格檢查掛籃中線，掛籃底模標高；縱、橫、豎三向預應力束管道；鋼筋、錨頭、預埋件的位置，認真核對無誤后方可灌注混凝土。

箱梁各階段立模標高＝設計標高＋預拱度＋掛籃滿載后自身變形+調(diào)整值。后灌注的梁段應在已施工梁段有關實測結果的基礎上作適當調(diào)整，已逐漸消除誤差，保證結構線性勻順。若能全斷面一次灌注最好，否則應按以下順序灌注。(1)二次灌注：第一次由底板至腹板下承托；第二次為剩余部分。(2)三次灌注：第一次由底板至腹板下承托；第二次是腹板下承托至腹板上承托預應力管道密集處以上，第三次由腹板上承托至頂板?；炷恋墓嘧⒁讼葟膾旎@前端開始，以使掛籃的微小變形大部分實現(xiàn)，從而避免新、舊混凝土間產(chǎn)生裂縫。各階段預應力束管道在灌混凝土前，宜在波紋管內(nèi)插入硬塑管作襯填，以防管道被壓扁；管道的定位鋼筋應用短鋼筋做成井字形，并與箱梁鋼筋網(wǎng)妥為固定，定位鋼筋網(wǎng)架間距應保持在0.2-0.8m左右，以防混凝土振搗過程中波紋管道上浮，引起預應力張拉時產(chǎn)生沿管道法向的分力，輕則產(chǎn)生梁體的內(nèi)力分布不合理，重則產(chǎn)生混凝土崩裂，釀成嚴重事故。施工時應在掛籃上設風雨蓬，避免混凝土因日曬雨淋而嚴重影響質(zhì)量。冬季施工應備保溫設施。有條件時，掛籃可以配備能保證全天候作業(yè)的設備，以提高作業(yè)效率和保證質(zhì)量。箱梁混凝土灌注完畢后，立即用通孔器檢查管道，處理因萬一漏漿等情況出現(xiàn)的堵管現(xiàn)象。三、預應力混凝土連續(xù)梁懸灌施工的合攏(一)預應力混凝土連續(xù)梁的合攏程序1.從一岸順序懸灌、合攏，如圖5-17所示。這種方法可使施工機具、設備及材料從一岸通過已成結構直接運輸?shù)阶饔妹婊蚋浇?；另外，在施工期間，單T構懸灌完成后很快合攏，形成整體，故未成橋前結構的穩(wěn)定性和剛度較強。當作業(yè)面較少，對工期較緊者不適用。2.從兩岸向中間懸灌、合攏此法與上述的區(qū)別在于其可增加一個作用面，故施工速度響應加快。3.按T構－連續(xù)梁順序合攏，參見圖5-18。此法的具體程序是將所有懸臂施工部分由簡單到復雜的連接起來，最后在邊跨或次中跨合攏。其優(yōu)點是對于大跨和多跨連續(xù)梁施工，能盡可能多的布置工作面，也可對稱的懸灌和合攏，故對工期較緊和長聯(lián)連續(xù)梁施工較為適用，此外，由于可對稱的懸灌和合攏，故對結構受力及內(nèi)力分析較為有利，對收縮徐變的控制尤其如此。圖5-18按T構－連續(xù)梁順序合攏

應當指出的是，不同的懸灌和合攏程序，其引起的結構恒載內(nèi)力不同，體系轉換時有徐變引起的內(nèi)力重分布也不相同，故采用不同的懸灌和合攏程序?qū)⒃诮Y構中產(chǎn)生不同的最終恒載內(nèi)力，對此應在設計和施工中予以充分考慮。(二)預應力混凝土連續(xù)梁的合攏技術措施連續(xù)梁合攏前的墩、梁臨時固結約束措施利用懸灌時梁與墩的雙排預應力錨桿和臨時支座固結，即將錨桿的下端預埋在墩頂，灌注混凝土時混凝土等強后予以張拉錨固，即形成約束。如圖5-19。將活動支座的頂、底板在順橋向的兩側用鋼板臨時鋼結，形成固結的約束，見圖5-20。

合攏口的臨時鎖定支撐內(nèi)外剛性支撐鎖定措施如圖5-21，這種鎖定是在箱梁頂、底板的頂面預埋鋼板，將外剛性支撐焊接(或栓結)在其上；并在箱梁頂、底板中央縱向設置內(nèi)剛性支撐共同鎖定合攏口。因內(nèi)剛性支撐僅能抗壓且吸收部分預應力，且用鋼量較多，故已不多用。外(或內(nèi))剛性支撐和張拉臨時束共同鎖定即除用外(或內(nèi))剛性支撐鎖定外，再利用永久性的部分預應力束臨時張拉，以抵抗降溫時產(chǎn)生的收縮變形僅設剛性外（或內(nèi)）剛性支撐鎖定即根據(jù)實際受力要求，僅布置外（或內(nèi)）剛性支撐即可滿足要求時，可僅用一種鎖定措施。例如邊跨若采用膺架法灌注混凝土時，其合攏口另側的現(xiàn)澆混凝土長度一般較短，加之低溫合攏，以及膺架對邊跨的摩阻力作用，往往就可僅用外（或內(nèi)）剛性支撐即可抵抗升溫時的膨脹力。(三)預應力混凝土連續(xù)梁的合攏

施工要點掌握合攏期間的氣溫預報情況，測試分析氣溫變化規(guī)律，以確定合攏時間并為選擇合攏鎖定方式提供依據(jù)。根據(jù)結構情況及梁溫的可能變化情況，選定適宜的合攏方式并作力學檢算。選擇日氣溫較低、溫度變化幅度較小時鎖定合攏口并灌注合攏段混凝土。合攏口的鎖定，應迅速、對稱地進行，先將外剛性支撐一段與梁端預埋件焊接（或栓接），而后迅速將外剛性支撐另一端與梁連接，臨時預應力束也應隨之快速張拉。在合攏口鎖定后，立即釋放一側的固結約束，使梁一端在合攏口鎖定的連接下能沿支座左右伸縮。合攏口混凝土宜比梁體提高一級，并要求早強，最好采用微膨脹混凝土，并須作特殊配比設計，澆注時應認真振搗和養(yǎng)護。為保證澆筑混凝土過程中，合攏口始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，必要時澆注之前可在各懸臂端加與混凝土重量相等的配重，加、卸載均應對稱梁軸線進行?；炷吝_到設計要求的強度后，解除另一端的支座臨時固結約束，完成體系轉換，然后按設計要求張拉全橋剩余預應力束，當利用永久束時，只需按設計順序?qū)⑵溲a拉至設計張拉力即可。臨時束的張拉力一般宜在0.45-0.5Rjy，以防在合攏過程中預應力束過載報廢而需要重新更換新束。第一部分結束第二部分預應力混凝土連續(xù)粱橋、連續(xù)剛構橋懸臂施工控制懸臂施工法是預應力混凝土連續(xù)粱橋、連續(xù)剛構橋的主要施工方法。采用懸臂施工法施工有若干關鍵問題需要解決。例如：如何保證合攏前兩懸臂端豎向撓度的偏差和主梁軸線的橫向偏移不超過容許范圍；如何保證合攏后的橋面線形良好；如何避免施工中主梁截面出現(xiàn)過大的應力；……，這些問題若處理不當，不僅會對結構受力不利，而且可能會使主粱粱底曲線不順暢，形成永久性缺陷而影響外形美觀。為了解決好這些問題，唯一的辦法就是對施工過程實施控制

一、連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構橋施工控制的目的、內(nèi)容施工控制的目的

定義：施工控制就是根據(jù)施工監(jiān)測所得的結構參數(shù)真實值進行施工階段計算，確定出每個懸澆節(jié)段的立模標高，并在施工過程中根據(jù)施工監(jiān)測的成果對誤差進行分析、預測和對下一立模標高進行調(diào)整，以此來保證成橋后橋面線形、合攏段兩懸臂端標高的相對偏差不大于規(guī)定值以及結構內(nèi)力狀態(tài)符合設計要求。

目的：橋梁施工控制的目的就是確保施工過程中結構的可靠度和安全性，保證橋梁成橋橋面線形及受力狀態(tài)符合設計要求。(二)施工控制的內(nèi)容內(nèi)容：變形控制和內(nèi)力控制。變形控制就是嚴格控制每一節(jié)段箱粱的豎向撓度及其橫向偏移，若有偏差并且偏差較大時，就必須立即進行誤差分析并確定調(diào)整方法，為下一節(jié)段更為精確的施工做好準備工作。關于控制方法，針對不同情況亦必然有所差異。內(nèi)力控制則是控制主粱在施工過程中以及成橋后的應力，尤其是合攏時間的控制，使其不致過大而偏于不安全，甚至在施工過程中造成主粱破壞。連續(xù)粱橋、連續(xù)剛構梁橋施工控制主要體現(xiàn)在施工控制模擬結構分析、施工監(jiān)測(包括結構變形與應力監(jiān)測)、施工誤差分析以及后續(xù)狀態(tài)預測幾個方面。二、施工控制結構分析(計算)為了達到施工控制的目的，我們首先必須通過施工控制計算來確定橋梁結構施工過程中每個階段在受力和變形方面的理想狀態(tài)(施工階段理想狀態(tài))，以此為依據(jù)來控制施工過程中每個階段的結構行為，使其最終成橋線形和受力狀態(tài)滿足設計要求。(一)施工控制結構計算的一般原則預應力混凝土連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構橋的施工控制計算除了必須滿足與實際施工相符合的基本要求外，還要考慮諸多相關的其他因素。

1．施工方案：由于連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構橋的恒載內(nèi)力與施工方法和架設程序密切相關，施工控制計算前應首先對施工方法和架設程序作一番較為深入地研究，并對主梁架設期間的施工和在給出一個較為精確的數(shù)值。

2．計算圖式：連續(xù)梁橋一般要經(jīng)過墩粱固接懸臂施工合攏解除墩梁固接中跨合攏的過程；連續(xù)剛構橋也需經(jīng)過懸臂施工和數(shù)次合攏?？梢?，在施工過程中結構體系不斷地發(fā)生變化，因此在各個施工階段應根據(jù)符合實際狀況的結構體系和荷載狀況選擇正確的計算圖式進行分析、計算。3．結構分析程序：對連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構橋的施工控制計算而言，采用平面結構分析方法基本可以滿足實際施工控制的需要。

4．非線性影響：非線性對中小跨連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構橋的影響可以忽略不計，對對大跨進則有必要考慮非線性的影響。

5．預加應力影響：預加應力直接影響結構的受力與變形，施工控制中應在設計要求的基礎上，充分考慮預應力的實際施加程度。6．混凝土收縮、徐變的影響：連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構橋必須計入混凝土收縮、徐變對變形的影響。

7.溫度：溫度對結構的影響是復雜的，通常的做法是對季節(jié)性溫差在計算中予以考慮，對日照溫差則在觀測中采取一些措施予以消除，減小其影響。8、施工進度：施工控制計算須按實際的施工進度以及確切地預計合龍時間分別考慮各個部分的混凝土徐變變形。(二)施工控制的結構計算方法橋梁施工控制中的結構分析方法包括前進分析法、倒退分析法以及無應力狀態(tài)法。對于分節(jié)段懸臂澆筑施工的預應力混凝土連續(xù)粱橋、連續(xù)剛構橋，施工控制結構計算的計算方法也采用前進分析法和倒退分析法。1．前進分析法為了計算出橋梁結構在成橋后的受力狀態(tài)，只有根據(jù)實際結構的配筋情況和既定施工方案逐個階段地進行計算，最終才能得到成橋結構的受力狀態(tài)和變形情況。這種計算方法的特點是：隨著施工階段的推進，結構形式、邊界約束、荷載形式在不斷地改變，前期結構將發(fā)生徐變，其幾何位置也在改變，因此，前一階段的結構狀態(tài)將是本次施工階段結構分析的基礎。我們將這種按施工階段前后次序進行的結構分析方法稱為前進分析法。前進分析法能夠較好地模擬橋梁結構的實際施工歷程。下面我們就介紹一下懸臂澆筑施工的預應力棍簇土連續(xù)剛構橋的前進分析計算。結構分析的基本步驟1)確定結構初始狀態(tài)：主要包括：中跨、邊跨(次邊跨)的大小、橋面線形、橋墩的高度、橫截面信息、材料信息、約束信息、預應力索信息、混凝土徐變信息、施工臨時荷載信息、二期恒載信息、體系轉換信息等。2)基礎、橋墩和0號塊澆筑完成：計算已澆筑部分在自重和外加荷載作用下的變形和內(nèi)力。3)在每一個橋墩上對稱地依次懸臂澆筑各個塊件，直到懸臂澆筑完成，掛籃拆除。計算每一次懸臂澆筑時結構的變形和內(nèi)力，每一階段計算均依照上一階段結束時結構變形后的幾何形狀為基礎。

4)進行邊跨合攏(次邊跨合攏)、中跨合攏，計算這幾個主要階段結構的內(nèi)力和變形。5)橋面鋪裝：計算二期恒載作用下結構的內(nèi)力與變形。前進分析法在一個施工階段中，新拼裝的桿件用激活兩個結點間的新單元進行模擬，計算是對施工階段循環(huán)進行，循環(huán)結束時分析結果可以是成橋若干年后結構的受力狀態(tài)。前進分析程序系統(tǒng)見圖7—l。(三)立模標高的確定在主粱的懸臂澆筑過程中，梁段立模標高的合理確定，是關系到主梁的線形是否平顧、是否符合設計的一個重要問題。如果在確定立摸標高時考慮的因素比較符合實際，而且加以正確的控制，則最終橋面線形較為良好；如果考慮的因素與實際情況不符合，控制不力，則最終橋面線形會與設計線形有較大的偏差。眾所周知，立模標高并不等于設計中橋梁建成后的標高，總要設一定的預拱度，以抵消施工中產(chǎn)生的各種變性(撓度)。其計算公式如下：成橋后預計標高的計算公式為：二、施工控制監(jiān)測(一)施工監(jiān)測的目的施工監(jiān)測是施工監(jiān)控的重要組成部分。大跨徑預應力混凝土連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構橋施工監(jiān)測的目的就是在懸臂施工過程中，通過監(jiān)測主墩和主梁結構在各個施工階段的應力和變形來達到及時了解結構實際行為的目的。根據(jù)監(jiān)測所獲得的數(shù)據(jù)，首先確保結構的安全和穩(wěn)定，其次保證結構的受力合理和線形平順，為大橋安全、順利地建成提供技術保障。1.主粱結構部分設計參數(shù)的測定在此只考慮主要的、而且可測定的參數(shù)。具體測定工作的進行，應根據(jù)該橋所在的自然環(huán)境情況、所用材料情況、施工工藝及工序情況來加以測定。需測定的參數(shù)如下：

(1)混凝土彈性模量；

(2)預應力鋼絞線彈性模量；

(3)混凝土容重；

(4)混凝土收縮徐變系數(shù)；

(5)材料熱脹系數(shù)；

(6)施工臨時荷載；2．主粱結構變形監(jiān)測箱梁每一節(jié)段懸臂施工過程中，應進行至少以下3個工況的撓度測量和高程控制測量：（1）掛籃就位立模板及澆筑箱梁混凝土前；（2）澆筑箱梁混凝土后，縱向預應力鋼束張拉前；（3）縱向預應力鋼束張拉后；

為了盡量減少溫度對觀測的影響．觀測時間安排在早晨太陽出來之前。在施工過程中，對每一節(jié)段需進行數(shù)次(至少一次)的觀測，以便觀察各點的撓度及箱梁梁軸曲線的變化歷程，以保證箱檗懸臂端的合攏精度及橋面的線形。

以上測量工況，除對當前施工節(jié)段進行高程測量外，同時對已施工的連續(xù)3個節(jié)段同時進行高程測量，以得到箱梁節(jié)段累計實際變形。3．主粱應力監(jiān)測在大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構橋上，主要測試大橋的橋墩和箱梁截面的應力。一般來說，橋墩上測點布置在墩底、橫系梁及墩頂截面處，主粱上視跨度而定，測點可布置在懸臂根部、L／4，L／2等關鍵截面上。測試儀器有各種應變儀(應變片)、測力計、應變式測力傳感器，鋼弦式應力計等。4．溫度觀測溫度變化包括季節(jié)溫度變化和日照溫度變化兩個部分。在季節(jié)溫度變