主跨100m预应力混凝土连续梁施工控制

1、主跨100m预应力混凝土连续梁施工控制摘要：大跨度预应力混凝土连续梁桥T构悬臂施工时由于个体差异大，在相同的设计条件下，由于混凝土的非匀质性、施工人员配备、施工材料的特异性以及外界环境条件的不同，其线形控制、应力控制、稳定性控制等都不尽相同。本文结合大西客专渭洛河特大桥跨渭蒲高速连续梁悬臂施工对大跨度连续梁桥的施工控制作简要分析。关键词：客运专线、连续梁桥；悬臂施工；施工控制；误差分析1 概述铁路客运专线建设是我国铁路建设的重点控制对象，也是展现国家建设实力的重要体现，因此对施工结构质量、结构外观尺寸及结构线形都有很高的要求。现阶段施工中，大跨度预应力混凝土连续梁结构广泛使用。但由于大跨度连续

2、梁桥施工过程复杂，所采用的施工方法、材料性能、浇筑程序、立模标高及外界施工条件等都直接影响成桥的内力与线形，如果施工过程中控制不严，桥梁线形不顺，不仅影响梁体表观质量，合拢难以进行，而且增大梁内预应力张拉阻力，影响桥跨内部应力，甚至影响结构稳定性，威胁结构施工安全。因此为了保证结构受力合理，线形良好、结构体系稳固，必须对大跨度预应力混凝土连续梁进行施工控制。2工程概况大西铁路客运专线渭洛河特大桥跨渭蒲高速连续梁主桥结构为3跨预应力混凝土连续箱梁，其跨径布置为60+100+60m，梁全长221.5m。梁体采用单箱单室、变高度、变截面结构。箱梁顶宽12m，底宽6.7m，顶板厚度除梁端附近外均为40

3、cm，底板厚度40至120cm，按直线线形变化，腹板厚60至80cm、80至100cm，按折线变化。梁体中支点处梁高7.85m，跨中10m直线段及边跨15.75m直线段梁高为4.85m，梁底下缘按二次抛物线变化，抛物线方程为：y=0.0016225x2。梁体采用三向预应力，预应力钢束按二期恒载120140KN/m布置。本连续梁按设计采用悬臂灌注法施工，全梁共有1103#、1104#两个T构，每个T构对称分13个节段浇筑，采用轻型三角挂篮施工。桥位于DK763+468处跨越南干渠，交角52°，于DK763+561处跨越渭蒲高速公路，交角69° 。3施工控制的意义和内容目前大跨

4、度预应力混凝土连续梁施工一般采用分段施工法。分段施工中桥梁结构的最终成桥必然要经过许多施工阶段的循环。尽管每个阶段都严格控制施工时的结构几何尺寸、混凝土浇筑质量、混凝土养护、收缩、徐变、弹性模量、预应力张拉、孔道压浆等人为控制的因素，但是不可避免地会出现实际结构状态与理想结构状态的偏差。这种偏差可能来自有施工本身的误差，也可能是环境误差的干扰还有可能是测量系统的误差。随着桥梁结构跨径和结构的复杂性的增大以及技术标准的升高，这种误差已经影响到了结构的几何线形、改变结构的内力，甚至结构施工的安全。如何消除或修正这些误差，确保施工过程中的结构稳定安全，保证最终成桥受力状态基本符合理想状态，已经成为现

5、阶段大跨度预应力混凝土连续梁施工中的关键问题。因此大跨度连续梁施工时必须进行施工监控。根据连续梁施工的特点及要求，大跨度预应力混凝土连续梁施工控制内容主要可以分三个方面：（1）结构几何变形控制:桥梁结构尺寸控制是施工控制的基本要求。但结构在施工形成过程中均会产生变形，加上施工过程中各种误差的积累，从而任何一个结构都不可能达到与设计尺寸准确无误的吻合，所以要尽量减少结构尺寸与设计尺寸的偏差，将其降低到规范允许范围内。结构变形受很多因素的影响，施工过程中采取线形控制使桥梁顺利合拢，使其结构在施工中的实际位置与设计状态之间的偏差在容许范围内，成桥线形状态符合设计要求。（2）结构应力控制：结构应力的好

6、与坏，通过梁体外观检查不容易发现。但是应力是支撑桥梁自重与外界荷载的关键，如果结构实际应力状态与设计应力不符，将会对结构本身造成危害，甚至对结构带来破坏，相对于结构的变形影响更大，所以在对大跨度预应力混凝土连续梁进行施工控制时，尤其要注意对结构应力的监控。对于预应力结构，一般规定如下： 1）张拉机具与预应力材料（预应力筋、锚具、夹片、连接器等）应在进场时进行校验和检测，不符合要求的一律不得进场使用。张拉千斤顶与压力表配套校验使用。所用压力表的精度不宜低于1.5级；校验千斤顶的试验机或测力计的精度不得低于±2%。 2）预应力钢材在预加应力控制方法张拉时，应以伸长值进行校核，实际伸长值与

7、理论伸长值偏差应控制在6%以内。（3）结构稳定控制：桥梁结构的稳定直接关系到桥梁结构的安全，世界上曾经有过桥梁在施工过程中，由于结构失稳导致全桥破坏的例子，最典型的就是加拿大的魁北克大桥。该桥在南侧锚定桁架快要架完时，由于悬臂端下弦杆的腹板翘曲而发生突然崩塌坠落。因此大跨度连续梁施工中不仅要严格控制变形和应力，而且要严格控制施工各节段的结构局部及整体的稳定。施工过程中，除桥梁结构本身的稳定性必须得到控制外，施工过程中所用的支架、挂蓝、吊装系统等施工设施各项稳定系数也要满足要求。4跨渭蒲高速连续梁施工控制的影响因素及误差分析跨渭蒲高速连续梁是大西铁路客运专线渭洛河特大桥大跨度连续梁的重要组成部分

8、之一，主跨跨径100m，跨越渭蒲高速公路，边跨跨径60m，其中小里程侧跨越南干渠河道，现场施工场地条件有限，施工环境复杂多变，另外跨越运营中高速公路，对安全施工要求很高。结合现场的施工条件和施工环境分析影响施工控制的因素有以下几个方面：桥梁施工荷载；桥梁施工临时荷载；挂篮变形；温度影响；混凝土浇筑的控制；预应力施工。跨渭蒲高速连续梁采用悬臂施工，悬臂施工的“T”构桥一般分为起步段（0#块）、悬臂浇筑段、边跨现浇段和合拢段组成。其施工工艺一般分以下几个步骤：在主墩侧搭设满堂支架，支架预压消除永久变形后，在支架上部浇筑0#块，作为挂篮拼装场地。起步段的长度要求能满足2个挂篮同时施工的要求。拼装挂篮

9、，在挂篮上悬臂对称灌注其余梁段，逐段前进，对称梁段将要浇筑完成时，开始边跨现浇段施工，施工采用满堂支架法。边跨合拢段施工。中跨合拢段施工。梁体体系转换。其中对称悬臂段施工过程是一个周期循环的过程，每次阶段循环可以分为以下几个工况：挂篮就位调节模型；绑扎普通钢筋、安装内模、安装预应力筋及管道；混凝土浇筑及养护；预应力筋穿束张拉、孔道压浆；下落底模，挂篮前移。结合以上施工控制中的影响因素以及施工工艺流程分析施工控制误差如下：1、桥梁施工荷载影响：施工过程中，由于结构体系尚处于不稳定状态，施工偏载，过载等因素都会对梁体变形，节段应力及施工阶段梁体稳定性带来影响。悬臂施工时，两悬臂段挂篮对称布置，每套

10、挂篮加支架内模以及挂篮上部防护篮重量将近60t，但是主跨跨越渭蒲高速公路端，跨路施工防护体系未采用防护棚架，而是采用挂篮附着式防护体系，防护体系由钢板、槽钢、角钢、钢管以及钢丝网焊接拼装而成，直接悬吊在挂篮前后下托梁上，同挂篮结合为一个整体，每个防护体系重量为10t，这样就造成了悬臂施工两端重量不平衡，图纸设计说明要求悬臂施工时两端混凝土灌注不平衡量不超过20t，这就要求混凝土浇筑施工的过程中严格控制悬臂两端的不平衡量，浇筑时先控制两端重量平衡，即在边跨端先浇筑4m3混凝土，然后两悬臂端对称浇筑，保证悬臂两侧的重量基本平衡，尤其是悬臂段较长的后几个节段浇筑施工时更要严加控制悬臂两端不平衡量，必

11、要时可在边跨端配置与防护体系相当的配重物体，从而减少不平衡荷载对梁体挠度变形，节段应力及施工稳定性的影响。另外悬臂段挂篮体系前移行走时，也要严格控制由于不平衡荷载因力臂过长对梁底挠度变形及结构应力带来的影响甚至危害。另外跨渭蒲高速连续梁施工处于西北地区，秋冬季节风力风速较大，施工时要防范风荷载对结构稳定性的影响，对桥体预设通风孔道及时疏通，减少风荷载对结构稳定及结构自身内力的破坏。2、桥面临时荷载影响：连续梁施工过程中不可避免的会对梁体附加一些临时荷载，这些临时的荷载也会对连续梁施工控制过程带来影响，从而引起一些控制误差。一种相对于固定的，如卷扬机，压浆机，空压机，张拉机具，施工简易房等；第二

12、种是随机堆放的钢筋、钢管、型钢、锚具、方木、竹胶板等。这些荷载随机性比较大，变换性比较强，比较难控制计算荷载数据，因此对梁体施工变形、应力控制带来的误差也很难确定，可以在现场施工过程中，加强施工管理，尽可能保持桥面荷载的平衡性，减少不平衡荷载对梁体施工控制带来的误差影响。3、挂篮变形误差：挂篮体系由型钢构件拼装而成，其变形包括弹性变形和非弹性变形，非弹性变形相对难以控制，其主要由挂篮制作误差以及挂篮拼接构件连接处变形产生，挂篮安装完成，从结构安全和施工监控的角度考虑，首先要进行预压，以检验挂篮的受力性能和变形性能，预压要按最重梁段的重量的1.2倍压载，跨渭蒲高速连续梁4#段重量最大为159.6

13、25t，压载重量为191.55t，压载前测量挂篮底模标高，分级加载，每级加载完成后测量底模沉降， 预压完成后，可以消除部分非弹性变形，通过测量计算评估其弹性变形，为后续施工模型标高调节提供数据参考。由立模标高公式：Hlm=Hsj+Hypg+fgl 式中：Hlm立模标高； Hsj设计标高； Hypg计算所得的预抛高值； fgl挂篮变形值可知挂篮的变形值直接影响梁体的结构线形，弹性变形可以通过模板预抬量控制，而非弹性变形很难控制，会给梁体线形带来误差，节段施工误差的积累甚至影响梁体结构应力，因此要严加控制，可以在施工过程中对挂篮构件薄弱环节进行监控，发现问题及时加固处理，最大限度的减少挂篮变形对梁

14、体施工控制的影响。另外挂篮构件连续循环使用，构件疲劳变形也不能忽视，要经常检查各构件的变形情况，减少挂篮疲劳损坏对梁体施工控制带来的不利影响。4、温度影响：温度影响是施工控制中比较难控制的因素，温度的变化会影响到梁体挠度的变化，主要分两种情况：均匀温差变化；箱梁内外侧相对温差变化。跨渭蒲高速连续梁两个T构的前四个悬臂对称节段均为冬季施工，冬季气温较低，采用加设保温暖棚蒸汽养护设施，虽然采取保温设施，但混凝土浇筑养护及预应力施工都会因温度过低对梁体施工控制带来不利的影响，尽而对梁体线形，结构内力带来影响。另外跨渭蒲高速连续梁施工跨度大，施工时间跨度相对也大，先后经历了气温最冷和最热的两个季节，前

15、后温度变化巨大，梁体前后应力状态及挠度变形均不相同，对结构本身的应力系统有很大的影响。另外温度的变化还直接影响到挂篮的定位及合拢段的施工，给施工控制带来危害，因此要加强温度观测 ，掌握温度变化规律，避开不利温度环境，人为改变施工小范围内环境温度，为施工控制创造有利条件。5、混凝土施工误差：混凝土施工误差可以分为两个方面：混凝土本身质量及浇筑误差。跨渭蒲高速连续梁主梁采用C50混凝土，容重：24KN/m3，弹性模量：3.45×104MPa；混凝土施工时混凝土质量控制十分重要，混凝土自身质量直接影响梁体的强度和浇筑质量。混凝土坍落度过大，浇筑时容易骨料离析，产生骨料分配不均，另外混凝土流

16、动性过大，水分流失之后，容易引起蜂窝麻面，混凝土内部空隙大不密实；浇筑完成后直接影响强度上升，很难达到设计强度要求；当混凝土坍落度过小时，虽然强度能够满足设计要求，但是浇筑振捣过程相对比较困难，浇筑时容易出现振捣不密实，导致混凝土浇筑时出现蜂窝麻面，同时还可能产生浇筑空洞，出现露筋现象。混凝土坍落度过小过大都会直接影响混凝土的强度及结构外观，梁体混凝土强度不足又将直接造成结构应力不足，因此混凝土施工过程中要严格控制混凝土质量，入模坍落度以170-200mm为宜，尽量减少因混凝土自身原因对施工控制的影响。另外一方面的误差来自于混凝土的浇筑，首先是浇筑时顶板、底板混凝土厚度的误差以及模板变形造成浇

17、筑量的误差，这些误差同样不容忽视，一直以来，梁体增大跨度主要是靠减轻结构自身重量来实现的，浇筑时浇筑量加大会增加结构自身重量，造成过载或者偏载，影响结构不均匀变形，改变结构设计应力值，甚至对结构造成危害。因此，施工过程中要严格控制混凝土浇筑过程，改进施工工艺，减少因结构尺寸变化对梁体施工控制带来的影响。另外浇筑时由于梁体结构钢筋密集，振捣要充分，不能出现过振或漏振的现象，保证梁体结构混凝土密实。6、预应力施工控制：梁体预应力施工是跨渭蒲高速连续梁施工控制中的重中之重，众所周知，连续梁支撑受力主要来自于预应力体系，因此做好预应力施工控制尤为重要。预应力施工的控制可以分以下几个方面：预应力原材控制

18、、预应力筋安装控制、预应力张拉控制、预应力孔道压浆控制。第一，预应力原材控制，跨渭蒲高速连续梁采用三向预应力体系，分别为纵向，竖向和横向，其中纵向横向采用15.2mm低松弛钢绞线，弹性模量：Ep=195GPa，标准抗拉强度fpk=1860MPa；竖向预应力筋采用25mm精轧螺纹钢筋，抗拉极限强度为785MPa；另外还有预应力锚固体系（锚具、夹片等），预应力原材进场前必须做试验检测，预应力筋以30t为一批次，检测符合要求后才可进场使用，预应力材料进场后必须保持清洁，在存放和使用过程中应避免机械损伤和锈蚀，锚具夹具等按规格型号堆放在通风良好的仓库内，成品半成品在堆放、运输、装卸和施工期间严禁碰撞、

19、踩压、摔掷和拖拉，并要避免锈蚀、玷污、散失，吊装时不得单点吊装，防止预应力原材发生损坏，在预应力张拉施工时不能施加足够的力，从而影响结构内力及变形。 第二，预应力筋安装控制：预应力筋及预应力管道安装定位是预应力施工控制的重点，安装定位位置正确与否直接影响梁体结构内部应力状态是否符合设计要求，尤其是预应力筋有平弯和竖弯时，很难控制预应力筋的位置，但是预应力筋及预应力管道位置不正会在预应力张拉时增大磨阻系数，增加各项预应力损失，从而使梁体实际应力状态与设计应力状态相差较大，不能满足预加应力值的理想状态，影响结构变形，甚至影响结构体系的稳定。因此预应力筋及预应力管道安装定位必须严格按坐标控制，使其定

20、位偏差在容许范围内。 第三，预应力张拉控制：预应力张拉是预应力施工的最重要组成部分，也是最容易出想误差的施工环节，张拉成败与否直接影响梁体结构受力，因此对预应力张拉过程要严加控制。张拉必须满足以下要求才能开始施工：首先梁体混凝土强度要达到设计值的95%、弹性模量达到设计值的100%，且必须保证张拉时混凝土龄期大于5天；张拉机具必须经过校验，并且在有效使用期内，检查预应力锚具夹具是否有损害。满足以上要求后才可以开始预应力张拉施工，施工时张拉千斤顶必须与油表相对应，准确计算每级张拉施加力与千斤顶所对应的油表读数，预施应力时采用两端同步张拉，并左右对称进行，最大不平衡束不超过1束。张拉分三级加载，每

21、级加载时准确施加预加力，每级加载完成后量取油缸伸长量及工具夹片外露量，张拉荷载达到终张值时，持荷五分钟，然后将荷载补拉到设计值，量取最终油缸伸长量及工具夹片外露量，根据现场量取数值校核伸长值，检算伸长值较设计值偏差是否在±6%范围之内，如果相差较大，查找原因，欠张拉的可将张拉荷载加载至设计值的1.05倍，超张拉的分析原因，及时调整。张拉过程中要仔细观察预应力筋及锚固体系是否有损坏，发现损坏时及时更换调整。预应力张拉要按顺序进行，三向预应力先纵向，后竖向，再横向，张拉先腹板束，后顶板束。张拉时为消除误差，要严格控制油表读数，及时标定千斤顶和油表，还要疏通预应力管道减少管道摩阻力，必要时

22、对预应力筋进行二次张拉。第四，预应力孔道压浆控制：预应力张拉完成后，为防止应力松弛，将强对预应力筋的保护，张拉完成后48h内要对预应力管道进行压浆密实。管道压浆前要清除预应力管道内的杂物及积水，水泥浆搅拌结束至压入管道的时间间隔不应超过40min，冬季压浆时要采取保温措施，压浆后三天内，梁体及环境温度不得低于5度。压浆采用真空压浆，先用真空泵将管道内抽成真空度满足-0.06-0.10MPa，然后开启压浆机压浆，浆体按照施工配合比配制，配制时严格控制水泥，压浆剂和水的量，到出浆口流出的浆体与压浆口的一致时，关闭出浆口，压力控制在0.50-0.60MPa，持压23分钟，即可停止。压浆必须保持管道密

23、实，从而减少应力松弛对梁体施工控制的影响。预应力施工工序相对比较复杂，但是是梁体施工过程中的重要环节，因此控制好预应力施工环节是连续梁施工控制的重点。5跨渭蒲高速连续梁施工控制关键工序悬臂浇筑连续梁施工关键工序控制十分重要，直接影响梁体施工的安全与质量，因此连续梁施工过程中要加强关键工序的控制。悬臂浇筑连续梁施工关键施工工序主要包括：支架挂篮预压、模板安装、普通钢筋及预应力钢筋安装、混凝土浇筑及养护、预应力施工、合拢段施工等。下面对连续梁施工的关键工序作简要分析。1、支架挂篮预压：悬臂浇筑连续梁施工中0#块及边跨现浇段采用满堂支架施工，悬臂段采用轻型三角挂篮施工，支架体系及挂篮拼装完成检查结构

24、完成后都要对其进行荷载预压，荷载预压的主要目的是消除体系的部分永久变形，测算其弹性变形，检验支托体系及下部基础承载的安全性。预压时按最大设计施工荷载的1.2倍预压荷载，压载前测量底模标高，预压分三级加载，分别按设计荷载的60%、100%、120%加载，每级加载完成后测量底模标高，卸载也分级进行，卸载过程中测量控制底模标高。2、模板安装：模板的安装直接影响结构的几何尺寸及外观质量，甚至影响结构的稳定性，因此施工过程中要严加控制，减少模板支护对结构尺寸外观的影响。模板的强度刚度稳定性、接缝等要符合施工要求，施工时严格控制立模的中线和高程，结构复杂的部位加强模板拼接及加固，钢筋密集的部位为了混凝土浇

25、筑的振捣方便，在模板的适当位置“开天窗”。3、普通钢筋及预应力钢筋安装：普通钢筋的安装首先要满足设计图纸对钢筋结构安装的要求，同时要满足规范及验收标准的一般要求。当预应力钢筋与普通钢筋位置相冲突的时候，适当移动普通钢筋，不得随意截断普通钢筋。钢筋安装要放线架立，准确定位钢筋的位置。普通钢筋绑扎按先底腹板后顶板的顺序。节段施工梁端连接钢筋位置按50%错开。悬臂施工的连续梁采用三向预应力体系，预应力钢筋安装定位要求十分严格，预应力钢筋位置不正确，直接影响梁体结构内部应力，因此施工时严格控制预应力钢筋质量，不得电焊烧割处理预应力钢筋，管道安装按坐标定位，波纹管定位完成后，要用普通钢筋加固预应力管道，防止后续施工中管道移动错位，严格控制预应力筋的保护层厚度，混凝土施工前严格检查波纹管道不能有任何破损开口，接头位置牢固严密，防止混凝土浆体进入管道影响后续预应力筋张拉及管道压浆，混凝土施工时注意对波纹管道的保护。三向预应力位置冲突时，首先保证纵向管道位置。4、混凝土浇筑及养护：混凝土浇筑过程