预应力混凝土连续梁桥悬臂浇筑施工知识讲座

预应力混凝土连续梁桥悬臂浇筑施工知识讲座

吴文清

东南大学交通学院桥梁与隧道工程研究所

2004.12.06第一部分连续梁桥悬臂施工的一般知识前言用挂篮悬臂施工的主要工作内容包括：在墩顶浇筑起步梁段(0#块)，在起步梁段上拼装悬灌挂篮并依次分段悬浇梁段；边跨及中跨合拢。一、移动式悬臂施工挂篮简介(一)施工挂篮的构造挂篮是一个能沿梁顶滑动或滚动的承重构架，其锚固悬挂在已施工梁段上，在挂篮上可进行下一梁段的模板、钢筋、预应力管道的安设，混凝土灌注和预应力张拉，灌浆等作业。完成一个阶段的循环后，挂篮即可前移并固定，进行下一阶段的悬灌，如此循环直至悬臂灌注完成。1.挂篮分类挂篮按构造形式可分为桁架式(包括平弦无平衡重式、菱形、弓弦式)、斜拉式、型钢式及混合式四种；挂篮按抗倾覆平衡式可分为压重式、锚固式和半压重锚固式三种；按挂篮走行方法可分为一次走行到位和两次走行到位两种；按其移动方式可分为滚动式、滑动式和组合式三种。几种主要的挂篮结构如图5-1~5-6所示。图5-1平行桁架式挂篮图5-2平弦无平衡重挂篮2.挂篮结构的特点主要两种挂篮特点：(1)平行桁架式挂篮平行桁架式挂篮的上部构造一般为一等高桁架梁，其受力特点是：底模平台及侧模支架所承重均由前后吊杆垂直传至桁架节点和箱梁底板上，故又称为吊篮式结构，桁架在梁顶用压重或锚固或者二者兼之来解决倾覆稳定问题，桁架本身为受弯结构。(2)三角形组合挂篮三角形组合梁挂篮是在平行桁架式挂篮的基础上，将受弯桁架改为三角形组合梁结构。又由于其斜拉杆的拉力作用，大大降低了主梁的弯矩，从而使主梁能采用单构实体型钢，由于挂篮上部结构轻盈，除尾部锚固外，还需较大压重。其底模平台及侧模支架等的承重传力与平行桁架式挂篮基本相同。二、用挂篮悬臂灌注施工的主要工艺程序及其特点用挂篮进行梁段悬浇施工的主要工艺程序为：灌注0号段；拼装挂篮；

灌注1号段；挂篮前移、调整、锚固；

灌注下一梁段；

依次类推完成悬臂灌注；

挂篮拆除改为吊架进行边跨合拢以及中跨合拢等。以下对各段施工的主要特点进行介绍:(一)0号段的浇筑0号段位于桥墩上方，灌注0号段相当于给挂篮提供一个安装场地。0号段一般需在桥墩两侧设托架或支架现浇，如图所示。注意对支架进行适当预压。立0号段底模时，同时安装支座及防倾覆锚固装置。如图5-12所示。(二)拼装挂篮挂篮运至工地后，应在试拼台上试拼，以发现由于制作不精良及运输中变形造成的问题，保证正式安装时的顺利及工程进度。如图5-16。三角形挂篮基本安装步骤在0号段上安装梁顶滑道，然后安装支座及三角形组合梁，并将其梁尾部相连并锚固，配置压重。吊挂相应调带(杆)。将底模平台及侧模支架作为整体起吊，与相应吊点相连结，后下横梁则用吊杆支撑在箱梁底板上。将内部定模吊挂在前后吊杆上。从2号段开始，两挂篮分开作业，其尾部各安装接长梁,并将主梁后端锚固在箱梁顶面上.(三)梁段混凝土的浇筑梁段混凝土的悬臂浇筑一般用泵送，塌落度一般控制在14-18cm，并应随温度变化及运输和浇注速度作适当调整。其注意事项如下：箱梁各阶段混凝土在灌注前，必须严格检查挂篮中线，挂篮底模标高；纵、横、竖三向预应力束管道；钢筋、锚头、预埋件的位置，认真核对无误后方可灌注混凝土。

箱梁各阶段立模标高＝设计标高＋预拱度＋挂篮满载后自身变形+调整值。后灌注的梁段应在已施工梁段有关实测结果的基础上作适当调整，已逐渐消除误差，保证结构线性匀顺。若能全断面一次灌注最好，否则应按以下顺序灌注。(1)二次灌注：第一次由底板至腹板下承托；第二次为剩余部分。(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预应力管道密集处以上，第三次由腹板上承托至顶板。混凝土的灌注宜先从挂篮前端开始，以使挂篮的微小变形大部分实现，从而避免新、旧混凝土间产生裂缝。各阶段预应力束管道在灌混凝土前，宜在波纹管内插入硬塑管作衬填，以防管道被压扁；管道的定位钢筋应用短钢筋做成井字形，并与箱梁钢筋网妥为固定，定位钢筋网架间距应保持在0.2-0.8m左右，以防混凝土振捣过程中波纹管道上浮，引起预应力张拉时产生沿管道法向的分力，轻则产生梁体的内力分布不合理，重则产生混凝土崩裂，酿成严重事故。施工时应在挂篮上设风雨蓬，避免混凝土因日晒雨淋而严重影响质量。冬季施工应备保温设施。有条件时，挂篮可以配备能保证全天候作业的设备，以提高作业效率和保证质量。箱梁混凝土灌注完毕后，立即用通孔器检查管道，处理因万一漏浆等情况出现的堵管现象。三、预应力混凝土连续梁悬灌施工的合拢(一)预应力混凝土连续梁的合拢程序1.从一岸顺序悬灌、合拢，如图5-17所示。这种方法可使施工机具、设备及材料从一岸通过已成结构直接运输到作用面或附近；另外，在施工期间，单T构悬灌完成后很快合拢，形成整体，故未成桥前结构的稳定性和刚度较强。当作业面较少，对工期较紧者不适用。2.从两岸向中间悬灌、合拢此法与上述的区别在于其可增加一个作用面，故施工速度响应加快。3.按T构－连续梁顺序合拢，参见图5-18。此法的具体程序是将所有悬臂施工部分由简单到复杂的连接起来，最后在边跨或次中跨合拢。其优点是对于大跨和多跨连续梁施工，能尽可能多的布置工作面，也可对称的悬灌和合拢，故对工期较紧和长联连续梁施工较为适用，此外，由于可对称的悬灌和合拢，故对结构受力及内力分析较为有利，对收缩徐变的控制尤其如此。图5-18按T构－连续梁顺序合拢

应当指出的是，不同的悬灌和合拢程序，其引起的结构恒载内力不同，体系转换时有徐变引起的内力重分布也不相同，故采用不同的悬灌和合拢程序将在结构中产生不同的最终恒载内力，对此应在设计和施工中予以充分考虑。(二)预应力混凝土连续梁的合拢技术措施连续梁合拢前的墩、梁临时固结约束措施利用悬灌时梁与墩的双排预应力锚杆和临时支座固结，即将锚杆的下端预埋在墩顶，灌注混凝土时混凝土等强后予以张拉锚固，即形成约束。如图5-19。将活动支座的顶、底板在顺桥向的两侧用钢板临时钢结，形成固结的约束，见图5-20。

合拢口的临时锁定支撑内外刚性支撑锁定措施如图5-21，这种锁定是在箱梁顶、底板的顶面预埋钢板，将外刚性支撑焊接(或栓结)在其上；并在箱梁顶、底板中央纵向设置内刚性支撑共同锁定合拢口。因内刚性支撑仅能抗压且吸收部分预应力，且用钢量较多，故已不多用。外(或内)刚性支撑和张拉临时束共同锁定即除用外(或内)刚性支撑锁定外，再利用永久性的部分预应力束临时张拉，以抵抗降温时产生的收缩变形仅设刚性外（或内）刚性支撑锁定即根据实际受力要求，仅布置外（或内）刚性支撑即可满足要求时，可仅用一种锁定措施。例如边跨若采用膺架法灌注混凝土时，其合拢口另侧的现浇混凝土长度一般较短，加之低温合拢，以及膺架对边跨的摩阻力作用，往往就可仅用外（或内）刚性支撑即可抵抗升温时的膨胀力。(三)预应力混凝土连续梁的合拢

施工要点掌握合拢期间的气温预报情况，测试分析气温变化规律，以确定合拢时间并为选择合拢锁定方式提供依据。根据结构情况及梁温的可能变化情况，选定适宜的合拢方式并作力学检算。选择日气温较低、温度变化幅度较小时锁定合拢口并灌注合拢段混凝土。合拢口的锁定，应迅速、对称地进行，先将外刚性支撑一段与梁端预埋件焊接（或栓接），而后迅速将外刚性支撑另一端与梁连接，临时预应力束也应随之快速张拉。在合拢口锁定后，立即释放一侧的固结约束，使梁一端在合拢口锁定的连接下能沿支座左右伸缩。合拢口混凝土宜比梁体提高一级，并要求早强，最好采用微膨胀混凝土，并须作特殊配比设计，浇注时应认真振捣和养护。为保证浇筑混凝土过程中，合拢口始终处于稳定状态，必要时浇注之前可在各悬臂端加与混凝土重量相等的配重，加、卸载均应对称梁轴线进行。混凝土达到设计要求的强度后，解除另一端的支座临时固结约束，完成体系转换，然后按设计要求张拉全桥剩余预应力束，当利用永久束时，只需按设计顺序将其补拉至设计张拉力即可。临时束的张拉力一般宜在0.45-0.5Rjy，以防在合拢过程中预应力束过载报废而需要重新更换新束。第一部分结束第二部分预应力混凝土连续粱桥、连续刚构桥悬臂施工控制悬臂施工法是预应力混凝土连续粱桥、连续刚构桥的主要施工方法。采用悬臂施工法施工有若干关键问题需要解决。例如：如何保证合拢前两悬臂端竖向挠度的偏差和主梁轴线的横向偏移不超过容许范围；如何保证合拢后的桥面线形良好；如何避免施工中主梁截面出现过大的应力；……，这些问题若处理不当，不仅会对结构受力不利，而且可能会使主粱粱底曲线不顺畅，形成永久性缺陷而影响外形美观。为了解决好这些问题，唯一的办法就是对施工过程实施控制

一、连续梁桥、连续刚构桥施工控制的目的、内容施工控制的目的

定义：施工控制就是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段计算，确定出每个悬浇节段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调整，以此来保证成桥后桥面线形、合拢段两悬臂端标高的相对偏差不大于规定值以及结构内力状态符合设计要求。

目的：桥梁施工控制的目的就是确保施工过程中结构的可靠度和安全性，保证桥梁成桥桥面线形及受力状态符合设计要求。(二)施工控制的内容内容：变形控制和内力控制。变形控制就是严格控制每一节段箱粱的竖向挠度及其横向偏移，若有偏差并且偏差较大时，就必须立即进行误差分析并确定调整方法，为下一节段更为精确的施工做好准备工作。关于控制方法，针对不同情况亦必然有所差异。内力控制则是控制主粱在施工过程中以及成桥后的应力，尤其是合拢时间的控制，使其不致过大而偏于不安全，甚至在施工过程中造成主粱破坏。连续粱桥、连续刚构梁桥施工控制主要体现在施工控制模拟结构分析、施工监测(包括结构变形与应力监测)、施工误差分析以及后续状态预测几个方面。二、施工控制结构分析(计算)为了达到施工控制的目的，我们首先必须通过施工控制计算来确定桥梁结构施工过程中每个阶段在受力和变形方面的理想状态(施工阶段理想状态)，以此为依据来控制施工过程中每个阶段的结构行为，使其最终成桥线形和受力状态满足设计要求。(一)施工控制结构计算的一般原则预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥的施工控制计算除了必须满足与实际施工相符合的基本要求外，还要考虑诸多相关的其他因素。

1．施工方案：由于连续梁桥、连续刚构桥的恒载内力与施工方法和架设程序密切相关，施工控制计算前应首先对施工方法和架设程序作一番较为深入地研究，并对主梁架设期间的施工和在给出一个较为精确的数值。

2．计算图式：连续梁桥一般要经过墩粱固接悬臂施工合拢解除墩梁固接中跨合拢的过程；连续刚构桥也需经过悬臂施工和数次合拢。可见，在施工过程中结构体系不断地发生变化，因此在各个施工阶段应根据符合实际状况的结构体系和荷载状况选择正确的计算图式进行分析、计算。3．结构分析程序：对连续梁桥、连续刚构桥的施工控制计算而言，采用平面结构分析方法基本可以满足实际施工控制的需要。

4．非线性影响：非线性对中小跨连续梁桥、连续刚构桥的影响可以忽略不计，对对大跨进则有必要考虑非线性的影响。

5．预加应力影响：预加应力直接影响结构的受力与变形，施工控制中应在设计要求的基础上，充分考虑预应力的实际施加程度。6．混凝土收缩、徐变的影响：连续梁桥、连续刚构桥必须计入混凝土收缩、徐变对变形的影响。

7.温度：温度对结构的影响是复杂的，通常的做法是对季节性温差在计算中予以考虑，对日照温差则在观测中采取一些措施予以消除，减小其影响。8、施工进度：施工控制计算须按实际的施工进度以及确切地预计合龙时间分别考虑各个部分的混凝土徐变变形。(二)施工控制的结构计算方法桥梁施工控制中的结构分析方法包括前进分析法、倒退分析法以及无应力状态法。对于分节段悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续粱桥、连续刚构桥，施工控制结构计算的计算方法也采用前进分析法和倒退分析法。1．前进分析法为了计算出桥梁结构在成桥后的受力状态，只有根据实际结构的配筋情况和既定施工方案逐个阶段地进行计算，最终才能得到成桥结构的受力状态和变形情况。这种计算方法的特点是：随着施工阶段的推进，结构形式、边界约束、荷载形式在不断地改变，前期结构将发生徐变，其几何位置也在改变，因此，前一阶段的结构状态将是本次施工阶段结构分析的基础。我们将这种按施工阶段前后次序进行的结构分析方法称为前进分析法。前进分析法能够较好地模拟桥梁结构的实际施工历程。下面我们就介绍一下悬臂浇筑施工的预应力棍簇土连续刚构桥的前进分析计算。结构分析的基本步骤1)确定结构初始状态：主要包括：中跨、边跨(次边跨)的大小、桥面线形、桥墩的高度、横截面信息、材料信息、约束信息、预应力索信息、混凝土徐变信息、施工临时荷载信息、二期恒载信息、体系转换信息等。2)基础、桥墩和0号块浇筑完成：计算已浇筑部分在自重和外加荷载作用下的变形和内力。3)在每一个桥墩上对称地依次悬臂浇筑各个块件，直到悬臂浇筑完成，挂篮拆除。计算每一次悬臂浇筑时结构的变形和内力，每一阶段计算均依照上一阶段结束时结构变形后的几何形状为基础。

4)进行边跨合拢(次边跨合拢)、中跨合拢，计算这几个主要阶段结构的内力和变形。5)桥面铺装：计算二期恒载作用下结构的内力与变形。前进分析法在一个施工阶段中，新拼装的杆件用激活两个结点间的新单元进行模拟，计算是对施工阶段循环进行，循环结束时分析结果可以是成桥若干年后结构的受力状态。前进分析程序系统见图7—l。(三)立模标高的确定在主粱的悬臂浇筑过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到主梁的线形是否平顾、是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立摸标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确的控制，则最终桥面线形较为良好；如果考虑的因素与实际情况不符合，控制不力，则最终桥面线形会与设计线形有较大的偏差。众所周知，立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，总要设一定的预拱度，以抵消施工中产生的各种变性(挠度)。其计算公式如下：成桥后预计标高的计算公式为：二、施工控制监测(一)施工监测的目的施工监测是施工监控的重要组成部分。大跨径预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥施工监测的目的就是在悬臂施工过程中，通过监测主墩和主梁结构在各个施工阶段的应力和变形来达到及时了解结构实际行为的目的。根据监测所获得的数据，首先确保结构的安全和稳定，其次保证结构的受力合理和线形平顺，为大桥安全、顺利地建成提供技术保障。1.主粱结构部分设计参数的测定在此只考虑主要的、而且可测定的参数。具体测定工作的进行，应根据该桥所在的自然环境情况、所用材料情况、施工工艺及工序情况来加以测定。需测定的参数如下：

(1)混凝土弹性模量；

(2)预应力钢绞线弹性模量；

(3)混凝土容重；

(4)混凝土收缩徐变系数；

(5)材料热胀系数；

(6)施工临时荷载；2．主粱结构变形监测箱梁每一节段悬臂施工过程中，应进行至少以下3个工况的挠度测量和高程控制测量：（1）挂篮就位立模板及浇筑箱梁混凝土前；（2）浇筑箱梁混凝土后，纵向预应力钢束张拉前；（3）纵向预应力钢束张拉后；

为了尽量减少温度对观测的影响．观测时间安排在早晨太阳出来之前。在施工过程中，对每一节段需进行数次(至少一次)的观测，以便观察各点的挠度及箱梁梁轴曲线的变化历程，以保证箱檗悬臂端的合拢精度及桥面的线形。

以上测量工况，除对当前施工节段进行高程测量外，同时对已施工的连续3个节段同时进行高程测量，以得到箱梁节段累计实际变形。3．主粱应力监测在大跨度预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥上，主要测试大桥的桥墩和箱梁截面的应力。一般来说，桥墩上测点布置在墩底、横系梁及墩顶截面处，主粱上视跨度而定，测点可布置在悬臂根部、L／4，L／2等关键截面上。测试仪器有各种应变仪(应变片)、测力计、应变式测力传感器，钢弦式应力计等。4．温度观测温度变化包括季节温度变化和日照温度变化两个部分。在季节温度变