大跨徑連續(xù)梁不對稱懸臂施工若干問題探討

喻文杰

（中鐵二十四局集團新余工程有限公司 江西新余 338025）

1 引言

大跨徑預應力鋼筋混凝土連續(xù)梁橋是現(xiàn)代高速鐵路（公路）工程中的主流橋型之一。懸臂施工法因其具有經濟、高效、不中斷橋下交通以及對施工環(huán)境要求較低等特點得到了越來越廣泛的應用。懸臂施工法已成為當今連續(xù)梁橋主要的施工方法［1－3］。

在懸臂澆筑連續(xù)梁施工過程中，梁體各節(jié)段會受到多種荷載及相關因素的耦合影響，包括本節(jié)段自重、其他節(jié)段的重量、預應力、混凝土收縮徐變、臨時施工荷載、結構體系轉換所造成的二次應力等［4－7］。為減小懸臂施工過程中結構所承受的不利荷載效應，現(xiàn)行施工技術規(guī)范規(guī)定，橋墩兩側梁段懸臂施工應對稱平衡，平衡偏差不得大于設計要求［8－10］?？梢?，如何減小連續(xù)梁橋上部結構各施工節(jié)段對橋墩和梁體本身的不利影響是連續(xù)梁懸臂施工過程中不可回避的關鍵問題之一［11－12］。

為使連續(xù)梁懸臂施工過程中橋墩兩側的懸臂梁體對稱平衡，通常將連續(xù)梁橋設計成對稱結構。然而，由于受環(huán)境條件、施工難度、施工成本和工期等因素限制，有時難以將連續(xù)梁橋設計成對稱結構，尤其是邊墩較高的連續(xù)梁橋［7］。對于這類高邊墩連續(xù)梁橋，為了降低施工難度和施工成本，有時只能將其上部梁體設計成非對稱結構形式的連續(xù)梁，即橋墩兩側梁體的懸臂施工節(jié)段數量或長度不相同的結構。

本文以某大跨徑預應力鋼筋混凝土連續(xù)梁橋為基礎，探討大跨徑連續(xù)梁不對稱懸臂施工過程中出現(xiàn)的一些問題。

2 工程背景及施工工況

2.1 結構概況

圖1為某高速鐵路大跨徑預應力鋼筋混凝土連續(xù)梁橋，其主梁的設計計算跨徑為（56＋96＋56）m連續(xù)梁。該連續(xù)梁采用單箱單室、變高度、變截面箱梁。其中，中跨主梁的中部10 m范圍和邊跨端部13.7 m范圍內采用梁高為4.7 m的等高度梁段，中墩附近的梁高為7.7 m，其余梁段的截面高度按二次拋物線變化。箱梁底寬6.4 m，頂板寬11.8 m。

該連續(xù)梁橋的梁體節(jié)段劃分情況如圖2所示，可以看出本橋屬于非對稱懸臂施工連續(xù)梁橋。

圖2 梁體1/2正立面及節(jié)段編號（單位：cm）

梁體采用C55混凝土，在懸臂施工過程中，采用“臨時支承”將梁體與橋墩臨時錨固。臨時支承采用的混凝土強度等級為C55，中間設置10 cm厚的硫磺水泥砂漿，強度等級為M40。

2.2 基本施工工況

本橋上部結構（梁體）采用懸臂澆筑法施工，其主要施工工況：

（1）在中墩頂（圖1 中的 2＃、3＃橋墩）托架上澆筑0號梁段，并采用臨時支承將0號梁段與中墩臨時錨固。

（2）在中墩兩側對稱懸臂澆筑梁體其余節(jié)段，至a11、b11號梁段。

（3）利用掛籃合龍中跨。

（4）在中跨跨中18 m范圍內按8 t/m施加臨時壓重。

（5）拆除0號梁段與中墩間的臨時錨固。

（6）懸臂澆筑a12號梁。

（7）在邊墩（圖 1中1＃、4＃墩）托架上澆筑 a14號節(jié)段。

（8）利用掛籃合龍邊跨。

3 仿真分析模型

采用變截面3D梁單元模擬該橋的主梁及橋墩構件，梁體內的預應力鋼束采用預應力荷載單元模擬。

對于預應力鋼筋混凝土結構的收縮徐變效應，本次計算按現(xiàn)行橋梁設計規(guī)范考慮?？紤]到基礎采用的是嵌巖樁基礎，施工過程中不考慮基礎沉降，其懸臂施工數字模型的邊界條件近似按墩底與承臺固結考慮。

基于上述原則，所創(chuàng)建的背景工程懸臂施工三維數字仿真分析總體模型如圖3所示，由133個梁單元、224個預應力鋼束單元組成。

圖3 仿真分析總體模型

4 懸臂施工中主要問題分析

4.1 臨時壓重對梁體施工撓度的影響

對于非對稱結構的連續(xù)梁橋，為減小因懸臂施工邊跨不平衡梁體節(jié)段對結構的不利影響，通常須在中跨跨中附近一定范圍內施加臨時平衡壓重（以下簡稱為“臨時壓重”）。文中背景工程的設計臨時壓重為：在中跨跨中18 m范圍內分別施加8 t/m的臨時壓重。

為便于定量分析臨時壓重對拆除墩梁臨時支承后梁體施工撓度的影響效應，本文分別計算了在中跨跨中18 m范圍內施加8 t/m和16 t/m兩種臨時壓重條件下，采用相同施工工況時，懸臂澆筑邊跨不平衡梁段（a12號節(jié)段）過程中，梁體懸臂端的施工撓度。表1為非對稱懸臂施工仿真分析結果。

表1 不同臨時壓重下懸臂梁施工撓度對比

表1結果表明：

（1）兩種臨時壓重條件下，梁體懸臂端最大施工撓度分別為－9.67 cm和－9.34 cm，梁體懸臂端施工撓度較大。

（2）兩種臨時壓重條件下，懸臂施工不平衡梁段過程中，梁體懸臂端最大施工撓度變化幅值分別為11.53 cm和13.47 cm，梁體懸臂端施工撓度變化幅度偏大。

（3）中跨跨中臨時壓重增加一倍（由8 t/m增加至16 t/m）后，梁體懸臂端最大施工撓度由9.67 cm減小為9.34 cm，僅降低了約3.5%?？梢姡龃笈R時壓重對減小梁體懸臂端施工撓度的作用不明顯。

（4）梁體懸臂端的施工撓度變位幅值隨中跨跨中臨時壓重的增加而增大?？梢?，簡單地增加跨中臨時壓重，不利于大跨徑連續(xù)梁非對稱懸臂施工的安全。

4.2 墩梁臨時錨固拆除時機對梁體施工撓度的影響

墩梁臨時錨固的拆除工況是連續(xù)梁懸臂施工過程中關鍵環(huán)節(jié)之一。根據臨時錨固拆除時機，對應的工況分別為：①在連續(xù)梁中跨合龍后，邊跨不平衡梁段施工前，拆除墩梁臨時支承；②完成不平衡梁段施工且邊跨合龍后，再拆除墩梁臨時支承。為便于敘述，分別稱為“支承先期拆除工況”和“支承后期拆除工況”。

兩種不同臨時支承拆除工況下，本橋梁體懸臂端施工撓度仿真計算結果見表2。

表2 不同墩梁臨時錨固拆除工況下懸臂梁施工撓度對比

表2結果表明：

（1）支承先期拆除工況中的梁體懸臂端最大施工撓度為－9.67 cm，支承后期拆除工況中的梁體懸臂端最大施工撓度為－2.37 cm，后者僅為前者的24.5%。

（2）支承先期拆除工況中的梁體懸臂端最大施工撓度變化幅值為13.47 cm，支承后期拆除工況中的梁體懸臂端最大施工撓度變化幅值為2.79 cm，后者僅為前者的20.7%。

可見，支承后期拆除工況可有效降低梁體懸臂端施工撓度及其撓度變化幅值。

4.3 環(huán)境溫差對臨時支承的影響

相對于橋墩和梁體的承載能力而言，臨時支承相對較弱。為此，本節(jié)定量分析臨時支承在環(huán)境溫差因素下的受力情況。

表3為非對稱連續(xù)梁在中跨合龍后，不同環(huán)境溫差條件下臨時支承內的應力計算結果。為節(jié)省篇幅，表中僅列出部分仿真分析結果。

表3 不同環(huán)境溫差下臨時支承應力值

表3中數據表明：在懸臂施工連續(xù)梁不平衡節(jié)段的過程中，當相對于中跨合龍時的環(huán)境溫差低于－15℃時，部分臨時支承中的最大應力已超出相關規(guī)范允許值；但在相同溫差的升溫（＋15℃）條件下，臨時支承中的應力尚能滿足規(guī)范要求。

由此發(fā)現(xiàn)以下兩個特點：

（1）在中跨合龍后的非對稱懸臂施工過程中，環(huán)境降溫（相對于中跨合龍時的溫度）會導致臨時支承應力增大。因此，施工中應選擇相對溫度較低的時段澆筑連續(xù)梁中跨合龍段。

（2）當相對于中跨合龍時的環(huán)境降溫幅度大于某極限數值（臨界溫差）時，臨時支承中的應力將超出規(guī)范允許值，因此懸臂施工中須避免這種狀況出現(xiàn)。不同構造的連續(xù)梁橋的臨界溫差需要分別計算。

5 結論

對于大跨連續(xù)梁不對稱懸臂施工，探討分析跨中臨時壓重、墩梁臨時錨固拆除時機、環(huán)境溫差等因素對橋梁結構的影響效應，主要研究結論如下：

（1）對于采用中跨合龍后就立即拆除臨時支承的大跨非對稱連續(xù)梁橋，在懸臂施工其不平衡梁段的過程中，梁體懸臂端的施工撓度和撓度變化幅度均偏大；增大連續(xù)梁中跨跨中臨時壓重對減小梁體懸臂端施工撓度的作用不明顯，且簡單地增大中跨跨中臨時壓重不利于大跨徑連續(xù)梁非對稱懸臂施工的安全。

（2）大跨徑連續(xù)梁非對稱懸臂施工過程中，將墩梁臨時錨固拆除時機設置于不平衡梁段及邊跨合龍段均澆筑完成之后，可以有效降低梁體懸臂端最大施工撓度及其撓度變化幅值，從而提高懸臂施工的安全性，降低施工難度。

（3）對于采用邊跨合龍后再拆除臨時支承的大跨徑預應力鋼筋混凝土非對稱連續(xù)梁橋，在其中跨合龍后的非對稱懸臂施工過程中，環(huán)境降溫（相對于中跨合龍時的溫度）會導致臨時支承中的應力增大，且當環(huán)境降溫幅度大于某極限數值（臨界溫差）時，臨時支承中的應力將超出規(guī)范允許值。因此，應選擇相對溫度較低的時段澆筑中跨合龍段，并確保后續(xù)懸臂施工過程中的環(huán)境降溫幅度小于臨界溫差。