曲线超高段预应力混凝土连续梁挂篮施工线型控制技术

曲线超高段预应力混凝土连续梁挂篮施工线型控制技术

贾晓亮

中铁上海工程局集团市政环保工程有限公司，上海 201906

摘要：项目通过对新河港主桥复杂线型连续梁施工过程中挂篮模架特殊设计处理以及如何将挂篮尽可能进行系列化、规格化设计，提高其利用率等方面的工艺进行总结，形成研究成果，为类似桥梁施工提供借鉴参考。通过对复杂线形连续梁施工的挂篮结构设计及悬臂施工工艺的研究总结，实现复杂线形段连续梁桥的顺利悬浇施工。

关键词：曲线；连续梁；挂篮；线形；监控

引言

崇明大道西起城桥镇一江山路，东至陈家镇揽海路，道路全长约38公里。道路等级为城市主干道，红线宽度为40-50m，设计行车速度城镇段为40-60km/h、公路段为80km/h，双向4-6车道。

其中新河港大桥为崇明大道沿线一关键控制工程，新河港主桥上部结构采用三跨预应力混凝土变截面连续箱梁。与常规连续梁桥相比，本桥几乎涵盖所有可能出现的复杂线形形式，另外本桥为崇明大道沿线“一桥一景”重要一环，属景观桥梁，对外观要求较高，如此复杂的线形及施工要求给连续梁挂篮悬臂施工带来很大困难。

针对新河港主桥连续梁的复杂线形变化及施工要求，对节段的悬臂施工以及0#段、边跨现浇段的支架施工过程中模架的特殊设计处理，从而实现整个线形的变化，并且为保证利用率最大化，效益最大化，考虑将挂篮模架尽可能的系列化，规格化设计。

本文以新河港桥挂篮悬臂施工为例，针对复杂线形超高曲线连续梁桥施工及线形控制问题，通过模架的优化，线形监控及合理的施工组织，顺利完成桥梁合龙，实现目标线形，产生显著的施工效益，可为类似桥梁施工提供宝贵施工经验。

1 工程概况

新河港大桥为崇明生态大道沿线一关键控制工程，新河港桥跨越航段位于新河港中部航段，该段河段较为平顺，桥位处航道现状面宽约为55m，航道水深约1.5m。主桥轴线法向与航道斜交12.2°。主桥上部结构采用三跨预应力混凝土变截面连续箱梁，全长约172m，跨径布置为48m+76m+48m的变截面预应力混凝土连续梁桥。

本桥位于道路圆弧段+缓和曲线+直线段，圆弧半径R=1000m，左幅桥设置有超高，超高渐变段长度为90m。单幅桥梁采用单箱双室截面，中支点梁高6.6m，边支点和中跨跨中梁高2.4m，箱梁底板呈抛物线变化，箱梁标准段顶宽17.5m，腹板厚0.45m~0.65m。

2 施工方案及创新应用

2.1主桥0#块施工关键技术

2.1.1设计概况

新河港主桥连续梁桥箱梁0#块为单箱双室结构，长度为10m，中支点梁高6.6m，端头梁高4.39m，墩顶设横梁，中横梁梁底厚2.35m，端头底板厚0.49m，中腹板及边腹板厚0.65m。

2.1.1支架类型选择

0#块现浇支架类型选择应根据桥墩高度、墩台断面大小、基础情况及梁体悬臂长度、墩旁地形、地质、水文、交通和现有常备定型材料等情况,经综合比选后确定。落地支架一般分为满堂式和梁柱式。

新河港连续梁墩高平均仅1.5m，中支点梁高6.6m，考虑用落地支架方案，因新河港桥设计墩身与承台顺桥向存在夹角，零号块梁体投影有部分在承台之外，承台墩身及梁体相对位置关系，所以落地体系有部分支撑要设在承台之外，那么在承台之外的地基需进行换填处理，但是主桥承台临河，地基处理操作较难，且无法规避不均匀沉降。因本桥承台顶面距梁底仅1.47m~1.73m，高度较低，因此考虑对承台做扩大垫高处理，在扩大承台面上搭设横纵分配梁及模架体系，垫高方案为在承台顶设混凝土条形基础，同时0#块临时固结与条形基础一体施工。

2.2主桥悬浇段施工关键技术

2.2.1.设计概况

新河港主桥连续梁悬臂节段自主墩向两侧共计8个节段，采用单箱双室变高度预应力混凝土箱梁，梁底曲线1#节段为R=28000mm圆曲线，2#~8#节段为2次抛物线渐变，本桥位于道路圆弧段+缓和曲线+直线段，圆弧半径R=1000m，左幅桥设置有超高，超高渐变段长度为90m。超高段通过调整腹板高度来实现,腹板的斜率从4.5:1变化渐变至5:1。

新河港主桥悬浇段采用三榀菱形挂篮施工，本套挂篮由主桁系统、底篮系统、行走及锚固系统、模板及调整系统和附属结构,其中底篮由前下横梁、后拖梁、纵梁、底模组成。前上横梁采用双拼I40型钢、前拖梁采用双拼I36型钢组合，后拖梁采用双拼I40型钢，纵梁采用28型工字钢。纵梁与前、后拖梁焊接固定,挂篮吊点均采用φ32mm（PSB830）精轧螺纹钢筋，吊点采用千斤顶调整标高,不设置后上横梁。

2.2.2连续梁悬臂节段施工重难点

与常规连续梁桥相比，本桥因位于道路曲线段并设有超高段，桥梁腹板的斜率从4.5:1变化渐变至5:1，桥面横坡也从~2%变化至2%，所以翼板斜率也处于渐变状态，另外腹板厚度、底板宽度前后也存在差异。

挂篮如何前移准确就位不影响通航，斜腹板模板如何适应斜率的渐变，模板调整时的斜率测量，如何适应不同腹板厚度、不同底板宽度的梁段及如何适应桥面横坡的变化来实现三道轨道中心线的调平均是待解决问题。

此外，如何将挂篮模架尽可能进行系列化、规格化设计，使其在不同悬臂节段浇筑中均可应用，提高其利用率亦是曲线段挂篮施工连续梁重难点，因此科学合理的设计挂篮模架及施工过程中的线形控制是本桥的施工难点，又是施工关键。

针对上述问题，拟定采取以下具体措施：

(1)腹板斜率变化、腹板厚度、底板宽度变化问题

对斜腹板模板、内模板及底模进行局部结构改造，使其能适应不同断面结构的需要。

(2)桥面横坡变化，轨道调平问题

因桥面横坡不断变化，需用调平块进行调平，若采用小型钢板，不仅操作繁杂而且不经济，考虑制作调平垫块以适应不同横坡的变化。

（3）因本桥标高较低，航道水面水位至成桥梁底仅5.4m，而施工过程中桥下需保证至少4m的通航净空，所以允许挂篮的底部空间很小，必须保证腹板模板不进入通航净空范围内。

2.2.3新河港连续梁悬臂节段施工重难点关键技术

（1）可调侧模设计及施工

因超高段的存在，导致箱梁斜腹板斜率渐变及桥面横坡的渐变，在整个超高段变化过程中，斜腹板及翼缘板处于变化状态。

若采用定型钢模板，由于加工成本一次性投入较大,适用断面形式受限制,模板利用率不高,从而造成资源浪费、成本增加,所以考虑将挂篮侧模局部优化，制成可调模板，面对不同的断面形式，实时调节，从而很好地解决了模板适用的通用性及重复利用率。

整体设计构思为：以平面钢模板为基础，进行改造，将翼板及腹板的模板连接位置设成铰接，在模板背面加设可调长短的丝杆，将面板与骨架分离，并在背肋加设螺栓孔用螺栓将其连接成整体。根据调节思路的不同主要有三种方案。

一是翼板及腹板模板均加调节丝杆，二是在腹板位置加可调丝杆，通过调节挂篮外导梁及外滑梁的高差来调节翼板的斜率，三是在翼板下端加可调丝杆，通过调节挂篮外导梁及外滑梁的高差来调节腹板的斜率。

考虑到施工现场的操作简便性及经济效益，即将翼板模板与腹板模板在倒角位置设置铰接，翼板面板与骨架分离，采用可调丝杆连接，利用挂篮的外滑梁及外导梁上前端的手拉葫芦和后端的千斤顶微调四点高差，实现腹板斜率的变化，另根据超高变化过程中相应断面的边缘标高，调整丝杆的伸缩长度，使翼板标高调整到位。调整过程中观测翼板标高变化及腹板斜率变化，反复调整，直至达到设计参数要求。

可调丝杆是可调钢模板的关键部件，可调丝杆根据钢模板调节范围，计算出丝杆的长度，包括最大调节长度和最小长度。套管采用φ89×8圆管，两端各配一根加工有外丝的70mm圆杆。丝杆两侧丝长应一致，丝杆为正反丝，即旋转丝套时两端同时收缩或伸长。组装在同一块模板上的两根丝杆的伸缩方向一致。可调丝杆通过铰耳及销子与模板连接。

调节过程：

①通过调节挂篮翼板的外导梁及外滑梁四点高差来调节腹板斜率，斜腹板调整示。

②调节可调丝杆的伸缩来调节翼板至设计标高后测量腹板斜率，见图若腹板斜率改变后再次重复步骤一，直至腹板斜率及翼板标高均到达设计要求后锁紧模板。

图1 翼板模板调整示意图

（2）腹板变宽问题的模架优化

因悬臂节段浇筑内箱室顶模采用定型钢模板，所以必须对钢模板进行局部结构优化以适应腹板宽度改变引起的内模顶板的加宽，拟定将内模顶板分劈成两块，中间用连接板通过螺栓连接。

（3）通航净空的保证

新河港中部航段航道技术等级Ⅵ级，挂篮施工期间，不得减小通航净宽，不恶化通航环境，需满足现状船型双向通航要求，要求挂篮轨迹线与新建桥梁梁底高程线梁底浇筑过程中保持1.8m间距。因挂篮侧模若自0#块往前推进，进入航道范围内，势必侵入通航净空，所以需要对侧模板进行局部优化以适应通航需求。

（4）挂篮轨道调平问题的解决

为使挂篮桁架片处在同一平面，挂篮轨道需调平。若桥面横坡不变，均为2%横坡，则通常做法为在轨道下安装1层带横坡轨道垫梁，使得单条轨道水平，后通过调节前支座的高差来实现桁架片同一水平。

因本桥超高段桥面横坡一直改变，不能采用轨道前支点的高差来调平，只能通过轨道垫梁来实现三幅挂篮的水平，项目前期根据横坡高度变化，确定制作最优尺寸的调平垫梁，满足整个桥面横坡的变化，防止过程中为调平而采用大量的调平钢板。

2.3.线形监控

与第三方工程试验检测中心合作，针对施工过程平曲线线形控制，利用MidasCivil空间有限元分析软件建立全桥仿真模型，根据计算和现场观测结果严格控制每一节段箱梁的竖向挠度，若有偏差且偏差较大时，立即进行误差分析并确定调整。

（1）线形监控基本原理及方法

桥梁施工监控是一个预告→监测→识别→修正→预告的循环过程。施工监控最重要的目的是确保施工过程中结构的安全，具体表现为：结构内力合理，结构变形控制在允许范围内，并保证有足够的稳定性。

新河港大桥变截面预应力混凝土连续梁施工监控的原则是：“线形控制为主，确保成桥线形符合设计要求，确保施工过程中结构的安全”。

预应力连续梁桥的施工采用分阶段逐步完成的悬臂施工方法时，结构的最终形成必须经历一系列的施工过程，而在每一个施工过程中已经完成的节段其实际状态已经形成，在施工过程中施工荷载会发生变化，施工进度也会由于天气原因施工人员、施工机具和施工材料的影响会和计划的有出入等等原因，为保证施工后成桥的线形和结构安全，在施工前和施工过程中均须对结构进行详细的计算分析，对施工过程中每个阶段进行详细的变形计算和受力分析，这是桥梁施工监控最基本的内容之一，也是本桥梁施工监控的方法核心。

（2）箱梁立模标高的确定

箱梁的每个节段的立模标高均以监控指令的形式体现。

预告各阶段结构立模标高，通过施工过程结构的仿真计算，并结合现场试验实测影响桥梁施工监控的主要参数，预告箱梁的立模标高。

在主梁的悬臂浇筑过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到主梁的线形是否平顺，是否符合设计的一个重要问题，如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确的控制，则最终桥面线形较好。否则，最终桥面线形会与设计线形有较大的偏差。

（3）结构有限元仿真分析基本内容

根据施工图设计文件拟定的结构尺寸、配筋及施工顺序，采用空间计算分析软件midas civil对施工过程进行仿真分析计算。

计算内容考虑结构恒载、预应力张拉、分阶段施工流程、温度变化、混凝土收缩徐变、施工荷载、体系转换、二期恒载和活载效应，计算结构变形分布状况。

综合考虑施工及成桥状态下各种因素后，将各影响参数输入结构计算软件中，由软件自动算出各施工阶段每一梁段的挠度、合龙时的挠度、合龙后二期恒载作用下的挠度，以及活载作用下的挠度。

（4）结构分析模型

为了简化计算，假定本项目左、右幅桥为平直桥，有限元模型如图所示。

（5）控制效果

①由施工过程中所测梁体实际发生的位移与理论位移的比较图可见，各施工阶段梁体实际发生的位移与理论位移接近，说明施工监控所采用的计算模型及计算参数能反映该桥的实际状况

②由成桥阶段梁体实际线形与理论线形的对比可以看出，梁体实际线形与理论线形误差较小，说明本桥线形平顺，能保证后期铺设桥面时的要求，满足设计及施工规范要求；

③成桥阶段所有节点标高与设计线形的误差均在1.5cm以内，满足控制目标要求。

影响预应力混凝土桥梁施工过程中结构线形的因素主要有混凝土的弹性模量，浇筑混凝土超方量，混凝土收缩、徐变，桥梁施工临时荷载，挂篮的变形特性，预应力束张拉误差等。当上述因素与设计不符，而又不能及时识别引起控制目标偏离的真正原因时，必然导致在以后阶段的悬臂施工中采用错误的纠偏措施，引起误差积累。

在本桥的线形监控中，始终将现场实测变形与理论计算结果对比分析，实时调整节段立模标高，发现异常情况及时联系监控单位，分析研究，提出控制意见。

3 研究成果及应用效益

（1）工程质量创优

施工过程中措施得当，控制效果有效，顺利实现成桥线形，偏差均在设计允许范围内。

（2）施工成本降低

在0#块施工阶段条形基础的施工措施规避了大面积的地基处理，减少了机械、材料投入，提高了安全性，在悬臂施工阶段对模架的特殊优化，使其适应节段参数的变化，提高利用率，减少重复的材料和人工投入，缩短了工期，产生效益200万元，大大降低了经济成本。

（3）施工安全平稳

新河港主桥连续梁于顺利合龙，施工期间安全可靠，未发生安全事故。

（4）工艺可推广

本项目可调侧模技术获实用新型专利一项，可推广应用至类似工程项目。

4 结论

（1）对新河港主桥连续梁0#段支架设计顺利实现最终效果，针对曲线超高连续梁桥的特殊线形特点，对悬臂施工模架进行特殊改造，使得模架能适应梁段线形变化，实现利用率和效益的最大化，为类似桥梁提供有效的解决方案；

（2）通过施工过程中的线形控制，合理的施工监控和过程调控，成桥后全桥桥面线形平顺，满足规范要求，实现监控目标状态。

参考文献

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