大跨度连续刚构桥悬臂施工工艺与质量控制.docx

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大跨度连续刚构桥悬臂施工工艺与质量控制

大跨度连续刚构桥悬臂施工工艺与质量控制

摘要

预应力混凝土连续刚构桥以强度高、线形明快、施工简便快捷、跨越能力强的优势在大跨度桥梁中具有广泛的应用。

大跨度预应力混凝土连续刚构桥常常采用对称悬臂浇筑法施工。

在悬臂施工过程中，桥梁结构受多种因素的影响，如混凝土的收缩和徐变、设计参数与实际数值的差异、施工误差、测量误差、温度变化等。

因此采用悬臂浇筑法施工必然给桥梁结构带来非常复杂的内力和位移变化。

为了保证桥梁施工质量和桥梁建设安全，确保连续梁桥成桥后的主梁线形和结构内力符合设计要求，使连续刚构桥的实际状态与设计状态尽可能相符，桥梁施工关键问题探析是不可缺少的。

本文在分析总结国内外大跨度预应力混凝土连续刚构桥发展和施工控制技术的基础上，对预应力连续刚构桥的特点、施工方法进行概括介绍，对悬臂浇筑的预应力施工、0号块的施工、合拢段施工等技术及平行桁式挂篮的设计进行了研究，便于为同类型的工程提供参考。

关键词：

连续刚构；0号块的施工；悬臂浇筑；合拢段施工

Cantileverspancontinuousrigidframeconstructiontechnology

Abstract

Prestressedconcretecontinuousrigidframebridgewithhighintensity,linearcrisp,simpleandefficientconstruction,acrosstheadvantagesofstronglong-spanbridgeshasawiderangeofapplications.LargespanprestressedconcretecontinuousrigidframebridgeisoftensymmetricalCantileverConstructionMethod.Thecantileverconstruction,thebridgeisaffectedbymanyfactors,suchasconcreteshrinkageandcreep,thedesignparametersandtheactualvalueofthedifferenceinconstructionerror,measurementerror,thetemperaturechanges.SowithCantileverConstructionMethodforthebridgestructurewillinevitablybringaboutaverycomplexinternalforcesanddisplacement.Toensurethequalityofbridgeconstructionandbridgebuildingsecurity,ensurecontinuousBeamwithlinearandthemainbeamaftertheinternalforcemeetsthedesignrequirements,sothatcontinuousrigidframebridgedesignoftheactualstateandthestateasmuchaspossibleconsistentwiththekeyissueofbridgeconstructionisnotmissing.Thispaperanalyzedandsummarizedspanprestressedconcretecontinuousrigidframebridgethedevelopmentandconstructioncontroltechnologybasedonprestressedcontinuousrigidframebridgeonthecharacteristicsofanoverviewofconstructionmethods,andprestressedCantileverconstruction,0,blockconstruction,ClosureconstructiontechniquesandparallelanalysisRackCradledesignastudytofacilitatethesametypeofprojectreference.

Keywords:

continuousrigidframe;0#blockconstruction;cantilevercasting;ClosureConstruction

目录

摘要

Abstract

1绪论1

1.1预应力连续刚构桥的发展概况1

1.1.1发展趋势与存在问题2

1.2国内外预应力连续刚构桥的发展概况4

1.2.1大跨径混凝土梁式桥的发展历史4

1.2.2连续刚构桥的发展趋势5

1.3本文研究的主要内容6

2连续刚构桥的受力和构造特点7

2.1大跨度连续刚构桥的结构受力特点7

2.1.1大跨度连续刚构桥的结构特点7

2.1.2大跨度连续刚构桥各部分的类型及其特点8

3连续刚构桥的施工工艺11

3.10号块的施工11

3.1.10号块施工难点11

3.1.20号块施工方法11

3.1.30号块施工工艺12

3.1.4托架设计及安装14

3.1.5砼浇筑方案15

3.1.6注意事项16

3.2悬臂浇筑施工17

3.2.1引言17

3.2.2悬臂施工的方法22

3.2.3温度变化对悬臂浇筑的影响23

3.3合拢段施工24

3.3.1引言24

3.3.2合拢段的模板选择27

3.3.3施工方案27

3.4施工中的关键问题探析32

3.4.1现场施工控制35

3.4.2安全保证措施35

4实例分析37

4.1桥梁施工控制概况37

4.1.1桥梁施工与施工控制37

4.1.2桥梁施工控制的任务与工作内容37

4.1.3桥梁施工控制的未来发展前景38

4.2本实例的研究内容38

4.3肇松松花江特大桥39

4.3.1肇松松花江特大桥简介39

4.3.2技术标准39

4.3.3主要材料39

4.3.4纵坡及竖曲线39

4.3.5上部构造设计要点40

4.3.6下部构造及基础设计要点41

4.3.7主桥上部施工要点41

4.4肇松松花江特大桥悬臂浇筑施工工艺42

4.4.1特大桥悬臂浇筑施工高程控制43

4.4.2临时T构施工阶段的高程监控43

4.4.3临时T构施工阶段的高程监控的基本概念46

4.5肇松松花江特大桥施工工期安排47

5结论50

参考文献51

大跨度连续刚构桥悬臂施工工艺与质量控制

1绪论

1.1预应力连续刚构桥的发展概况

预应力砼连续刚构桥在体系上属于连续梁桥。

连续梁桥是一种古老的结构体系,它具有变形小，结构刚度好，行车平顺舒适，伸缩缝少，养护简单，抗震能力强等优点。

但由于施工方法限制，50年前的连续梁跨径均在100m以下，随着悬浇、悬拼等施工方法的出现，产生了T型刚构。

20世纪60年代，跨径在100m～200m范围内，几乎都是大跨径预应力砼梁桥为优胜方案。

预应力砼连续刚构桥既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的特点，又有T型刚构桥不设支座、施工方便的优点,且有很大的顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度，它利用高墩的柔度来适应结构由预应力砼收缩、徐变和温度变化所引起的位移，能满足特大跨径桥梁的跨越及受力要求，同时在一定条件下具有用料省、施工简便、养护费用低等优点。

连续刚构体系另一个特点是抗震性能好，水平地震力可均摊到各个墩上来承担，而连续梁则需要设置制动墩或是采用价格较昂贵的专用抗震支座。

墩梁固结又便于采用悬臂施工方法，取消了连续梁在施工转换体系时所采用的墩上临时固结措施。

连续刚构桥与连续梁的主要区别在于柔性桥墩的作用，使结构在竖向荷载作用下基本上属于一种墩台无推力的结构，而上部结构具有连续梁桥一般特点。

连续刚构桥的主要特点表现在以下几个方面：

（1）构造上一般有2个以上主墩采用墩梁固结，要求主墩有一定的柔度形成摆动支撑体系。

因此，常在大跨径高墩桥梁结构中采用。

（2）墩梁固结有利于悬臂施工，同时避免了更换支座，省去了连续梁施工在体系转换时采用的临时固结措施。

省去了大跨连续梁的支座，无需巨型支座的设计,节省制造、养护和更换支座的费用。

（3）受力方面，上部结构仍保持了连续梁的特点，但计入因桥墩受力及砧收缩、徐变及温度变化引起的弹塑性变形对上部结构的影响，桥墩需要有一定的柔度，使所受弯矩有所减小，而在墩梁结合处仍有刚架受力性质。

（4）抗震性能良好，水平地震力可均摊给各个墩来承受，不像连续梁需设置制动墩，或采用昂贵的专用抗震支座。

（5）边跨桥墩较矮，相对刚度较大时，为适应上部结构位移的需要，墩梁可做成铰接或在墩顶设置支座。

（6）伸缩缝位置在连续梁的两端，可置于桥台处，长桥也可设置在铰接处。

为保证结构的横向稳定性，桥台处需设置控制水平位移的挡块。

1.1.1发展趋势与存在问题

大跨度预应力砧梁式桥优缺点比较桥型优点、缺点

T型刚构桥主墩无支座；施工无体系转换；带挂孔T构为静定结构，因此温度徐变不产生附加内力收缩缩缝多，行车不舒适；跨中可能产生较大挠度；顺弯刚度和横桥向抗扭刚度小，不利于悬臂施工、缩缝少，行车舒适；滑动支座时温度、砧收缩徐变产生的附加内力较小；滑动支座对连续长度可增长；有较好抗震性能有支座；施工时需要墩梁固结，有体系转换；顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度小，也不利于悬臂施工、横向抗风要求连续刚构桥墩无支座；施工体系转换方便；伸缩缝少，行车舒适；顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度大，受力性能好；顺桥向抗推刚度小，对温度、收缩徐变及地震影响有利上部结构连续长度有一定限制，长度再增加时应改为连续刚构与连续梁组合体系抗撞击能力较弱。

（1）发展趋势

从世界各国建造预应力砼连续刚构桥的建设中可以看出，近几十年来的桥梁结构逐步向轻巧、纤细方面发展，但桥的载重、跨长却不断增加。

连续刚构桥有以上所叙述的优点，那么其投资比斜拉桥、悬索桥同等跨径下要低，在高墩结构中也比一直以来最便宜的简支梁桥在同等条件下投资偏低或是相同。

随着桥梁施工技术水平的提高，对砼收缩、徐变和温度变化等因素引起的附加内力研究的深入和问题的不断解决，大跨径预应力砼连续刚构桥已成为目前主要采用的桥梁结构体系之一。

从以上论述可以总结出大跨径连续刚构的发展趋势有以下几点

1）跨径可进一步增大。

我国正处于修建连续刚构桥的热潮，跨径280m的奉节长江大桥正在建设；珠海跨伶仃洋特大桥已有318m跨横门东航道的连续刚构方案，可以预见跨径在300m以上的连续刚构不久的将来会在中国出现。

2）上部结构不断轻型化。

桥梁上部结构的轻型化可以减轻上部结构的自重，减少材料用量，也可以降低挂蓝的要求，从而降低工程造价。

由于采用大吨位锚具、高强砼和轻质砼，上部结构不断轻型，这也是连续刚构桥的发展方向。

3）简化预应力束类型。

我国预应力砼连续刚构桥设计中,已有相当多的桥梁取消了弯起束和连续束，用竖向预应力和纵向预应力承担主拉应力，极大的方便了施工，不仅简化了预应力结构体系，而且受到施工单位的欢迎。

4）取消边跨合拢段落地支架。

采用合适的边跨与主跨比，在导梁上直接合拢边跨，或与引桥的悬臂相连接实现边跨合拢段的现浇，在高墩的条件下取消边跨合拢段的落地支架，除带来一定的经济效益外还可方便施工。

5）上部结构连续长度增长，以适应高速行车的需要。

国外产生了“少用和不用伸缩缝是最好的伸缩缝”的新观点，于是国外桥梁设计中最大限度增加上部结构的连续长度。

我国在连续刚构桥设计中亦有加大连续长度的趋势。

（2）存在问题

连续刚构体系跨径的增大，结构的轻巧、纤细，无疑会推动桥梁结构设计理论和施工技术的发展。

但回顾总结我国连续刚构桥梁以往的设计实践，可以看出对大跨径PC连续刚构桥优化设计方面的研究很少，可供借鉴的资料不多。

桥梁中最简单的形式是简支梁，但它的跨越能力不大，随着跨径的增大，要不断地牺牲截面材料来克服自重引起的弯矩。

连续梁的应用可以改善简支桥的弊端，而连续刚构桥的墩梁固结，高墩的柔度适应结构由于预应力、砼收缩、徐变和温度变化所引起的位移，能够更好的满足特大跨径桥梁的受力要求，所以在桥型选择中很有竞争力。

但在长期的设计实践中，由于结构分析的复杂冗长，虽然设计者主观上希望把结构设计得尽可能“优”，力图使结构轻巧、纤细、美观以达到经济适用的要求，但由于缺乏系统的方法指导桥梁结构设计和改进结构设计，结构的优化依靠人们积累起来的经验，以进化的方式缓慢进行。

这种设计过程必然带有主观性和盲目性，且工作量大，浪费时间，甚至导致方案的失误，所以在大跨径PC连续刚构桥设计中，对主要参数进行优化研究是必要的。

预应力棍凝土连续刚构桥是20世纪60年代在预应力连续梁和T型刚构桥的基础上发展起来的一种新型连续梁结构，既保持了连续梁无伸缩缝，行车平顺的优点，又保持了T型刚构桥不设支座，不需转换体系的优点，且有很大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度。

它利用高墩的柔度来适应结构由预应力、混凝土收缩、徐变和温度变化所引起的位移，能满足特大跨径桥梁的受力要求。

然而，随着时间的推移，在使用过程中逐渐发现，不少连续刚构桥在使用中出现了问题，特别是早期设计的连续刚构桥。

其中出现较多的问题主要是两个方面，即腹板斜裂缝问题和跨中下挠过大问题，这几乎成了连续刚构桥的质量通病。

广东南海金沙大桥主桥是一座三跨预应力混凝土连续刚构桥，跨径布置为66m十120m十66m，于1994年建成通车，2000年检查发现跨中下挠己达到22cm左右，主跨箱梁腹板有大量的斜裂缝。

武汉长江二桥两岸连续刚构125m边跨跨中也出现下挠，从2000年至2005年连续5年观测结果显示，年均下挠2cm。

三门峡黄河公路大桥主桥为一座六跨预应力混凝土连续刚构桥，跨径布置为105m+4x140m+105m，于1992年建成通车，2002年6月对该桥的检查发现，跨中区域下挠最大达到22cm，梁体有大量裂缝。

黄石大桥（见图1.2.1）为一座五跨预应力混凝土连续刚构桥，跨径布置162.5m+3x245m+162.5m，该桥运营7年后，与成桥相比各跨跨中均有明显下挠，大桥北岸次边跨2#墩和3#墩之间主梁跨中下挠累计已达30.5cm，箱梁出现了大量的裂缝。

虎门大桥辅航道桥（见图1.2.2）为一座三跨预应力混凝土连续刚构桥，跨径布置为150m+270m+150m，于1997年建成通车，2003年检查发现，与成桥时相比，左幅桥跨中累计下挠达22.2cm，右幅桥跨中累计下挠达20.7cm，腹板出现了斜裂缝及跨中区段截面下缘出现了横向裂缝。

而且，连续刚构桥后期的挠度过大会使跨中主梁下凹，破坏桥面的铺装层，影响桥梁的使用寿命和行车舒适性，甚至危及高速行车时的安全。

1.2国内外预应力连续刚构桥的发展概况

1.2.1大跨径混凝土梁式桥的发展历史

20世纪50年代南联邦德国首次采用平衡悬臂施工法建成了跨径114.2Worms桥，开创了混凝土梁桥用于大跨径的新局面，T型刚构得到了非常迅速的发展。

开始跨中设剪力铰，营运中发展，铰处往往因下挠面成折角，造成车辆跳动，而且剪力铰也容易损坏。

后96米以一定长度的挂梁代替铰，把折角化解为折线，虽然缓和了跳车，但增多了伸缩缝；牛腿构造复杂，也易损坏;除挂蓝外,还需挂蓝的设备。

随着高速公路的迅速发展，要求行车平顺舒适，多伸缩缝T型刚构已不能很好的满足要求，因此连续梁得到了迅速的发展。

悬臂施工时，梁墩临时固结，合拢后梁墩处改设支座，转换体系而成连续梁。

连续梁除两端外其他无伸缩缝，有利于行车，但需梁墩临时固结和转换体系；同时需设大吨位盆式支座，费用贵，养护时间工作量大。

于是连续刚构应运而生，近年来得到了较快的发展。

其结构特点是梁体连续、梁墩固结，既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持T型刚构不设支座，不转换体系的优点，方便施工，且又有很大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度，能满足特大跨径桥梁的受力要求。

连续刚构不仅在公路上较广泛地应用，而且在铁路上也开始采用，国外铁路连续刚构的最大跨径已达到250米。

1.2.2连续刚构桥的发展趋势

（1）跨径可进一步增大

目前，中国修建连续刚构桥的热潮仍在继续，跨径280米的奉节长江大桥的设计正在进行中。

在伶仃洋通道门东航道桥工程中，已提出了跨径318米的连续刚构方案。

可以预计，在不久的将来，跨径300米以上的连续刚构桥必将在中国出现。

（2）上部构造不断轻型化

结构的轻型化，可以减少上下部构造的自重和材料用量，可以减轻对挂蓝的要求。

由于采用大吨位锚具、高强混凝土和轻型质混凝土，上部构造不断轻型化，这也是连续刚构桥的发展方向。

（3）简化预应力束类型

中国连续刚构桥设计中，已有相当多桥取消弯起束和连续束，以竖向预应力和纵向预应力来克服主拉应力，极大地方便了施工，受到施工部门的欢迎。

（4）取消边跨合拢的落地支架

采用合适的边、主跨比，在导梁上合拢边跨，或与引桥的悬臂相连来实现合拢。

在高墩的场合下，取消落地地支架有一定的经济效益，方便了施工。

（5）上部结构连续长度的发展

由于行车速度的提高，人们将行车的舒适提高到了重要的地位。

国外在桥梁设计中极力增大上部结构的连续长度，因而产生了“少用或不用伸缩缝是做好的伸缩缝”的观点。

我国的设计者也注意到这已发展趋势，连续刚构从洛溪桥65+125+180+110=480米的连续长度发展到重庆黄花园大桥137+3*250+137=1024米的连续长度，使上部适宜的情况下对连续刚构桥而言，其连续长度可以发展到1200~1500米。

东明黄河大桥设计中采用刚构连续体系，在墩高仅9.1米的条件下，其连续长度达990米。

按照这种体系，在连续梁部分采用滑动支座情况下，其上部连续长度将不受限制。

1.3本文研究的主要内容

预应力连续刚构桥是近年来铁路、公路广泛采用的一种桥梁结构形式，它以受力合理、桥形美观、养护费用低等优点受到广泛的欢迎，预应力连续刚构桥的施工方法很多，有支架现浇法、悬臂浇筑法、拼装法、顶推法、移动模架法、大型浮吊施工法和旋转施工法等，悬臂浇筑法在较大跨度的预应力连续刚构桥中应用最多，因此，研究大跨度的预应力连续刚构桥悬臂浇筑法有重要的意义。

本文结合工程实例，重点对大跨连续刚构桥悬臂施工过程中的以下问题进行了研究：

（1）连续刚构的构造和受力特点；

（2）挂蓝使用和分类及其结构特点；

（3）0号块的施工；

（4）悬臂浇筑施工工艺的研究；

（5）研究合拢段施工的方案和注意事项；

（6）悬臂施工中的关键问题探析。

2连续刚构桥的受力和构造特点

2.1大跨度连续刚构桥的结构受力特点

桥梁结构根据受力特点不同可以分为梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥以及斜拉桥等组合体系桥梁。

桥跨结构和墩台整体相连的桥梁称为刚架桥。

刚架桥的主要类型有:

门式刚架桥、斜腿刚架桥、V形墩刚架桥、带较的T形刚构桥、带挂孔的T形刚构桥、连续式连续刚构桥、分离式连续刚构桥等。

由于主梁和墩柱之间是刚性连接，在竖向荷载作用下，将在主梁端部产生负弯矩，从而减小跨中正弯矩，跨中截面尺寸也可相应减小。

支柱在竖向荷载作用下，除承受压力外还承受弯矩，柱脚处一般存在水平推力。

2.1.1大跨度连续刚构桥的结构特点

在连续刚构桥出现以前，大跨径预应力梁式桥只有T形刚构和连续梁两种桥型，他们都存在一定的缺点，连续刚构是连续梁与T形刚构的组合体系，它综合了连续梁与T形刚构的优点，而又回避了他们的缺点。

这种体系利用主墩的柔性来适应桥梁的纵向变形，所以特别适合于大跨高墩连续梁桥中。

连续刚构桥的结构特点是主梁连续、墩梁固结，既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持了T形刚构不设支座、无须体系转换的优点，方便施工，而且很大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度能很好的满足较大跨径桥梁的受力要求。

大跨度连续刚构桥的结构受力特点：

（1）墩梁固结，上部结构共同承受荷载，减少了墩顶负弯矩。

（2）墩的刚度较柔，墩允许较大的变位。

（3）结构为多次超静定结构混凝土收缩、徐变、温度变化、预应力作用、墩台不均匀沉降等引起的附加内力对结构影响较大。

（4）连续刚构桥具有结构整体性好，抗震性能优，抗扭潜力大，结构实力合理，桥型简洁明快等优点。

2.1.2大跨度连续刚构桥各部分的类型及其特点

（一）桥梁基础的特点和类型

大跨连续刚构桥的基础部分构造形式与其它桥梁形式相比没有大的区别，但其对地基的不均匀沉降量控制较严格。

根据桥位处的地质情况不同采取不同形式，但最常采用的是桩基础。

在地基承受载力大，跨径较小时也有采用刚性扩大基础的。

（二）桥梁墩台的特点和类型

大跨连续刚构桥的桥墩不仅应满足施工、运营等各阶段支承上部结构重量混入稳定性等方面的要求，而且桥墩的柔度应适应由于温度变化、混凝土收缩、徐变以及制动力等因素引起的水平位移。

在施工过程中，特别是在挂蓝浇筑混凝土的过程中，要采用一些措施来增加墩身的稳定性。

一般采用的措施有：

（1）在桥不高、水不深且容易塔设临时支架时，采用在墩旁设临时支架的方法。

（2）预应力筋下端锚固在基础承台内，上端在箱底板内张拉并锚固，立柱在施工过程中始终受压，以维持施工中的稳定。

（3）在桥梁水深的情况下，采用三角撑架敷设墩身上部临时支承梁段，并使用砂筒作施工完成后的御架设备。

（三）梁部结构的特点和类型

1．梁的截面形式

（1）主梁高度

连续刚沟桥箱梁根部的高跨比为1/15～1/20.6，其中大部分为1/18左右。

近年来已有一些桥达到甚至低于1/20。

主跨中部箱梁的高跨比为1/46.3～1/8.1其中大部分为1/54～1/60，并有下降的趋势。

中国最小为南澳跨海大桥的1/73.7。

梁高跨比的下降，是在上部结构趋于轻型化的表现。

最值得注意的是才建成的RaftSundet桥，由于跨中采用了轻质混凝土，减轻了自重，并选用了较小的跨中高度，使该桥无论是跨中或根部的高跨比都达到了最低值1/85.1和1/20.6，值得借鉴。

在设计过程中，体会到梁底按一般常用的2次抛物线时，往往在1/4～1/8截面底板混凝土应力紧张，因此在华大桥的设计中采用1.5次抛物线，从而缓和了这个区域底板应力紧张情况，根部高跨比已达到1/20，并还有一步减小根部高度的潜力。

珠海大桥的梁底也已用1.8次方的抛物线。

幂次为1.5～1.8的抛物线，已开始推广使用。

（2）板厚

1）顶板

公路桥顶板的厚度已由28厘米减小到25厘米。

但进一步减少的可能已不大。

2）底板

底板的最小厚度多数为32厘米，少数桥用得更薄，为28厘米、25厘米。

底板的最大厚度，随着设计经验的丰富，以及采用高强混凝土，有较薄的趋势。

已有几座桥，根部最大底板厚跨比达到或小于1/200，其中以虎门大桥辅航道桥为最小，为1/207.7。

中国的连续刚构桥根部最大底板厚跨比，与跨径相似的澳大利亚两座桥相比，都有很大减小。

值得强调的是挪威的RaftSundet桥，由于自重轻及采用高强混凝土，其最大底板厚仅120厘米，为跨径的1/248.3，远远小于中国，足以说明采用轻质混凝土有良好的经济效益。

由于预应力混凝土桥的跨度不