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摘要：20世纪八九十年代以来，悬臂浇筑施工在工程中被日益广泛应用，随着预应力混凝土桥跨度逐渐增大，对于施工周期较长的桥梁，由于结构自重占整个长期荷载的大部分，各部分混凝土龄期差别很大，预应力及外部荷载会被缓解，变形会加大，将影响正常的使用。本文以某公路桥工程为例，主要探讨了预应力混凝土桥梁悬臂浇筑的线形控制，以供参考。
关键词：预应力混凝土；桥梁；悬臂浇筑；线形控制
1悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥的主要特点
连续梁桥结构体系具有变形小、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。悬臂浇筑法施工预应力混凝土连续梁桥具有如下特点：
（1）预应力混凝土连续梁桥的结构受力状态有利于悬臂施工，即悬臂施工时的受力与成桥后的结构受力较为接近。施工时的预应力筋张拉既是施工时的临时需要，又是成桥后的结构受力筋。
（2）作为无支架施工，有利于通航河流建桥、有利于深山峡谷之间建桥、有利于城市立交建桥，不妨碍桥下净空，不影响桥下交通。
（3）有利于节省施工费用，降低工程造价。因为挂蓝结构简单，成本低廉，逐段浇筑混凝土无需大型吊装设备。
（4）有利于施工作业，加快施工进度。每个节段施工（包括立模、钢筋绑扎、管道定位、混凝土浇筑、预应力张拉、管道压浆等）均在挂蓝内进行，挂蓝可设顶棚和养生设备，施工较少受环境影响，可以保证施工的连续性，同时每墩至少有两个工作面平行作业，几个墩可同时施工，各作业面互不干扰，施工速度较快，施工进度有保证。
（5）有利于变高度箱梁施工。由于采用分段施工，便于梁体设计成变高度梁，可使预应力混凝土连续梁桥的结构布置呈千姿百态，能设计出各种轻巧、飘逸、美观的桥梁。
2预应力混凝土桥梁悬臂浇筑的线形控制
某公路桥工程主桥为两幅(48.6m+3×64m+48.6m)变截面预应力混凝土连续箱梁,桥梁总宽度26.5m,每幅箱梁为独立的单箱单室直腹板截面,主跨支点处梁高4m,跨中梁高2m,梁底按二次抛物线变化,箱梁由顶板形成单向2%的横坡,梁高均为一幅桥外侧腹板边缘处高度。
（一）悬臂浇筑的线形控制分析
悬臂施工(又称平衡悬臂施工)是在已建成的桥墩,沿相邻两个跨径方向平衡对称地逐段施工的方法。由于在悬臂施工时梁内出现负弯矩,对混凝土桥必须在梁体的上缘逐段施加预应力,使其与已完成的梁段连成整体,转换结构受力体系及逐跨合拢,最终形成成桥结构。由于桥梁施工受力状态与运营时的受力状态相近,不致于因施工的需要而增加过多的材料用量。
由于施工状况(施工荷载、预应力损失、混凝土收缩徐变、温度、湿度、时间等)、参数选取(材料特性、截面特性等)和结构计算模型,与现场情况存在差异;同时,结构发生的非线性变形不易精确确定;施工中所用材料的变异性等因素,使得施工过程中结构的实际状态偏离设计所希望的理想状态。因此在桥梁施工过程中必须对结构的实际反应(标高、线型、主梁应力等)
进行严格的施工控制。
1、0号块施工
挂篮是利用已浇筑的箱梁段作为支撑点,通过桁架等主梁系统、底模系统悬臂浇筑,所以0号块就是人为创造一个工作平台。箱梁0号块处于墩梁结合部位,受力复杂,预埋件、钢筋、各向预应力钢束及其孔道、锚具密集交错,梁面有纵横坡,端面与待交段密切相连,采用一次浇筑工艺,混凝土方量约237.18m3。利用承台搭设满堂支架,支架上浇筑0号块。0号块是施工起始段,标高由结构成型标高及其预变位、支架变形及其基础沉降抛高,以及支座受压变形抛高组成。其中,支架变形及其基础沉降抛高对标高影响最大。因此,起始段支架的刚度要强、基础要牢固,以减小结构线形的初始误差。
2、箱梁悬浇施工挠度控制
0号块混凝土浇筑并张拉,对支座作了临时固接措施之后,在0号块上拼装挂篮,对称逐段悬浇1~7号块。最后在跨中进行合拢段的施工。大跨径多跨连续梁桥悬臂施工最重要的任务之一就是挠度的计算与控制。箱梁施工控制是全桥线型保持设计要求的关键。
连续梁桥悬臂施工时挠度组成有:各主墩分段悬浇时T构体系的挠度;体系转换后各节段连续体系的挠度和成桥后由恒载、活载及体系后期收缩徐变引起的挠度;挂篮体系受载后的挠度。
由于挠度的计算涉及到计算图式,临时荷载模拟,混凝土浇筑过程的模拟,预应力位置和张拉的模拟,后期恒载、活载的影响以及长时间的徐变的影响等,所以挠度的精确计算实际上极其复杂。因而,在悬浇施工前,根据混凝土配合比作出试件,测出混凝土的弹模、容重以及混凝土的收缩系数等参数,要反复的校核计算数据并与设计数据比较从而发现问题。而在施工控制过程中,也应根据实测的标高数据修正结构分析参数。
（1）影响挠度的控制因素
①块件自重集度 块件质量变异主要是由截面尺寸和混凝土容重偏差引起的。
②有效预应力 这里有效预应力系指预应力束张拉后瞬时损失(预应力管道定位、张拉、管道摩阻力)完成时的预应力。③弹性模量 弹性模量是混凝土的物理参数,高强度等级混凝土弹性模量的增长往往滞后于混凝土强度的增长,所以当箱梁块件施工周期较短时,对梁段挠度的影响非常大。④混凝土徐变 混凝土徐变是主梁挠度的主要影响因素,混凝土的收缩徐变需要3年左右才能完成,可以根据现场环境条件下的混凝土收缩徐变试验结果得到混凝土的徐变ε-t曲线,先将观测值平滑处理,然后加入徐变综合变异系数,再调整变异系数反复试算即可确定徐变参数调整量。⑤挂篮变形 挂篮体系变形对于连续梁桥悬臂浇筑起着重要作用。挂篮体系变形一般参照预压试验资料,而具体的预测应根据已建梁体施工时的变形加以分析,从而可以推测待建梁体挂篮的预抛高。挂篮变形预测的误差将直接导致节段标高的绝对误差和相对误差。
（2）悬臂浇筑每节段施工的标高控制
悬臂浇筑每节段施工的标高控制包括3个关键工况:挂篮前移定位标高(立模标高);混凝土浇筑后标高;预应力张拉后标高。为正确反映桥梁施工的变化,把梁底标高作为施工控制的目标。每节段变位监测点从梁底测点经腹板引到桥面。挂篮定位标高按梁底待浇节段的最前沿横截面上的测点定位,浇完混凝土后,通过测量梁顶预埋的钢筋头的标高与此时对应的梁底标高,建立梁底与梁顶测点的标高关系,这样已浇梁段的梁底标高可通过梁顶标高的测量值反馈出来。
（3）悬臂施工的挠度计算
为了抵消施工中产生的各种变形(挠度),在施工过程中,立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高,总要设置一定的预拱度。其计算公式如下:Hi=H0-fi施+f挂篮(1)
式中:Hi为待浇筑段立模标高;H0为设计标高;fi施为施工i节段时混凝土浇筑前i梁段以及后续浇筑各段的总挠度(软件自动生成);f挂篮为本节段的挂篮变形值。
混凝土浇筑后各控制点的标高,主要用于已建结构状态的校核,以便修正已建结构标高的计算值和预测待浇节段的计算参数,调整与优化成桥线形,得到待浇节段的施工标高。
预应力张拉后结构控制标高的测量,测出预应力损失后预应力产生的上拱度,目的在于对已建结构状态的校核,以便修正预测待浇节段的标高;获得与利用实测结构参数反馈计算值的差异,从而了解预应力值是否发生偏差,预应力的线形模拟是否恰当,预应力损失是否估计得正确以及决定是否修改预加力的理论值。悬臂桥梁施工时的挠度必须考虑混凝土收缩徐变影响、温度、施工荷载,还必须考虑二期恒载和活载作用所产生的挠度,所以悬臂施工时结构各节段立模标高总挠度计算公式:Hi=H0+fi+fiy+f挂篮+fx+fP/2(2)
式中:Hi为待浇筑段主梁前端底模标高;H0为设计标高;fi为本施工节段以及后续浇筑各段自身静载对该点标高的影响值;fiy为本节段和后续节段纵向预应力束张拉后对该点标高的影响值;f挂篮为本节段的挂篮变形值;fx为徐变、收缩、温度、体系转换、二期恒载、施工荷载对该点标高的影响值;fP为静活载作用下产生的下挠值。
3、箱梁施工主梁应力、应变分析
主梁在悬浇过程中按静定结构考虑控制截面,体系转换后按超静定结构考虑控制断面,一般选取0号块根部、L/4、L/2、3L/4及合拢段处作为控制断面,在这些断面内埋置钢弦传感元件,进行应变测量。钢弦传感器埋入混凝土内后,在轴向力作用下钢弦自振频率发生变化。通过测试传感器的自振频率,由标定表内测的拉力值,从而换算得到同位置处混凝土的应力值为:σc=Ecεg(3)
式中:σc为混凝土结构的应力;Ec为混凝土的弹性量;εg为钢弦传感器所在位置的钢筋中心处混凝土弹性应变。
4、合拢段施工
合拢是悬臂浇筑施工体系转换的重要环节,合拢施工必须满足受力状态的设计要求和保持梁体线型,控制合拢段的施工误差。合拢梁段两端悬臂受温度变化影响可能产生纵向伸缩使合拢口间距变化,从而导致合拢梁段混凝土凝固过程中受到张拉或压缩的超应力影响而产生裂缝。需将合拢一侧墩的临时锚固改成活动支座,以减少影响。同时,在浇筑合拢混凝土前应将两端悬臂临时连接,临时形成刚性连接,保护合拢段混凝土完整,一直到合拢段混凝土养护到一定强度并施加预应力与悬臂形成整体。
（1)合拢顺序。按设计要求,本桥按先边跨、次中跨、中跨的顺序合拢,即先进行H1、H5边跨合拢,在11、14号墩处形成两个单悬臂梁;然后进行H2、H4次中跨合拢,在12、13号墩处形成两个单悬臂梁;最后合拢H3中跨,形成五跨连续梁。
（2)合拢段标高控制。合拢段施工标高是根据已浇节段部分成型、线性和顺、与设计标高偏差最小的原则确定的。由于节段施工标高的误差,预定的合拢段施工标高将被不断的修改,直至合拢。
3结语
悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥作为无支架施工有利于通航河流建桥、城市立交建桥和深山峡谷建桥。悬臂施工的受力较接近于成桥后的结构受力。预应力混凝土连续梁桥的主要断面形式是箱形截面。采用预应力混凝土连续梁，可以使跨越能力大大增加，目前在四十米到一百五十米范围内，预应力混凝土连续箱梁占主导地位。无论是城市桥梁、高速公路桥、高架道路、山谷高架栈桥，还是跨越宽阔河流的大桥，预应力混凝土梁较多的发挥了它的优势，它是广泛使用的一种桥型。
参考文献
[1]王超。不同悬臂浇筑法对连续梁内力及线形影响分析[J]。中国西部科技,2011,(23)
[2]李万成。大跨径连续刚构桥梁挂篮悬臂浇筑施工中的内力、线形控制措施[J]。四川建材,2011,(2)
[3]孟凡利。连续梁桥悬臂浇筑施工线形控制技术[J]。山西建筑,2011,(7)
关键词：预应力混凝土；桥梁；悬臂浇筑；线形控制
1悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥的主要特点
连续梁桥结构体系具有变形小、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。悬臂浇筑法施工预应力混凝土连续梁桥具有如下特点：
（1）预应力混凝土连续梁桥的结构受力状态有利于悬臂施工，即悬臂施工时的受力与成桥后的结构受力较为接近。施工时的预应力筋张拉既是施工时的临时需要，又是成桥后的结构受力筋。
（2）作为无支架施工，有利于通航河流建桥、有利于深山峡谷之间建桥、有利于城市立交建桥，不妨碍桥下净空，不影响桥下交通。
（3）有利于节省施工费用，降低工程造价。因为挂蓝结构简单，成本低廉，逐段浇筑混凝土无需大型吊装设备。
（4）有利于施工作业，加快施工进度。每个节段施工（包括立模、钢筋绑扎、管道定位、混凝土浇筑、预应力张拉、管道压浆等）均在挂蓝内进行，挂蓝可设顶棚和养生设备，施工较少受环境影响，可以保证施工的连续性，同时每墩至少有两个工作面平行作业，几个墩可同时施工，各作业面互不干扰，施工速度较快，施工进度有保证。
（5）有利于变高度箱梁施工。由于采用分段施工，便于梁体设计成变高度梁，可使预应力混凝土连续梁桥的结构布置呈千姿百态，能设计出各种轻巧、飘逸、美观的桥梁。
2预应力混凝土桥梁悬臂浇筑的线形控制
某公路桥工程主桥为两幅(48.6m+3×64m+48.6m)变截面预应力混凝土连续箱梁,桥梁总宽度26.5m,每幅箱梁为独立的单箱单室直腹板截面,主跨支点处梁高4m,跨中梁高2m,梁底按二次抛物线变化,箱梁由顶板形成单向2%的横坡,梁高均为一幅桥外侧腹板边缘处高度。
（一）悬臂浇筑的线形控制分析
悬臂施工(又称平衡悬臂施工)是在已建成的桥墩,沿相邻两个跨径方向平衡对称地逐段施工的方法。由于在悬臂施工时梁内出现负弯矩,对混凝土桥必须在梁体的上缘逐段施加预应力,使其与已完成的梁段连成整体,转换结构受力体系及逐跨合拢,最终形成成桥结构。由于桥梁施工受力状态与运营时的受力状态相近,不致于因施工的需要而增加过多的材料用量。
由于施工状况(施工荷载、预应力损失、混凝土收缩徐变、温度、湿度、时间等)、参数选取(材料特性、截面特性等)和结构计算模型,与现场情况存在差异;同时,结构发生的非线性变形不易精确确定;施工中所用材料的变异性等因素,使得施工过程中结构的实际状态偏离设计所希望的理想状态。因此在桥梁施工过程中必须对结构的实际反应(标高、线型、主梁应力等)
进行严格的施工控制。
1、0号块施工
挂篮是利用已浇筑的箱梁段作为支撑点,通过桁架等主梁系统、底模系统悬臂浇筑,所以0号块就是人为创造一个工作平台。箱梁0号块处于墩梁结合部位,受力复杂,预埋件、钢筋、各向预应力钢束及其孔道、锚具密集交错,梁面有纵横坡,端面与待交段密切相连,采用一次浇筑工艺,混凝土方量约237.18m3。利用承台搭设满堂支架,支架上浇筑0号块。0号块是施工起始段,标高由结构成型标高及其预变位、支架变形及其基础沉降抛高,以及支座受压变形抛高组成。其中,支架变形及其基础沉降抛高对标高影响最大。因此,起始段支架的刚度要强、基础要牢固,以减小结构线形的初始误差。
2、箱梁悬浇施工挠度控制
0号块混凝土浇筑并张拉,对支座作了临时固接措施之后,在0号块上拼装挂篮,对称逐段悬浇1~7号块。最后在跨中进行合拢段的施工。大跨径多跨连续梁桥悬臂施工最重要的任务之一就是挠度的计算与控制。箱梁施工控制是全桥线型保持设计要求的关键。
连续梁桥悬臂施工时挠度组成有:各主墩分段悬浇时T构体系的挠度;体系转换后各节段连续体系的挠度和成桥后由恒载、活载及体系后期收缩徐变引起的挠度;挂篮体系受载后的挠度。
由于挠度的计算涉及到计算图式,临时荷载模拟,混凝土浇筑过程的模拟,预应力位置和张拉的模拟,后期恒载、活载的影响以及长时间的徐变的影响等,所以挠度的精确计算实际上极其复杂。因而,在悬浇施工前,根据混凝土配合比作出试件,测出混凝土的弹模、容重以及混凝土的收缩系数等参数,要反复的校核计算数据并与设计数据比较从而发现问题。而在施工控制过程中,也应根据实测的标高数据修正结构分析参数。
（1）影响挠度的控制因素
①块件自重集度 块件质量变异主要是由截面尺寸和混凝土容重偏差引起的。
②有效预应力 这里有效预应力系指预应力束张拉后瞬时损失(预应力管道定位、张拉、管道摩阻力)完成时的预应力。③弹性模量 弹性模量是混凝土的物理参数,高强度等级混凝土弹性模量的增长往往滞后于混凝土强度的增长,所以当箱梁块件施工周期较短时,对梁段挠度的影响非常大。④混凝土徐变 混凝土徐变是主梁挠度的主要影响因素,混凝土的收缩徐变需要3年左右才能完成,可以根据现场环境条件下的混凝土收缩徐变试验结果得到混凝土的徐变ε-t曲线,先将观测值平滑处理,然后加入徐变综合变异系数,再调整变异系数反复试算即可确定徐变参数调整量。⑤挂篮变形 挂篮体系变形对于连续梁桥悬臂浇筑起着重要作用。挂篮体系变形一般参照预压试验资料,而具体的预测应根据已建梁体施工时的变形加以分析,从而可以推测待建梁体挂篮的预抛高。挂篮变形预测的误差将直接导致节段标高的绝对误差和相对误差。
（2）悬臂浇筑每节段施工的标高控制
悬臂浇筑每节段施工的标高控制包括3个关键工况:挂篮前移定位标高(立模标高);混凝土浇筑后标高;预应力张拉后标高。为正确反映桥梁施工的变化,把梁底标高作为施工控制的目标。每节段变位监测点从梁底测点经腹板引到桥面。挂篮定位标高按梁底待浇节段的最前沿横截面上的测点定位,浇完混凝土后,通过测量梁顶预埋的钢筋头的标高与此时对应的梁底标高,建立梁底与梁顶测点的标高关系,这样已浇梁段的梁底标高可通过梁顶标高的测量值反馈出来。
（3）悬臂施工的挠度计算
为了抵消施工中产生的各种变形(挠度),在施工过程中,立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高,总要设置一定的预拱度。其计算公式如下:Hi=H0-fi施+f挂篮(1)
式中:Hi为待浇筑段立模标高;H0为设计标高;fi施为施工i节段时混凝土浇筑前i梁段以及后续浇筑各段的总挠度(软件自动生成);f挂篮为本节段的挂篮变形值。
混凝土浇筑后各控制点的标高,主要用于已建结构状态的校核,以便修正已建结构标高的计算值和预测待浇节段的计算参数,调整与优化成桥线形,得到待浇节段的施工标高。
预应力张拉后结构控制标高的测量,测出预应力损失后预应力产生的上拱度,目的在于对已建结构状态的校核,以便修正预测待浇节段的标高;获得与利用实测结构参数反馈计算值的差异,从而了解预应力值是否发生偏差,预应力的线形模拟是否恰当,预应力损失是否估计得正确以及决定是否修改预加力的理论值。悬臂桥梁施工时的挠度必须考虑混凝土收缩徐变影响、温度、施工荷载,还必须考虑二期恒载和活载作用所产生的挠度,所以悬臂施工时结构各节段立模标高总挠度计算公式:Hi=H0+fi+fiy+f挂篮+fx+fP/2(2)
式中:Hi为待浇筑段主梁前端底模标高;H0为设计标高;fi为本施工节段以及后续浇筑各段自身静载对该点标高的影响值;fiy为本节段和后续节段纵向预应力束张拉后对该点标高的影响值;f挂篮为本节段的挂篮变形值;fx为徐变、收缩、温度、体系转换、二期恒载、施工荷载对该点标高的影响值;fP为静活载作用下产生的下挠值。
3、箱梁施工主梁应力、应变分析
主梁在悬浇过程中按静定结构考虑控制截面,体系转换后按超静定结构考虑控制断面,一般选取0号块根部、L/4、L/2、3L/4及合拢段处作为控制断面,在这些断面内埋置钢弦传感元件,进行应变测量。钢弦传感器埋入混凝土内后,在轴向力作用下钢弦自振频率发生变化。通过测试传感器的自振频率,由标定表内测的拉力值,从而换算得到同位置处混凝土的应力值为:σc=Ecεg(3)
式中:σc为混凝土结构的应力;Ec为混凝土的弹性量;εg为钢弦传感器所在位置的钢筋中心处混凝土弹性应变。
4、合拢段施工
合拢是悬臂浇筑施工体系转换的重要环节,合拢施工必须满足受力状态的设计要求和保持梁体线型,控制合拢段的施工误差。合拢梁段两端悬臂受温度变化影响可能产生纵向伸缩使合拢口间距变化,从而导致合拢梁段混凝土凝固过程中受到张拉或压缩的超应力影响而产生裂缝。需将合拢一侧墩的临时锚固改成活动支座,以减少影响。同时,在浇筑合拢混凝土前应将两端悬臂临时连接,临时形成刚性连接,保护合拢段混凝土完整,一直到合拢段混凝土养护到一定强度并施加预应力与悬臂形成整体。
（1)合拢顺序。按设计要求,本桥按先边跨、次中跨、中跨的顺序合拢,即先进行H1、H5边跨合拢,在11、14号墩处形成两个单悬臂梁;然后进行H2、H4次中跨合拢,在12、13号墩处形成两个单悬臂梁;最后合拢H3中跨,形成五跨连续梁。
（2)合拢段标高控制。合拢段施工标高是根据已浇节段部分成型、线性和顺、与设计标高偏差最小的原则确定的。由于节段施工标高的误差,预定的合拢段施工标高将被不断的修改,直至合拢。
3结语
悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥作为无支架施工有利于通航河流建桥、城市立交建桥和深山峡谷建桥。悬臂施工的受力较接近于成桥后的结构受力。预应力混凝土连续梁桥的主要断面形式是箱形截面。采用预应力混凝土连续梁，可以使跨越能力大大增加，目前在四十米到一百五十米范围内，预应力混凝土连续箱梁占主导地位。无论是城市桥梁、高速公路桥、高架道路、山谷高架栈桥，还是跨越宽阔河流的大桥，预应力混凝土梁较多的发挥了它的优势，它是广泛使用的一种桥型。
参考文献
[1]王超。不同悬臂浇筑法对连续梁内力及线形影响分析[J]。中国西部科技,2011,(23)
[2]李万成。大跨径连续刚构桥梁挂篮悬臂浇筑施工中的内力、线形控制措施[J]。四川建材,2011,(2)
[3]孟凡利。连续梁桥悬臂浇筑施工线形控制技术[J]。山西建筑,2011,(7)