预应力混凝土连续梁桥悬臂现浇施工的研究

随着交通基础设施建设朝着山区以及跨江跨河区域延伸，大跨度桥梁的需求日益增长起来，预应力混凝土连续梁桥依靠其结构受力合理、耐久性强、经济性优的特点，成为跨越峡谷、河流以及既有交通线路的优选桥型。悬臂现浇施工也就是简称的悬浇施工基于分段施工、逐段成桥的理念，不需要大型支架仅通过挂篮作为施工平台，将桥梁主梁分成若干悬臂段与合龙段依次完成浇筑与预应力张拉，最终形成整体连续结构。和预制拼装、支架现浇等施工方法相比较，悬浇施工对地形适应性强可有效减少对桥下交通、航运及生态环境的干扰，但是同时也面临施工工序复杂、结构受力动态变化、线形与应力控制难度大等挑战。随着 BIM 技术、智能监测设备、高性能混凝土材料的应用，悬浇施工的精度与效率得到显著提升，带动我国公路交通工程全面发展。

1 预应力混凝土连续梁桥悬臂现浇施工技术原理

预应力混凝土连续梁桥在悬臂现浇施工这个阶段，结构受力状态和成桥之后存在显著差异，施工过程中主梁依靠墩柱作为支撑向两侧对称进行悬臂浇筑，此时每一段悬臂段都处于“静定悬臂梁”的受力状态，主要承受自重、施工荷载，包括挂篮重量、人员设备重量以及预应力产生的压应力，等全部悬臂段浇筑完成并且完成合龙以后，结构就转化成“超静定连续梁”。通过支座约束和预应力体系协同作用来实现荷载均匀传递，降低跨中弯矩与挠度，预应力体系是悬浇施工的核心部分，分为纵向、横向以及竖向这三个方向，纵向预应力主要抵抗主梁纵向弯矩与轴向拉力，采用高强度低松弛钢绞线[1]。通过两端张拉或者一端张拉的方式施加，横向预应力用于抵抗翼缘板弯矩与横向剪力，通常采用扁锚体系，竖向预应力则是针对腹板剪力进行设计，多采用精轧螺纹钢筋，通过顶部张拉来实现，这三者共同构成三维预应力网络，确保结构在施工与运营阶段的强度、刚度以及稳定性。

2 工程概况

某座跨江公路大桥，其主桥采用（ ）m 预应力混凝土连续梁桥形式，桥面宽度达到 24.5m，主梁采用单箱双室这种截面构造，腹板的厚度为 50cm，顶板厚度是 25cm，底板厚度从 0 号块的 80cm 渐变到悬臂段的 30cm, 。该桥施工环境较为复杂，桥下是通航河道且通航净高为 8m，施工期间最大风速达到 15m/s ，平均气温为 25°C , 主梁采用悬臂现浇的方式来施工，总共分为 3 个 0 号块、12 个悬臂段，每个悬臂段长度为 3.5m、2 个边跨合龙段以及1 个中跨合龙段，总工期为18 个月。如图1 ：

图1 预应力混凝土连续梁桥悬臂现浇施工

3 预应力混凝土连续梁桥悬臂现浇施工关键技术要点分析

3.1 0 号块施工控制

0 号块作为整个施工的基础，其施工质量会直接影响后续悬臂段的稳定性，其核心控制要点如下，托架要采用型钢焊接或者钢管支架的形式，并且需借助有限元软件来验算其强度、刚度以及稳定性，以此确保在施工荷载作用下最大挠度小于或等于 L/400（L 为托架跨度），预压需采用分级加载的方式，分 3 级，分别为 50%、100%、120% 设计荷载，每级加载完成后要静置 12 小时，同时记录托架变形数据并绘制荷载 - 变形曲线，从而确定弹性变形与非弹性变形值，以便用于后续挂篮高程调整。0 号块钢筋分布十分密集，包含纵向主筋、腹板箍筋、横向分布筋，而且预应力管道数量较多，需采用分层绑扎、定位固定的方式来进行施工，管道安装之前要检查其密封性，安装的时候要通过定位钢筋进行固定，确保管道轴线偏差小于或等于 3mm/m ，避免由于管道偏移而导致预应力张拉时钢绞线出现卡阻[2]。0 号块混凝土体积较大，容易产生温度裂缝，需采用分层浇筑、斜面分层的工艺，使用插入式振捣器振捣密实，振捣时间控制在15-30s，直至表面无气泡溢出，养护要采用覆盖土工布加上洒水养护的方法，养护时间不少于 14 天，同时要监测混凝土内部温度，保证最高温升小于或等于 60^∘C ，内外温差小于或等于25℃，必要时采用预埋冷却水管来进行降温。

3.2 挂篮施工控制

挂篮在悬浇施工中相似是移动工厂，其选型、组装还有调试直接决定施工精度，核心控制要点包含这些内容。（1）挂篮选型方面要根据梁段重量、跨度以及施工环境来选择挂篮类型，常用的类型有菱形挂篮、三角形挂篮和牵索式挂篮，菱形挂篮由于结构轻盈、受力合理且前移方便，适合用于 30-50m 跨度的悬臂段，牵索式挂篮通过增设牵索减少挂篮变形，适用于 50m 以上大跨度梁段，挂篮设计荷载需要考虑梁段自重、施工活荷载以及风荷载，安全系数要大于等于 1.2[3]。（2）挂篮组装精度控制时组装前要清理梁段顶面杂物，测设轨道安装轴线与高程，轨道安装偏差要小于等于 2mm/m ，主桁架安装时采用全站仪定位，确保两侧主桁架间距偏差小于等于 5mm，垂直度偏差小于等于 1/1000，底模与侧模安装后要通过千斤顶微调高程，模拟浇筑荷载下的变形，将底模高程调整到设计高程 + 弹性变形值，确保浇筑后梁段高程符合要求。（3）挂篮前移控制时挂篮前移需要对称进行，两侧前移速度差要小于等于5cm/h，前移过程中安排专人监测挂篮锚固状态与梁段变形，前移到位后要及时锚固挂篮，检查底模与侧模的密封性，防止浇筑时出现漏浆情况。

3.3 预应力张拉控制

预应力张拉作为确保结构强度的关键工序，常见问题有张拉应力不足、伸长量偏差超标以及钢绞线断丝等情况。在张拉设备校验方面，张拉千斤顶与压力表需要配套进行校验，其校验周期为 6 个月或者张拉达到 ，校验误差要小于等于正负 2%，校验完成后要绘制压力 - 油压曲线，以便用于张拉时的应力控制。钢绞线在进场之前需检验其抗拉强度、伸长率以及松弛性能，要符合 GB/T 5224-2014 相关要求，张拉之前要清除钢绞线表面的油污与锈蚀，还要梳理钢绞线确保没有缠绕现象，穿束时要采用牵引装置缓慢推进，避免出现管道破损问题。纵向预应力张拉要按照“先腹板后顶板、先长束后短束”的顺序来进行，采用两端对称张拉方式，当梁段长度大于 30m 时，可采用一端张拉、另一端补张的方法。张拉过程分为初应力 10%σcon 和控制应力 σcon 两个阶段，初应力阶段要记录伸长量，控制应力阶段需持荷 5 分钟，确保应力稳定之后再进行锚固，横向与竖向预应力张拉需要和纵向张拉协同开展，避免因应力叠加导致结构局部出现开裂情况。张拉完成后要在 24 小时内完成压浆工作，压浆之前采用高压水冲洗管道，排除其中的杂质与积水。压浆采用真空辅助压浆工艺，以此确保水泥浆的密实度，压浆过程中要记录压浆压力与流量，压浆完成后检查压浆口与出浆口水泥浆的凝固情况，必要时要进行无损检测。

3.4 合龙段施工控制

合龙段施工作为体系转换的核心内容，需要重点对梁段的线形、应力以及温度进行控制，具体要点如下，合龙段施工要在低温、稳定的环境条件下开展，通常会选择夜间温度处于20±5℃的时候进行，以此避免温度变化造成梁段伸缩的情况。一般情况下，连续梁桥应按“先边跨、后中跨”的顺序合龙。对于边跨合龙，需在最大悬臂节段上加水箱配重，水箱压力为合龙段混凝土重量的 一半。在浇筑合龙段混凝土时，同步卸载水箱压力。施工之前需要连续 3 天对梁段变形情况进行监测，每间隔 2 小时测量一次，通过分析温度对变形产生的影响来确定最佳合龙时间，在线形调整方面采用千斤顶或者压重块对两侧梁段高程进行调整，要让合龙段两端高程差小于等于 2mm，轴线偏差小于等于 1mm^[4] 。在调整过程中需要同步监测墩柱位移，防止墩柱承受过大水平力，位移限值要小于等于 5mm，合龙之前要在合龙段两侧设置型钢临时支撑，支撑强度必须满足承受合龙段混凝土自重与温度应力的要求，同时要在两侧梁段对称加载配重，可使用砂袋或者水箱，加载重量为合龙段混凝土重量的 50%-100%。在浇筑过程中同步卸载配重，以此确保结构受力平衡，在混凝土浇筑与养护过程中，合龙段混凝土采用微膨胀混凝土，用于补偿混凝土收缩，增强合龙段整体性，浇筑时间要控制在3-4小时内，快速完成振捣与收面工作，养护采用覆盖保温被加蒸汽养护的方式，确保混凝土强度快速增长，养护期间温度波动要小于等于5℃/h。

4 施工常见问题与优化对策

4.1 线形偏差问题及对策

线形偏差属于悬浇施工当中最为常见的问题，具体表现为梁段高程出现超标以及轴线发生偏移，如果不及时进行调整，会导致合龙变得困难或者成桥之后行车舒适性有所下降。原因分析主要有以下几点：一是挂篮变形计算不够准确，没有考虑非弹性变形或者荷载出现变化的情况；二是混凝土自重存在偏差，实际容重和设计数值并不相符；三是受到温度的影响，日照会导致梁段出现不均匀伸缩的现象；四是施工荷载不对称，比如单侧材料堆放的数量过多。优化对策如下方面，首先，要建立施工监控体系，利用全站仪、挠度传感器对梁段高程与轴线进行实时监测，每段施工完成之后将设计值和实测值进行对比，计算出偏差量；其次，要采用预测- 调整机制，根据前一段施工偏差去预测下一段施工参数，例如挂篮高程调整量，通过调整底模高程或者预压值来补偿偏差；再次，要控制施工荷载对称，材料堆放需要在两侧梁段进行对称布置，保证单侧荷载偏差小于等于 5kN，最后要做好温度监测与规避工作，避免在高温时段开展高程测量，测量时记录环境温度并对实测数据进行温度修正。

4.2 结构开裂问题及对策

混凝土开裂这种情况会降低结构耐久性以及承载能力，常见裂缝类型包含温度裂缝、收缩裂缝和应力裂缝，原因分析方面，一是混凝土水化热过高，存在水泥用量大且浇筑速度快的问题；二是养护不及时，致使表面水分蒸发速度过快；三是预应力张拉不及时，混凝土强度达到之后未及时进行张拉，从而导致收缩裂缝出现；四是局部应力集中，如腹板与翼缘板交接处钢筋密集，振捣不够密实。优化对策为方面，首先要优化混凝土配合比，采用低热水泥例如矿渣硅酸盐水泥，掺加粉煤灰或者矿粉以减少水泥用量；其次要控制浇筑温度，夏季采用冰水拌合骨料并且在夜间浇筑，以此降低入模温度，然后要加强养护管理，混凝土浇筑完成后12 小时内进行覆盖养护，采用自动喷淋系统保持表面湿润，将养护时间延长至21 天，接着要及时张拉预应力，混凝土强度达到设计要求后48 小时内完成张拉，避免收缩应力积累，最后要优化钢筋布置，在应力集中部位增设构造钢筋，比如腹板倒角处增设折线筋，确保振捣到位避免漏振。

5 结语：

预应力混凝土连续梁桥悬臂现浇施工技术依靠分段浇筑、预应力张拉和体系转换协同配合，达成了大跨度桥梁高效且精准的建造，研究显示施工过程中要严格将控0 号块托架预压、挂篮变形、预应力张拉工艺以及合龙段温度与线形等关键工序，并且针对线形偏差、结构开裂和预应力损失等问题需采取动态监控、材料优化和工艺调整等对策，工程实践证明通过精细化施工管理和技术优化能够有效提升结构质量与施工安全性。

参考文献：

[1] 吴 欣 . 大 悬 臂 现 浇 预 应 力 混 凝 土 连 续 箱 梁 横 梁 设 计 研 究 [J]. 江 西 建材 ,2024,(10):164-166+181.

[2] 潘凯 , 刘建林 , 杨刚 . 预应力混凝土连续刚构桥施工技术应用 [J]. 四川建筑 ,2024,44(01):129-131.

[3] 牛爱国 . 预应力混凝土连续梁桥悬臂现浇施工探讨 [J]. 交通世界 ,2023,(32):169-171.

[4] 文芳 . 预应力混凝土连续梁桥悬臂现浇施工关键技术研究 [J]. 工程技术研究 ,2023,8(20):54-56.

作者简介：廖隆（1995.1-），男，本科，现主要从事：辰溪抽水蓄能项目，借调总包部工程管理部施工专责岗位，进度质等管理工作