大跨度不平衡连续梁关键施工技术及线性监测方法

摘要：大跨度不平衡连续梁施工因存在附加荷载大、施工线性难控制、两端不平衡力矩难平衡等问题，需采取特定的荷载平衡设计施工体系。以澄江双线特大桥为例，在悬臂对称浇筑施工中计算调整挂篮底部配重，实现边、中跨弯矩保持平衡；对起步节段进行支架模板体系搭建施工、对标准节段及合龙段进行平衡配重施工；提出整体线性监测技术对主梁挠度实时监控、预测分析、实时调整。最终实践证明：分节段平衡配重可避免不对称截面荷载施工条件下产生的不平衡弯矩，以防止施工过程中主梁线性发生较大偏差，保证全桥达到预期的主梁成桥线性；可有效减小因配重产生的截面顶板拉应力，防止裂缝产生；此外，线性监测表明施工过程中整体线性控制情况良好，可为未来大跨度不平衡连续梁施工提供实用的技术指导。

关键词：连续梁；大跨度；不平衡；配重平衡；线性监测

中图分类号：U448.21           文献标志码：A                文章编号：

桥梁工程中，连续梁结构因其良好的承载力和安全性在工程中得到广泛应用。然而，在复杂施工环境下，限于现场条件，连续梁在施工过程中不可避免地会出现不平衡荷载情况，特别是在大跨度桥梁工程中，这种问题尤为突出[1]。目前，连续梁施工方法主要为支架法[2]、转体法[3-4]和悬臂浇筑法[5-6]。其中，支架法依赖于在梁体下方搭建临时支撑体系，但针对大跨度梁体，此法常受限于自然条件与地理环境的复杂性，同时其施工周期也较长[7]。采用转体法施工时，由于中跨与边跨间存在荷载不均衡现象，随着施工进程中悬臂浇筑长度的延伸，这种不均衡状态愈发显著，导致作用在结构上的不平衡荷载急剧增加，进而加剧施工线性控制的难度，对人员安全及工程质量构成潜在威胁[8]。这些方法在成本控制、施工周期以及操作复杂性等方面均存在不容忽视的局限性，难以满足大跨度不平衡荷载连续梁工程要求。

悬臂法是当前连续梁桥施工中最常用的方法之一，尤其在高空大跨、深谷及其他特殊条件下具有显著优势[9]。悬臂法通常采用一对挂篮对称浇筑，但由于设计结构的受力需求或现场施工条件的复杂性，悬臂浇筑梁段的重量往往难以对称分布，关键施工技术有待优化[10]。此外，线性监测能对施工精度进行控制，但针对大跨度不平衡连续梁的施工线性监测技术研究较少[11]。大跨度不平衡荷载连续梁的施工过程中仍存在材料消耗大、施工风险高等问题。因此，亟需提出针对大跨度不平衡连续梁的可靠施工技术及有效线性监测方法，确保工程质量和施工安全。

本文依托澄江双线特大桥项目工程，分析项目中的不平衡荷载并进行配重设计，提出不平衡连续梁分节段关键施工技术及有效的线性监测方法，进而为大跨度不平衡连续梁施工提供可靠的技术参考。

1  工程概况

澄江双线特大桥位于都安瑶族自治县，是贵南高铁在广西段的站前先期开工工程，该桥梁跨越G75兰海高速公路，全长15.508公里。连续梁拱与G75兰海高速位置关系如图1所示。桥梁主跨采用拱加劲连续梁结构，孔跨布置为（91.3+180+91.3）m，与既有高速公路线路大里程夹角30度。连续梁纵坡为平坡，主墩部分节段进入G75兰海高速范围，跨路作业防护采用长8.4m，宽18.95m防护兜底吊篮，跨路作业连续梁底最低点标高为182.844m，悬灌施工模板最低位置标高为181.114m，吊篮底部净空为8.344m。

2  不平衡荷载分析及配重设计

2.1  不平衡荷载分析

大跨度拱加劲连续梁桥施工时，两侧不平衡荷载主要由结构设计和施工两方面因素引起。对于结构设计而言，有三方面原因：1）项目中全桥共设置18组双吊杆，钢管拱顺桥向吊杆间距9m，在跨中主梁设计时，吊杆横梁与箱梁内齿块分布不均匀，造成边、中跨两端重量不一致；2）墩柱两侧连续梁和拱加劲连续梁设计结构不同，拱加劲连续梁侧有加劲横梁及锚固块；3）0#块顶面有拱加劲连续梁拱脚设计，导致两侧存在小偏心荷载。

除设计原因外，在施工过程中，完全对称只是一种理想状态，即便主墩两端浇筑的施工块段一样，但由于施工现场一侧需要跨越既有高速公路，因此要求对挂篮进行全封闭防护，从而导致施工荷载的不平衡，需要同步在边跨进行配重。

2.2  配重平衡荷载设计

连续梁悬臂对称浇筑施工中控制不平衡弯矩的产生十分关键，一般可通过调整挂篮底部配重和施工时对应节段边中跨同步施工的方式达到平衡，但对于大跨度拱加劲连续不对称断面而言则很难实现，控制难度随着悬臂施工节段长度增加而增大，同时不平衡弯矩和偏载重量的敏感性也随之增加。

为此，项目中进行配重平衡荷载设计，浇筑前对上一节段进行预压配重，当前节段浇筑完成后，在张拉前将前一节段的相应重量的配重块移动至当前节段，以使每个对称梁段施工时都能实现两端平衡施工，进而实现在每个对称段施工结束挂蓝移至下节段时，保证边、中跨始终保持弯矩（即浇筑完成后的配重与主墩中心长度乘积）平衡。预压块配置图如图2所示。

配重块重量计算时，以每个梁段为单元计算浇筑对称段的重量差，以0#块中点为力矩零点，通过配重使两侧累加力矩为零，计算出理论配重。配重完成后及时进行配重工况下的线型监控测量，确定最终配重。其中，预压块采用标准预压块（重量为3t）。拱加劲连续梁弯矩平衡如式（1）所示：

ΣM1+ΣM2+M3+M4=M5+ΣM6+M7+M8 （1）

式中：M1为边跨节段配重弯矩，kN∙m；M2为边跨节段浇筑弯矩，kN∙m；M3为挂篮及施工荷载弯矩，kN∙m；M4为挂篮配重弯矩，kN∙m；M5为段拱加劲拱脚弯矩，kN∙m；M6为中跨节段浇筑弯矩，kN∙m；M7为加劲横梁弯矩，kN∙m；M8为带防护棚挂篮弯矩，kN∙m。

3  不平衡连续梁分节段关键施工技术

3.1  起步节段施工

（1）施工步骤及支架模板体系搭建

起步节段（0#块和1#块）主要施工步骤如图3所示。

0#块和1#块支架由上纵梁、横梁、立柱组成，其中0#块支架立柱兼作临时支墩，0#块支架布置图如图4所示。

施工时需要先在每排临时支墩顶端顺桥向向下2m处放置三拼I56a型钢作为牛腿形成支架系统。

（2）墩梁临时固结

临时支墩采用钢管混凝土支撑，设置在墩中心外侧5.7m位置，横向间距5.8m，每个墩布置6根。钢管支撑在承台上，钢管内径1.5m，厚20mm，采用C40混凝土，钢管底放置20mm厚2×2m的钢板。墩身预埋钢构件，用槽钢与钢管连接成整体。

3.2  标准节段施工

标准节段纵向预应力施工全部完成后，移动挂篮至下一节段，在挂蓝上悬臂对称浇注An（Bn）梁段，张拉并锚固An（Bn）梁段纵向预应力钢束和An-1（Bn-1）梁段竖向和横向预应力筋。根据对称节段力矩差，现场采用在相应梁段梁面配置预压块的方式消除每节段的不平衡重量。浇筑过程中在边跨An-1梁段紧挨边跨An梁段按照对称平衡逐加相应配重。依次重复施工至边跨合龙段。标准节段施工如图5所示。

悬臂节段平衡重量计算表如表1所示。钢筋安装过程中，在前一节段先配置1/2目标重量的预压块。混凝土浇筑过程中，在前一节段重心位置配置表中重量逐加预压块，在当前节段浇筑完成后张拉前，将前一节段的相应重量的配重块移动至当前节段。预压块应尽量放置在节段的中心，并保证对称，避免产生偏载。

3.3  合龙段施工

（1）边跨合龙段配重施工

边跨合龙配重加载主要分为附加配重和平衡配重两种，配重加载均采用标准预压块。边跨附加配重在混凝土浇筑过程中按浇筑方量进行卸载；平衡配重在边跨合龙段混凝土浇筑时不进行卸载，待混凝土强度达到100%，预应力张拉开始后进行卸载。边跨合龙示意图如图6所示。

合龙段在配重及卸载期间，应保持两端对称进行，即在中边跨合龙段上一节段同时进行平衡配重加载，混凝土浇筑时在边跨侧的平衡配重同步进行卸载。高差在允许范围内（±2cm）则不进行附加配重加载。高差超过允许范围且上一节段端部梁底高于理论值，则应在上一节段施加附加配重，具体数量根据实测高差结合监控单位模拟计算确定。高差超过允许范围且上一节段端部梁底低于理论值，则应在上一节段通过减小平衡配重的形式实现。边跨合龙段平衡配重采用提前加载的形式以抵消合龙段混凝土浇筑时荷载增加引起的梁体变形。边跨合龙钢筋施工前在中、边跨侧合龙段上一节段梁面各配置相当于边跨合龙段混凝土1/2重量的预压块，平衡配重在混凝土浇筑过程中卸载，卸载的速度与浇筑速度基本同步，边跨合龙时只卸载边跨侧的平衡配重，中跨侧平衡配重保留。平衡配重示意如图7所示。

（2）中跨合龙段配重施工

中跨合龙段配重施工前需拆除边墩旁临时托架，解除边墩支座临时锁定。移动中孔挂篮，浇筑b19梁段混凝土。大里程侧挂篮从端头后退一节段，挂篮后退前整体降低0.8m，同时保证底篮和外滑梁水平，保证挂篮顺利后退。底模用32mm精轧螺纹钢与两侧相邻节段底板预留孔进行锚固，侧模用32mm精轧螺纹钢与两侧相邻节段顶板预留孔锚固。中跨挂篮合龙示意图如图8所示。

中跨合龙配重加载也主要分为附加配重和平衡配重。其中平衡配重在边跨合龙施工时已经在中跨项目节段加载完毕，需要将配重块移至合龙段相邻节段并根据实测数据增减配重块。附加配重应根据边跨预应力张拉后合龙段相邻节段中跨梁底高差决定，中跨合龙前对两侧梁端高程进行测量，将数据反馈给监控单位，由监控单位提供相应两端的附加配置值。当两端高差小于2cm时可以不采用附加配重直接合龙。

附加配重在混凝土浇筑过程中卸载，卸载的速度与浇筑速度基本同步。中跨配重示意图如图9所示。

4  不平衡连续梁施工整体线性监测技术

4.1  高程监测原理及程序

施工监控中将使用多种专用软件进行计算复核，确定立模标高，箱梁悬灌的各节段立模标高按式（2）确定：

标高=f0+f1+f2+f3+f4+f5+f6 （2）

式中，f0为截面设计高程；f1为挂篮弹性变形量；f2为挂篮塑性变形量；f3为混凝土湿重作用调整量；f4为恒载、预应力等体系转换作用的调整量；f5为其他因素调整量，反映施工过程中测量温度误差、仪器读数误差等，根据浇注前、浇注后、张拉前、张拉后标高与理论计算的偏差调整；f6为1/2ZK活载变形量。

测量控制程序见图10。对悬臂施工过程中每个施工节段进行主梁标高测量，分别为挂篮定位、浇筑混凝土前后和张拉预应力钢束前后。

4.2  主梁高程测点布置

梁拱组合桥中的主梁悬浇施工监控的关键是高程控制，线形控制采用精密水准仪进行主梁标高测试的方法，每一施工节段均设立测点。

主梁高程测点及节段控制点位置分别如图11、12所示。标高定位点以a点和b点为准，浇筑混凝土时埋设钢筋头A、B点，浇筑混凝土后测量A、B、a、b点，确定A与a、B与b之间的高差，后期测量A、B点反算到a、b点的标高。

4.3  监测结果分析

在对项目中38#墩大小里程施工过程中各节段进行监测后，得到各节段标高误差曲线，如图13所示。从图中38#墩大小里程施工过程中各节段的实测标高与理论计算值的对比可知，小里程各节段实测标高与理论标高差值在-1.3cm～3.2cm范围，大里程各节段实测标高与理论标高差值在-1.4cm～2.2cm范围，38#墩各节段总体控制均在允许误差范围内。

可以发现澄江双线特大桥各现浇段张拉完成后梁实测标高与理论标高误差基本都保持在2cm左右，个别现浇段出现大于2cm的情况，主要由于测量误差、立模误差和张拉误差等原因导致，但整体在可控制范围内，说明施工过程中整体线性控制情况良好，满足要求。

5  结  论

本文提出大跨度不平衡连续梁关键施工技术及线性监测方法，为大跨度不平衡连续梁施工产业升级提供了新思路，基于实际工程案例—澄江双线特大桥项目，得出以下结论：

（1）通过精确计算和分节段实施配重平衡设计，解决了大跨度连续梁在施工过程中因不对称荷载导致的不平衡弯矩问题，有效防止主梁线性发生较大偏差，确保全桥主梁成桥线性。

（2）提出起步节段、标准节段及合龙段的关键施工技术，有效解决大跨度不平衡连续梁施工中存在的如材料消耗大、风险高、效率低等问题，为同类工程提供可借鉴的综合施工技术方案。

（3）采用整体线性监测技术，实现了对主梁挠度的实时监控、预测分析和实时调整。该技术显著提高了施工精度，确保了施工过程中的整体线性控制情况良好。

参考文献：

[1] 文庭亚.上跨既有铁路桥梁水平转体施工技术研究[J].工程技术研究，2019，4（8）：8-10.

[2] 张绍聪.大跨度连续梁桥施工监控关键技术研究[D].广州大学，2018.

[3] 将志伟.铁路连续梁转体施工控制与关键技术[J].中国高新科技，2020（10）：99-100.

[4] 李林翰，李瑞.桥梁转体施工工艺与关键技术研究[J].工程技术研究，2021，6（24）：76-78+115．

[5] 李春玉.桥梁转体球铰的定位及安装[J].建筑施工，2021，43（4）：637-638，645.

[6] 钟登科.桥梁悬臂浇筑挂篮施工工艺研究[J].工程技术研究，2020，5（13）：69-70.

[7] 王传立.高铁钢筋混凝土连续梁悬浇法施工墩梁固结方案设计探讨[J].铁道勘察，2011，37（04）：78-80.

[8] 宋宝起.非对称悬臂施工大跨度连续刚构桥设计研究[J].铁道标准设计，2017，61（04）：70-74.

[9] 翁方文，吴成，鲁祖泽.大跨度不对称连续梁设计与施工关键技术[J].铁道建筑，2021，61（12）：28-30+39.

[10] 郭文骏.四跨连续梁桥施工监控及合龙顺序研究[D].东南大学，2019.

[11] 李大炜.悬浇连续梁不对称梁段施工关键控制技术[J].铁道建筑技术，2011（07）：5-8.