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摘要：近年来，随着经济的发展，我国基础建设规模不断增大。而公路桥梁建设是整个基础建设中十分重要的一个环节，是国民经济发展的基础。本文结合某高速公路大桥施工工程实例，介绍了支架法分段浇注大跨度变截面连续箱梁关键施工技术，为同类桥型采用同种工艺施工有实际参考价值。
关键词：支架法 连续箱梁 分段现浇施工
1 工程概况
该大桥是为了配合浙江某景区开发而变更的一座跨旅游公路的大型桥梁，分上、下行线。上行线为42 m+70 m+42 m三跨变截面预应力混凝土连续箱梁桥，箱梁根部高4.0m，跨中高2.0m；下行线上部结构为32m+54m+32m 三跨变截面预应力混凝土连续箱梁桥，箱梁根部高3.0 m，跨中高1.6 m。箱梁为三向预应力混凝土结构，单箱单室，顶板宽度为12.5m，箱宽为6.5m，梁底下缘按二次抛物线设置，设计采用支架法分段施工；分段施工的节段除合龙段外长度为3～4 m，边跨合龙段上、下行线分别为8 m 和6 m，中跨合龙段长度为2 m。设计荷载为汽车-20 级，挂车-120，总体成桥效果见图1。
图1大桥成桥效果图
2 工程的特点和难点
(1)地形复杂，支架基底处理难度大，大桥位于峪冲沟内，地势变化大，多次跨越冲沟、旅游公路和隧道、路基施工便道，而且该桥处在峪古滑坡体上，该滑坡体为浅表型牵引式滑坡，在原地面陡坎上可见小滑塌和裂缝，地表极不稳定，且地表覆植土厚度达50～100cm，造成支架基底换填处理及防护工程量大。
(2)支架搭设高度大，跨河道、公路门洞多满堂支架搭设最大高度达30m，并多次跨越冲沟、旅游公路和隧道、路基施工便道，需增跨河道、公路门洞8个，大大增加了支架施工难度。
(3)挠度变化大，梁体线形难控制预应力管道布置形式、混凝土自重、环境因素变化大，致使张拉拱度及荷载引起的挠度变化没有一定的规律，施工预拱度不好设置，梁体线形难以控制；
(4)预应力体系复杂，管道长而多曲线箱梁为纵、横、竖三向预应力结构，纵向预应力体系采用高强度低松弛Ry1860 钢绞线和OVM 15型锚固体系；横向预应力钢筋采用高强度低松弛Ry1860钢绞线和BM 15-2 型锚具；竖向预应力体系采用Φ32 预应力精轧螺纹粗钢筋和精轧螺纹粗钢筋锚具，预应力精轧螺纹粗钢筋张拉均需进行复拉；全桥管道长度超过40 m 的有48 束，最长管道长达152 m，且多处为曲线。
3 总体施工方案
按照设计的施工顺序为：先在支架上浇筑0#、1#、1′#段，后向两边分段浇筑并张拉预应力束，先边跨合龙，再中跨合龙，整个施工过程相邻浇筑节段对称进行。在中跨合龙后桥梁由T 形静定悬臂状态变为超静定状态，实现了体系转换。箱梁施工流程见图2。
图2 箱梁逐段施工流程图
4 施工关键技术
4.1 混凝土施工
(1)严控原材料关
对拟用于工程的原材料选择多个厂家，并取样试验，根据试验结果对所选厂家进行筛选确定供货厂家。到工地的各种原材料，如钢材、水泥等确保是从选定厂家进的货，并依据规定的取样方法和取样频率检验，对复验不合格的原材料，在规定期限内清除出场，从而保证所用原材料符合规范及设计要求。
(2)优化配合比
箱梁混凝土的各项设计指标为：弹模Eh≥35 000M Pa；轴心抗压强度fcp≥50M Pa；抗拉标准强度fts≥2.45M Pa；缓凝时间不低于8h；坍落度16～22cm ；混凝土和易性好、可泵性好、无泌水现象。
高强泵送混凝土要试验的因素较多，为了配制较高质量的泵送混凝土，采用正交试验法初选出混凝土的配合比，然后在初选配合比的基础上进行高强高效泵送剂UNF-3C 外加剂掺入量的对比试验。因为泵送混凝土坍落度要求大，混凝土的前期强度增长慢，为了尽快使混凝土达到张拉强度，缩短各施工循环周期，在配合比设计时增加水泥用量。最后确定施工配合比为水泥：细骨料(中砂)：粗骨料(碎石)：高强高效泵送剂(UNF-3C)=499∶ 643.7∶1 048∶169.7∶ 6.49，水混凝土各项性能指标见表1。
项目 混凝土强度/Mpa凝结时间/h混凝土坍落/cm 可泵性 和易性
3d 7d 28d 初凝终凝0 1h 2h3h
50.15457 8 1222 22 1816 良好 良好
(3)0#、1#、1′#块采取2次浇注0#、1#、1′#块位置管道密集，预埋件及预留孔多，结构和受力情况复杂，高度高，自重大，同时施工面狭窄，混凝土不易振捣施工，为确保施工安全，同时为保证施工质量，0# 块按照高度分两次施工，第一次施工高度高出腹板3 cm，第二次施工至梁高4.0 m，具体采取如下措施：(1)减少两次混凝土施工的时间间隔，同时调整好混凝土的水灰比以减少两次浇筑混凝土的收缩徐变差值；(2)将第一次施工的混凝土表面设置成凸凹不平状，设置混凝土施工缝，便于两次浇筑混凝土间的衔接。(3)混凝土浇筑施工选择在气温较低的天气中的低温时进行。(4)为减少0# 块隔梁位置上出现的裂缝，将在通行孔的隔梁两侧设置加密钢筋网以基本消除裂缝。这样施工的好处在于施工方便，易于保证混凝土的施工质量，同时支架按照一次浇筑混凝土施工设计而实际混凝土两次施工，第二次施工的混凝土重量由第一次浇筑的混凝土承担，确保支架使用安全。
4.2 预应力筋施工
(1)波纹管的定位及长钢束的安装严格按施工图纸提供的坐标安放波纹管，防止波纹管偏移或上浮，每隔1m 将1 组Ф12 定位钢筋(马凳支托)焊接在附近的钢筋上，将波纹管用Ф12倒U 型筋点焊在定位筋上，各节段之间波纹管采用大直径套管连接。浇注混凝土之前在管道中预留直径比管道直径小20 mm 的塑料内衬管。穿束：管道长度≤50 m 的钢束采用人工穿束，管道长度≥50 m钢束须提前在管道中预留1 根Ф12 mm 的钢丝绳，采用卷扬机牵引。为了帮助钢束顺利通过管道，钢束端头设置导向装置。
(2)预应力设计参数修正、识别对于一些主要的计算参数如钢束弹性模量、孔道偏差系数、松弛率、摩阻率、锚具变形等，必须确保其准确才能从根本上达到施工控制实测值与理论计算值的一致。设计参数的识别、修正工作就是根据施工中结构的实测值对主要的设计参数进行调整，然后将被修正过的设计参数反馈到施工控制计算中去，重新给出钢绞线张拉理论伸长值，以消除理论值与实测值之差值。
(3)采用真空辅助压浆工艺
真空压浆即采用真空泵抽吸预应力孔道中的空气，使孔道内的真空度达到80% 以上，然后在孔道的另一端用压浆机以大于0.5 M Pa的正压力将水泥浆压入预应力孔道。其优点在于①在真空的辅助下，孔道中原有的空气和水被消除，同时混在水泥浆中气泡和多余的自由水亦被消除，增强了浆体的密实度；②浆体中的微沫浆在真空负压下率先流入负压容器，使稠浆流出时，孔道中浆体的稠度就能保持一致，使漿体的密实度和强度得到了保证；③真空辅助压浆的过程是一个连续且迅速的过程，缩短了压浆时间。
4.3 合龙原则及合龙口的临时固结
在连续梁合龙施工中，不同的合龙顺序，其引起的结构恒载内力不同，结构体系转换时由徐变引起的内力重分布也不同，导致其结构最终恒载内力也不同；当两悬臂端合龙时梁、墩固结为一体，显然静定合龙比超静定合龙受力要小。因此施工设计采用“先边后中”的施工顺序，即边跨先形成两单悬臂梁(静定小合龙)，再中跨合龙形成三跨连续梁(超静定大合龙)结构，以减少超静定次数，使结构更稳定、受力更对称合理，同时降低了合龙支架的工程用量，经济效益好。由于环境及体系自身温度变化、新浇混凝土的早期收缩及已完成结构混凝土的收缩和徐变、结构体系的变化以及梁段自重、风荷载及其它临时施工荷载等均导致桥墩受力较大，此力又反作用于合龙支架，使合龙支架受力复杂。
因此，必须采取措施保证合龙段施工的稳定，使合龙段与两侧梁体保持变形协调，在施工过程中能传递内力，确保结构能按设计要求合龙。本桥设计施工图纸采用的合龙口刚性锁定方式为刚性型钢固结法。这种锁定措施是在箱梁截面腹板顶、底面各预埋一块90 mm×40 mm×1.6 cm 钢板，将外刚性支撑(采用20号槽钢)焊接在其上，将合龙段两侧连成整体。这种锁定方式构造简单、受力明确，结构安全可靠；连续梁合龙施工按照“临时固结、低温浇灌”的基本原则进行施工。合龙时选择一天中气温最低、温度变化幅度较小时锁定合龙口并灌注混凝土，这样可保证合龙段新浇注的混凝土处于气温上升的环境中，在受压状态下凝结。因此，在主跨合龙前，对悬臂端两侧梁体温度场及对应长度变化进行了测量。
4.4 箱梁线形控制
(1)支架变形控制
为了保证支架基础的稳定，对地基进行换填处理，在变坡位置设挡墙，跨河道、公路均采用工字钢门洞。支架搭到设计高度后，进行105% 梁体自重荷载预压，并进行过程观测，根据观测数据计算支架弹性变形量。
(2)梁体挠度控制
梁体在张拉及浇筑砼施工时，受张力、砼自重、日照、温度变化、墩柱压缩等因素影响而产生竖向挠度，砼自身的收缩和徐变也会使悬臂段发生变化。因此须对施工节段进行挠度观测控制，以便在施工及时调整有关的标高参数，为下节的模板安装提供数据预报，确定下节段合适的模板标高。施工时建立施工控制网络，以自适应法及灰色预测辨别法等理论为模型进行施工控制，确保合拢精度。
(3)施工过程监控与量测
针对本桥跨度大、结构新颖，施工工艺新的特点，对施工全过程进行监控量测，全面掌握施工过程中的支架变形规律、墩柱位移、结构内力和变形、混凝土的收缩和徐变等及其影响的程度，以达到保证施工安全、合理安排工序、优化结构，加快施工进度的目的。主要的监测项目、方法和频率见表2。
4.5 施工控制成果
(1)通过合理的质量控制和全过程的监控量测，加快了施工进度，一个施工段施工时间由刚开始的12 d缩短到8d。
(2)完善、优化了施工设计。从收集的量测信息反映，支架变形与支架搭设超前长度有关。支架超前搭设长度合理，既能控制变形，又能缩短支架搭设施工时间。通过分析、比较和实践证明支架超前搭设长度宜控制在8～10m。
(3) 通过施工→测试→识别→修正→预测→施工的循环过程、实时监测数据库及其管理程序、施工誤差评价分析及调整程序、施工控制报表处理系统，及时掌握在支架法分段施工条件下支架、墩柱的变形、混凝土应力大小及施工挠度变化规律。从量测结果数据反映，墩柱水平位移小，变形主要是支架变形、张拉拱度和新浇注的砼引起的挠度，通过施工预拱度的设置，保证了线形与设计相吻合。
5 结论
(1)支架基底处理及变形控制、施工预拱度合理设置是大跨度变截面箱梁支架法分段浇注施工时保证线形的前提条件；
(2)0# 块采用两次浇注不仅能保证混凝土施工质量，同时方便了施工，确保支架使用安全；
(3)在复杂的三向预应力施工过程中，对设计参数的修正、识别是非常必要的；
(4)采用真空辅助压浆工艺是预应力长管道浆体的密实度和强度的保证；
(5)监控量测是支架法分段浇注施工的重要组成部分，施工过程中必须坚持以监控量测为手段来指导设计施工。
关键词：支架法 连续箱梁 分段现浇施工
1 工程概况
该大桥是为了配合浙江某景区开发而变更的一座跨旅游公路的大型桥梁，分上、下行线。上行线为42 m+70 m+42 m三跨变截面预应力混凝土连续箱梁桥，箱梁根部高4.0m，跨中高2.0m；下行线上部结构为32m+54m+32m 三跨变截面预应力混凝土连续箱梁桥，箱梁根部高3.0 m，跨中高1.6 m。箱梁为三向预应力混凝土结构，单箱单室，顶板宽度为12.5m，箱宽为6.5m，梁底下缘按二次抛物线设置，设计采用支架法分段施工；分段施工的节段除合龙段外长度为3～4 m，边跨合龙段上、下行线分别为8 m 和6 m，中跨合龙段长度为2 m。设计荷载为汽车-20 级，挂车-120，总体成桥效果见图1。
图1大桥成桥效果图
2 工程的特点和难点
(1)地形复杂，支架基底处理难度大，大桥位于峪冲沟内，地势变化大，多次跨越冲沟、旅游公路和隧道、路基施工便道，而且该桥处在峪古滑坡体上，该滑坡体为浅表型牵引式滑坡，在原地面陡坎上可见小滑塌和裂缝，地表极不稳定，且地表覆植土厚度达50～100cm，造成支架基底换填处理及防护工程量大。
(2)支架搭设高度大，跨河道、公路门洞多满堂支架搭设最大高度达30m，并多次跨越冲沟、旅游公路和隧道、路基施工便道，需增跨河道、公路门洞8个，大大增加了支架施工难度。
(3)挠度变化大，梁体线形难控制预应力管道布置形式、混凝土自重、环境因素变化大，致使张拉拱度及荷载引起的挠度变化没有一定的规律，施工预拱度不好设置，梁体线形难以控制；
(4)预应力体系复杂，管道长而多曲线箱梁为纵、横、竖三向预应力结构，纵向预应力体系采用高强度低松弛Ry1860 钢绞线和OVM 15型锚固体系；横向预应力钢筋采用高强度低松弛Ry1860钢绞线和BM 15-2 型锚具；竖向预应力体系采用Φ32 预应力精轧螺纹粗钢筋和精轧螺纹粗钢筋锚具，预应力精轧螺纹粗钢筋张拉均需进行复拉；全桥管道长度超过40 m 的有48 束，最长管道长达152 m，且多处为曲线。
3 总体施工方案
按照设计的施工顺序为：先在支架上浇筑0#、1#、1′#段，后向两边分段浇筑并张拉预应力束，先边跨合龙，再中跨合龙，整个施工过程相邻浇筑节段对称进行。在中跨合龙后桥梁由T 形静定悬臂状态变为超静定状态，实现了体系转换。箱梁施工流程见图2。
图2 箱梁逐段施工流程图
4 施工关键技术
4.1 混凝土施工
(1)严控原材料关
对拟用于工程的原材料选择多个厂家，并取样试验，根据试验结果对所选厂家进行筛选确定供货厂家。到工地的各种原材料，如钢材、水泥等确保是从选定厂家进的货，并依据规定的取样方法和取样频率检验，对复验不合格的原材料，在规定期限内清除出场，从而保证所用原材料符合规范及设计要求。
(2)优化配合比
箱梁混凝土的各项设计指标为：弹模Eh≥35 000M Pa；轴心抗压强度fcp≥50M Pa；抗拉标准强度fts≥2.45M Pa；缓凝时间不低于8h；坍落度16～22cm ；混凝土和易性好、可泵性好、无泌水现象。
高强泵送混凝土要试验的因素较多，为了配制较高质量的泵送混凝土，采用正交试验法初选出混凝土的配合比，然后在初选配合比的基础上进行高强高效泵送剂UNF-3C 外加剂掺入量的对比试验。因为泵送混凝土坍落度要求大，混凝土的前期强度增长慢，为了尽快使混凝土达到张拉强度，缩短各施工循环周期，在配合比设计时增加水泥用量。最后确定施工配合比为水泥：细骨料(中砂)：粗骨料(碎石)：高强高效泵送剂(UNF-3C)=499∶ 643.7∶1 048∶169.7∶ 6.49，水混凝土各项性能指标见表1。
项目 混凝土强度/Mpa凝结时间/h混凝土坍落/cm 可泵性 和易性
3d 7d 28d 初凝终凝0 1h 2h3h
50.15457 8 1222 22 1816 良好 良好
(3)0#、1#、1′#块采取2次浇注0#、1#、1′#块位置管道密集，预埋件及预留孔多，结构和受力情况复杂，高度高，自重大，同时施工面狭窄，混凝土不易振捣施工，为确保施工安全，同时为保证施工质量，0# 块按照高度分两次施工，第一次施工高度高出腹板3 cm，第二次施工至梁高4.0 m，具体采取如下措施：(1)减少两次混凝土施工的时间间隔，同时调整好混凝土的水灰比以减少两次浇筑混凝土的收缩徐变差值；(2)将第一次施工的混凝土表面设置成凸凹不平状，设置混凝土施工缝，便于两次浇筑混凝土间的衔接。(3)混凝土浇筑施工选择在气温较低的天气中的低温时进行。(4)为减少0# 块隔梁位置上出现的裂缝，将在通行孔的隔梁两侧设置加密钢筋网以基本消除裂缝。这样施工的好处在于施工方便，易于保证混凝土的施工质量，同时支架按照一次浇筑混凝土施工设计而实际混凝土两次施工，第二次施工的混凝土重量由第一次浇筑的混凝土承担，确保支架使用安全。
4.2 预应力筋施工
(1)波纹管的定位及长钢束的安装严格按施工图纸提供的坐标安放波纹管，防止波纹管偏移或上浮，每隔1m 将1 组Ф12 定位钢筋(马凳支托)焊接在附近的钢筋上，将波纹管用Ф12倒U 型筋点焊在定位筋上，各节段之间波纹管采用大直径套管连接。浇注混凝土之前在管道中预留直径比管道直径小20 mm 的塑料内衬管。穿束：管道长度≤50 m 的钢束采用人工穿束，管道长度≥50 m钢束须提前在管道中预留1 根Ф12 mm 的钢丝绳，采用卷扬机牵引。为了帮助钢束顺利通过管道，钢束端头设置导向装置。
(2)预应力设计参数修正、识别对于一些主要的计算参数如钢束弹性模量、孔道偏差系数、松弛率、摩阻率、锚具变形等，必须确保其准确才能从根本上达到施工控制实测值与理论计算值的一致。设计参数的识别、修正工作就是根据施工中结构的实测值对主要的设计参数进行调整，然后将被修正过的设计参数反馈到施工控制计算中去，重新给出钢绞线张拉理论伸长值，以消除理论值与实测值之差值。
(3)采用真空辅助压浆工艺
真空压浆即采用真空泵抽吸预应力孔道中的空气，使孔道内的真空度达到80% 以上，然后在孔道的另一端用压浆机以大于0.5 M Pa的正压力将水泥浆压入预应力孔道。其优点在于①在真空的辅助下，孔道中原有的空气和水被消除，同时混在水泥浆中气泡和多余的自由水亦被消除，增强了浆体的密实度；②浆体中的微沫浆在真空负压下率先流入负压容器，使稠浆流出时，孔道中浆体的稠度就能保持一致，使漿体的密实度和强度得到了保证；③真空辅助压浆的过程是一个连续且迅速的过程，缩短了压浆时间。
4.3 合龙原则及合龙口的临时固结
在连续梁合龙施工中，不同的合龙顺序，其引起的结构恒载内力不同，结构体系转换时由徐变引起的内力重分布也不同，导致其结构最终恒载内力也不同；当两悬臂端合龙时梁、墩固结为一体，显然静定合龙比超静定合龙受力要小。因此施工设计采用“先边后中”的施工顺序，即边跨先形成两单悬臂梁(静定小合龙)，再中跨合龙形成三跨连续梁(超静定大合龙)结构，以减少超静定次数，使结构更稳定、受力更对称合理，同时降低了合龙支架的工程用量，经济效益好。由于环境及体系自身温度变化、新浇混凝土的早期收缩及已完成结构混凝土的收缩和徐变、结构体系的变化以及梁段自重、风荷载及其它临时施工荷载等均导致桥墩受力较大，此力又反作用于合龙支架，使合龙支架受力复杂。
因此，必须采取措施保证合龙段施工的稳定，使合龙段与两侧梁体保持变形协调，在施工过程中能传递内力，确保结构能按设计要求合龙。本桥设计施工图纸采用的合龙口刚性锁定方式为刚性型钢固结法。这种锁定措施是在箱梁截面腹板顶、底面各预埋一块90 mm×40 mm×1.6 cm 钢板，将外刚性支撑(采用20号槽钢)焊接在其上，将合龙段两侧连成整体。这种锁定方式构造简单、受力明确，结构安全可靠；连续梁合龙施工按照“临时固结、低温浇灌”的基本原则进行施工。合龙时选择一天中气温最低、温度变化幅度较小时锁定合龙口并灌注混凝土，这样可保证合龙段新浇注的混凝土处于气温上升的环境中，在受压状态下凝结。因此，在主跨合龙前，对悬臂端两侧梁体温度场及对应长度变化进行了测量。
4.4 箱梁线形控制
(1)支架变形控制
为了保证支架基础的稳定，对地基进行换填处理，在变坡位置设挡墙，跨河道、公路均采用工字钢门洞。支架搭到设计高度后，进行105% 梁体自重荷载预压，并进行过程观测，根据观测数据计算支架弹性变形量。
(2)梁体挠度控制
梁体在张拉及浇筑砼施工时，受张力、砼自重、日照、温度变化、墩柱压缩等因素影响而产生竖向挠度，砼自身的收缩和徐变也会使悬臂段发生变化。因此须对施工节段进行挠度观测控制，以便在施工及时调整有关的标高参数，为下节的模板安装提供数据预报，确定下节段合适的模板标高。施工时建立施工控制网络，以自适应法及灰色预测辨别法等理论为模型进行施工控制，确保合拢精度。
(3)施工过程监控与量测
针对本桥跨度大、结构新颖，施工工艺新的特点，对施工全过程进行监控量测，全面掌握施工过程中的支架变形规律、墩柱位移、结构内力和变形、混凝土的收缩和徐变等及其影响的程度，以达到保证施工安全、合理安排工序、优化结构，加快施工进度的目的。主要的监测项目、方法和频率见表2。
4.5 施工控制成果
(1)通过合理的质量控制和全过程的监控量测，加快了施工进度，一个施工段施工时间由刚开始的12 d缩短到8d。
(2)完善、优化了施工设计。从收集的量测信息反映，支架变形与支架搭设超前长度有关。支架超前搭设长度合理，既能控制变形，又能缩短支架搭设施工时间。通过分析、比较和实践证明支架超前搭设长度宜控制在8～10m。
(3) 通过施工→测试→识别→修正→预测→施工的循环过程、实时监测数据库及其管理程序、施工誤差评价分析及调整程序、施工控制报表处理系统，及时掌握在支架法分段施工条件下支架、墩柱的变形、混凝土应力大小及施工挠度变化规律。从量测结果数据反映，墩柱水平位移小，变形主要是支架变形、张拉拱度和新浇注的砼引起的挠度，通过施工预拱度的设置，保证了线形与设计相吻合。
5 结论
(1)支架基底处理及变形控制、施工预拱度合理设置是大跨度变截面箱梁支架法分段浇注施工时保证线形的前提条件；
(2)0# 块采用两次浇注不仅能保证混凝土施工质量，同时方便了施工，确保支架使用安全；
(3)在复杂的三向预应力施工过程中，对设计参数的修正、识别是非常必要的；
(4)采用真空辅助压浆工艺是预应力长管道浆体的密实度和强度的保证；
(5)监控量测是支架法分段浇注施工的重要组成部分，施工过程中必须坚持以监控量测为手段来指导设计施工。