郝 翠，曹新壘

（安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽合肥，230088）

預(yù)應(yīng)力箱梁掛籃懸澆改滿堂支架現(xiàn)澆若干問題淺析

郝 翠，曹新壘

（安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽合肥，230088）

結(jié)合某預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工方案變更實(shí)例，本文對箱梁掛籃懸澆改滿堂支架現(xiàn)澆的若干問題進(jìn)行分析研究，并分析了方案變更對上部結(jié)構(gòu)受力的影響，同時(shí)對變更后采用的滿堂支架方案進(jìn)行了綜合評價(jià)，可為同類橋梁變更設(shè)計(jì)施工提供相應(yīng)參考。

橋梁施工，方案變更，掛籃懸澆，滿堂支架

0 引 言

預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁常規(guī)施工方法多為掛籃懸臂節(jié)段澆筑施工[1]-[3]，但因受施工現(xiàn)場情況以及工期成本要求等多種客觀因素的限制，有針對性的采用滿堂支架施工也會帶來便利性和經(jīng)濟(jì)性雙重收益。施工方案的變更必然引起結(jié)構(gòu)變化，需要設(shè)計(jì)上對箱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)復(fù)算，針對結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行分析[4]-[6]，采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)措施保證方案變更后的結(jié)構(gòu)安全耐用，滿足使用需求。

1 工程概述及變更原因

某橋上部結(jié)構(gòu)為（38+65+38）m的三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，跨越防洪大堤，該橋單幅箱梁寬20.75 m，單箱雙室結(jié)構(gòu)。箱梁0#塊梁高4.0 m，主梁跨中高度為2.0 m，頂板寬20.75 m，頂板厚0.28 m，底板寬14.25 m，底板厚由0.65 m變化到0.32 m，腹板厚由0.65 m變化到0.5 m，按2次拋物線變化。由于本橋建設(shè)工期緊張，且本跨堤橋所在地形條件較好，因此施工單位向建設(shè)單位提出將上部結(jié)構(gòu)施工方案由掛籃懸臂澆筑變更為滿堂支架現(xiàn)澆方案。

2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 箱梁結(jié)構(gòu)尺寸變化

原掛籃懸澆方案：主梁0#塊節(jié)段總長9.0 m，在橋墩兩側(cè)臨時(shí)支架上立?，F(xiàn)澆，邊跨支架現(xiàn)澆

圖1 掛籃懸澆方案箱梁節(jié)段構(gòu)造圖（單位：cm）

滿堂支架現(xiàn)澆方案：梁體外形保持與原設(shè)計(jì)方案相同，箱梁縱向分為邊跨現(xiàn)澆段，墩頂現(xiàn)澆段，中跨現(xiàn)澆段以及兩個(gè)后澆合攏段。其中現(xiàn)澆梁段可同時(shí)澆筑。五個(gè)現(xiàn)澆梁段長度分別為：兩個(gè)27.0 m主墩墩頂現(xiàn)澆段，兩個(gè)24.4 m的邊跨現(xiàn)澆段以及長度34.0 m的中跨現(xiàn)澆段。邊跨與中跨的合攏段長度均為2.0 m。如圖2所示。

圖2 滿堂支架方案箱梁節(jié)段構(gòu)造圖（單位：cm）

2.2 箱梁預(yù)應(yīng)力體系變化

相對于掛籃懸澆方案配置的預(yù)應(yīng)力，滿堂支架設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力主要不同點(diǎn)有兩處：1）懸澆方案主梁3-4 m劃分一個(gè)節(jié)段，頂板預(yù)應(yīng)力鋼束根據(jù)節(jié)段劃分在每個(gè)節(jié)段處進(jìn)行錨固，滿堂支架方案節(jié)段較長，因此對頂板預(yù)應(yīng)力進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，多數(shù)頂板預(yù)應(yīng)力鋼束布置在合龍段處進(jìn)行張拉；2）懸澆方案在箱梁每個(gè)節(jié)段均有腹板鋼束下彎后錨固在腹板下部，同時(shí)底板布置預(yù)應(yīng)力鋼束，而對于滿堂支架方案由于腹板鋼束下穿箱梁底板后在梁端進(jìn)行錨固，可同時(shí)保證箱梁主應(yīng)力與底板正應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求，因此取消了多數(shù)底板預(yù)應(yīng)力鋼束，如圖3所示。

圖3 滿堂支架方案箱梁腹板鋼束示意圖

3 兩種方案對結(jié)構(gòu)影響

采用橋梁博士程序，針對兩種方案分別建立平面桿系模型[7]，計(jì)算分析了主梁的正截面抗彎承載力和正常使用極限狀態(tài)的正應(yīng)力和主應(yīng)力，以下列出主要計(jì)算結(jié)果。

3.1 箱梁正截面抗彎承載力分析

依據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.1.5條規(guī)定[7]，橋梁構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)計(jì)算應(yīng)滿足：作用效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)>值≤構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值。

圖4 掛籃懸澆方案箱梁承載力包絡(luò)圖（單位：kN

圖5 滿堂支架方案箱梁承載力包絡(luò)圖（單位：kN）

從圖4-圖5分析可知，針對兩種施工方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：1）掛籃懸澆方案：箱梁承載力設(shè)計(jì)值最大為599619 kN而結(jié)構(gòu)承受作用效應(yīng)值為262342 kN，安全系數(shù)為2.3。2）掛籃懸澆方案：箱梁承載力設(shè)計(jì)值最大為565590 kN而結(jié)構(gòu)承受作用效應(yīng)值為217827 kN，安全系數(shù)為2.6。由上可得兩種方案箱梁承載力設(shè)計(jì)值均大于結(jié)構(gòu)承受的作用效應(yīng)值，滿足規(guī)范的相關(guān)要求。

3.2 箱梁應(yīng)力分析

依據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.3.1條規(guī)定對兩種方案進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)算，正常使用極限狀態(tài)作用短期效應(yīng)組合下混凝土的上下緣正應(yīng)力和主應(yīng)力分布。具體的應(yīng)力分布見圖6～圖9。從圖6-圖7主梁應(yīng)力圖分析可知，原設(shè)計(jì)方案為掛籃懸澆施，在短期效應(yīng)荷載組合下，主梁正應(yīng)力上緣最大為15.83 MPa，下緣最大為10.69 MPa；主梁最大主拉應(yīng)力為0.94 MPa

圖6 掛籃懸澆方案短期效應(yīng)組合主梁正應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖7 掛籃懸澆方案主梁混凝土主拉應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖8 滿堂支架方案短期效應(yīng)組合主梁正應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖9 滿堂支架方案主梁混凝土主拉應(yīng)力圖（單位：MPa）

從圖8-圖9主梁應(yīng)力圖分析可知，變更方案為滿堂支架現(xiàn)澆，在短期效應(yīng)荷載組合下，主梁正應(yīng)力上緣最大為14.47 MPa，下緣最大為10.58 MPa；主梁最大主拉應(yīng)力為1.0 MPa。從圖6-圖9應(yīng)力圖分析可知，兩種方案設(shè)計(jì)均滿足規(guī)范的要求，經(jīng)過變更優(yōu)化分析，滿堂支架方案的正應(yīng)力分布更加均勻。

3.3 箱梁線形分析

混凝土箱梁主要通過施工過程中立模標(biāo)高來實(shí)現(xiàn)對于主梁的線形的控制調(diào)整。對于掛籃懸臂分段澆筑施工，在施工中線形控制要點(diǎn)為掛籃的設(shè)計(jì)和加工，預(yù)壓重量，合龍段施工等幾個(gè)關(guān)鍵工序。為確保箱梁線形平滑流暢，滿堂支架施工時(shí)可利用支架縱橫向步距小的優(yōu)點(diǎn)，計(jì)算出沿支架步距斷面處的梁底標(biāo)高，然后進(jìn)行精確調(diào)整，則可避免掛籃施工時(shí)節(jié)段之間以直線代替拋物線的情況，梁底的線形更接近于設(shè)計(jì)的拋物線線形。

4 滿堂支架施工方案分析

4.1 滿堂支架施工主要工序

1）滿堂支架搭設(shè)：支架現(xiàn)澆施工中支架地基處理是支架穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。支架地基處理必須堅(jiān)實(shí)，地基應(yīng)分層夯實(shí)，壓實(shí)，以防止支架沉陷。支架鋼管的縱橫向間距應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求布置，確保滿堂支架具有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。

2）支架堆載預(yù)壓：箱梁施工前對支架進(jìn)行堆載預(yù)壓，消除地基非彈性變形和支架非彈性變形的影響，有利于橋面線形控制。預(yù)壓荷載為箱梁自重的120%，預(yù)壓荷載宜采用均布形式采用砂袋堆載法進(jìn)行分段預(yù)壓，預(yù)壓荷載分五級加載，第五級加載120%后所測數(shù)據(jù)與持荷24 小時(shí)后所測各控制點(diǎn)高程數(shù)據(jù)變化很小時(shí)，表明地基及支架已基本沉降到位。

3）模板安裝：模板要求拼縫嚴(yán)密，線條順暢，相鄰模板高差符合規(guī)范要求。可采用泡沫雙面膠堵塞嚴(yán)密，以防漏漿。

4）混凝土澆筑及預(yù)應(yīng)力張拉：澆筑梁體混凝土?xí)r，應(yīng)由0#塊向兩端方向同時(shí)進(jìn)行。采用分層澆筑，一般宜按梁的全部橫斷面斜向分段、水平分層地連續(xù)澆筑。

4.2 滿堂支架方案分析

滿堂支架施工優(yōu)勢：

1）施工工期：本橋滿堂支架施工方案在2014.10-2015.5月完成施工，相比掛籃懸澆方案縮短2個(gè)月工期，同時(shí)避開主汛期，增加防洪安全性。

2）施工安全：橋梁施工支架寬高比遠(yuǎn)大于2，安全系數(shù)相對高，支架作業(yè)簡單、工藝成熟、便于調(diào)整。懸澆屬于危險(xiǎn)性較大的高空作業(yè)項(xiàng)目，且節(jié)段多，工序多，安全隱患相對大。

3）施工質(zhì)量：支架現(xiàn)澆整體性較好，對結(jié)構(gòu)整體承載力提高有利。線型較好，施工縫少，大幅度降低節(jié)段間錯(cuò)臺等外觀影響，有利于后期堤頂?shù)缆返某鞘芯坝^需要。

4）施工成本：滿堂支架施工比掛籃施工減少投入，且在施工中應(yīng)用廣泛，投資回收快，掛籃只能專業(yè)用于懸臂澆筑施工，投入回收相對較慢。

施工注意要點(diǎn)：

1）地基處理：承臺基坑開挖范圍應(yīng)保證回填壓實(shí)度，以小型夯機(jī)進(jìn)行分層碾壓，地基承載力需達(dá)到與原狀土持平?；A(chǔ)整體硬化加固，分層碾壓密實(shí)，分層厚度控制，地基承載力，承載力不得小于經(jīng)支架驗(yàn)算后的最小承載力，滿堂支架施工應(yīng)對橋梁寬度范圍內(nèi)松軟地段全部挖除換填，遇地質(zhì)情況較差可能造成基礎(chǔ)處理費(fèi)用較高。

2）跨堤作業(yè)：滿堂支架跨越河岸大堤，施工過程會對堤身造成一定程度破損。因此需對大堤的工程地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查，對大堤的整體、局部穩(wěn)定性分析及沉降進(jìn)行計(jì)算。堤上支架基礎(chǔ)的處理應(yīng)盡量減少對大堤的影響。

5 結(jié)語

1）本文針對預(yù)應(yīng)力箱梁掛籃懸澆改滿堂支架現(xiàn)澆的若干問題進(jìn)行了分析研究，橋梁的設(shè)計(jì)到施工兩者相互作用，改變施工方案后針對滿堂支架的特點(diǎn)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以保證結(jié)構(gòu)的安全性以及施工的便利性。

2）施工方案變更為滿堂支架施工后主梁外觀光潔度、表面平整度都得到了很好的控制，全橋合攏后主要參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)工期比原計(jì)劃進(jìn)度提前，在河道主汛期來臨前完成了主體結(jié)構(gòu)施工，取得了良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。

(下轉(zhuǎn)第2 1頁)

Analysis on Some Problems of Balanced Cantilever method instead of Full Space Supports for Prestressed box girder

HAO Cui， CAO Xinlei

(Anhui Transport Consulting & Design Institute Co.,Ltd, Hefei Anhui,230088)

According to a changing scheme a prestressed box girder engineering, several problems caused by changing construction scheme from balanced cantilever method to full space supports have been analyzed for, and the influence are analyzed between the different construction schemes, providing reference for similar bridge design and construction based on comprehensive evaluation of full space supports method.

bridge construction，changing scheme，balanced cCantilever，full space supports

U441.3

A

2095-8382(2016)06-014-03

10.11921/j.issn.2095-8382.20160603梁段長4.4 m，邊、中跨合龍段均長2.0 m，主梁1#～8#塊均采用掛籃懸臂澆筑施工。如圖1所示。

2015-10-29

郝翠（1985-），女，工學(xué)碩士，主要研究方向?yàn)槭姓蛄骸?/p>