趙胤儒, 劉青松, 秦清波

(1.長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司，湖北武漢 430010;2.中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

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變截面連續(xù)梁橋支架整體現(xiàn)澆設計與施工

趙胤儒1, 劉青松2, 秦清波1

(1.長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司，湖北武漢 430010;2.中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

【摘要】隨著橋梁建設的快速發(fā)展，施工工期要求越來越高，連續(xù)梁橋施工經常會將常規(guī)懸臂掛籃施工調整為整體支架現(xiàn)澆施工。針對支架整體現(xiàn)澆施工方法，以南水北調中線工程焦庵村跨渠公路橋(35+60+35)=130 m為例，介紹連續(xù)梁支架整體現(xiàn)澆的設計和施工，為同類橋梁支架現(xiàn)澆的設計和施工提供借鑒。

【關鍵詞】整體現(xiàn)澆；預應力混凝土連續(xù)梁橋；設計施工

預應力混凝土連續(xù)梁橋具有結構剛度大、行車平順舒適、伸縮縫少、養(yǎng)護簡單、宜與周圍環(huán)境相協(xié)調等優(yōu)點，已成為公路建設中最主要的橋型之一。目前連續(xù)梁橋主要的施工方法有懸臂澆筑和拼裝、支架節(jié)段和整體現(xiàn)澆、頂推法和轉體施工等。支架整體現(xiàn)澆與其它方法相比，施工工期短，施工方法簡單，主梁線型控制容易保證，整體外觀整潔美觀。

南水北調中線工程焦庵村跨渠公路橋由于諸多原因導致開工時間滯后，影響南水北調中線工程總干渠通水的進度要求，須對原懸臂掛籃施工方案進行調整以滿足渠道通水進度要求。焦庵村跨渠公路橋為渠道挖方后形成，橋址周圍地勢平坦且橋墩不高，現(xiàn)有交通發(fā)達，主梁預計施工季節(jié)為春季，綜合技術與經濟比較后將原懸臂掛籃施工方案調整為支架整體現(xiàn)澆施工方案。

1工程介紹

焦庵村跨渠公路橋位于河南省方城縣焦庵村，橋梁橋軸線與南水北調中線總干渠中心線呈60.6°斜交，為減小跨渠建筑物阻水面積、影響渠道過水能力，采用大跨度橋梁跨越總干渠。綜合技術和經濟后，橋梁結構布跨為35+60+35=130.0 m，橋寬9.2 m，荷載等級為公路-Ⅰ級，單箱單室箱形截面。主梁箱梁截面根部梁高3.6 m，高跨比為1/16.67；跨中梁高1.8 m，高跨比為1/33.33。箱梁頂板寬9.2 m，底板寬5.0 m，翼緣板懸臂長為2.1 m。箱梁變高度節(jié)段按1.8次拋物線變化，墩頂根部設置厚200 cm橫隔板，邊跨端部設厚120 cm的橫隔板。箱梁采用雙向預應力體系。主梁腹板距主墩中心距離15.0 m以內寬度為70 cm, 其余腹板寬度為50 cm。其橋型布置如圖1所示，主梁橫斷面如圖2所示。

圖1　焦庵村跨渠公路橋橋型布置(單位: cm)

圖2　焦庵村跨渠公路橋主梁橫斷面

2主梁結構設計

2.1主梁分段設計

由于該橋主梁施工方法的調整主要目的是節(jié)約主梁施工工期，所以在滿足工程質量的前提下達到節(jié)約施工工期的目的，必須考慮主梁澆筑規(guī)模和對應的質量風險程度對工期

的影響。主梁節(jié)段長度規(guī)模和澆筑次數(shù)直接影響現(xiàn)澆方案主梁施工周期，若主梁分段越長，則施工風險越高，質量控制越難；主梁分段短，施工風險低，質量控制容易保證。綜合現(xiàn)場混凝土供應能力、當?shù)啬_手架和勞動力資源、施工季節(jié)等因素后，從技術經濟角度比較一次澆筑、兩次澆筑和多次澆筑和懸臂澆筑后，選擇工期最短、技術可行、風險可接受、質量可控的一次性整體澆筑法(表1)。即全橋僅一個混凝土澆筑倉號，倉號長130 m、寬9.2 m，混凝土倉面積為1 196 m2，混凝土總量1 211 m3。

表1　主梁施工方案比較

2.2主梁縱向預應力鋼束設計

支架整體現(xiàn)澆施工無法將主梁負彎矩鋼束分散錨固于節(jié)段截面上，須借助齒塊或槽口來錨固部分鋼束。為減少齒塊數(shù)量和增強箱梁整體穩(wěn)定性，須盡量采用通長鋼束并錨固于梁端，同時將部分腹板鋼束穿出腹板錨固于箱梁底板槽口內。為抵抗支座處的剪力能力，將部分通長鋼束在通過支座一定距離后調為斜向下彎鋼束。

根據(jù)多年對橋梁病害的觀測和統(tǒng)計，連續(xù)梁橋在1/4或3/4橋跨處腹板易出現(xiàn)45°的斜裂縫，其主要原因是截面主拉應力過大[1]。斜裂縫的出現(xiàn)會損傷結構強度和剛度，縮短結構壽命，降低結構耐久性。設計上要預防這種結構性裂縫，最直接有效的辦法就是在1/4或3/4橋跨附近范圍內布置下彎鋼束或設置豎向預應力，提高箱梁的抗剪能力，限制腹板中的主拉應力，阻止腹板斜裂縫產生和發(fā)展[2]。主梁縱向鋼束布置如圖3所示。

圖3　1/2跨主梁縱向鋼束布置

鋼束張拉須待主梁混凝土強度及彈性模量均達到設計值的90%后進行張拉。鋼束設計張拉順序為：頂板負彎矩預應力鋼束→腹板縱向鋼束→頂板通長束→中跨底板鋼束→豎向預應力。同一批鋼束張拉順序為：先長束后短束且對稱同步張拉。

2.3主梁豎向預應力筋設計

近年來實踐證明單純靠豎向預應力鋼筋來克服主拉應力的做法是不可靠的[3]。溯其原因主要由于箱梁的高度有限，豎向預應力筋的長度短，高強度精軋螺紋粗鋼筋的伸長量有限，施工時張拉控制措施不到位，在錨固時稍有不慎會造成回縮量偏大，預應力損失較大。在雙向應力作用下，腹板主應力計算公式如下[3]：

主梁腹板在考慮豎向預應力后的應力莫爾圓如圖4中的實線，豎向預應力提供的豎向應力σy失效后主梁的應力莫爾圓會變成圖4中的虛線，將會導致混凝土主梁主應力出現(xiàn)拉應力，當主拉應力超出容許值，主梁將會出現(xiàn)裂縫。因此在縱向受力計算時，建議不考慮豎向預應力筋的作用，僅把豎向預應力筋作為應力儲備，能有效防止腹板裂縫的產生。

圖4　主梁腹板應力莫爾圓

在腹板內設置一組豎向預應力筋，橋縱向間距50 cm設置一組，豎向預應力筋采用標準抗拉強度785 MPa、直徑為32 mm的精軋螺紋鋼。豎向預應力筋采用單端張拉，控制張拉力536.6 kN。

2.4裂縫控制措施

超出設計許可的結構裂縫會對主梁的耐久性和承載力構成很大的威脅，因此應在設計和施工中進行控制，預防裂縫產出和阻止產生后的裂縫發(fā)展。預應力混凝土連續(xù)箱梁裂縫按其形成主要有：荷載裂縫、溫度裂縫、收縮裂縫、基礎變形裂縫和鋼筋銹蝕裂縫[3],主要表現(xiàn)如下：一是主梁彎剪作用下腹板的45°斜裂縫；二是后張預應力齒塊錨固區(qū)齒塊劈裂作用產生的裂縫；三是預應力彎曲轉向時在彎曲徑向力效應引起法向混凝土表面裂縫；四是由于混凝土早期水化熱引起的溫度裂縫和后期收縮裂縫。

根據(jù)JTG D62—2004《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》[4],截面抗剪承載力主要由斜截面混凝土和箍筋提供的抗剪承載力、彎起普通鋼筋和彎起預應力三部分組成。設計除增加腹板厚度外，還可將鋼束下彎至箱梁底板，以增強截面抗剪能力，預防45°斜裂縫產生。

在齒塊范圍內設置一定數(shù)量的普通鋼筋來抑制鋼束對齒塊劈裂拉力形成的齒塊劈裂裂縫。通過沿鋼束波紋管彎曲平面內外法向設置防崩鋼筋，防崩鋼筋須做成“U”形箍筋，用卡住在彎曲平面內外法向的最外緣鋼筋方式可以預防鋼束彎曲徑向效應裂縫產生。

通過選擇低水化熱的水泥和加強后期保溫保濕養(yǎng)護，防治混凝土早期產生溫度應力裂紋。在不降低混凝土強度的前提下，通過骨料降溫和優(yōu)化混凝土配合比控制混凝土水化熱，同時在水化熱嚴重的主梁根部區(qū)域設置直徑為6 mm的鋼筋焊網片，增強混凝土表面的抗裂性[5]。

3施工方案設計

3.1支架基礎處理

須在搭設腳手架范圍內的原地面進行整平碾壓，然后填筑25～40 cm厚的級配碎石，分層攤鋪碾壓。碾壓方式由兩側向中間碾壓，遵循先輕后重、先慢后快的原則，每次碾壓橫向重疊寬度不小于40 cm，縱向橫縫搭接不小于2 m，要求級配碎石壓實度大于96 %，碾壓后表面應平整。碾壓完畢后的地基承載力不應小于200 kPa，在其表面澆筑15 cm厚的C20混凝土墊層進行找平，設置±2 %的橫向排水坡度，并在支架搭設范圍外分別設置截水溝。

3.2支架方案

支架應構造簡單、受力明確，并且安裝和拆除方便。本橋采用常規(guī)定型碗扣式鋼管支架，滿堂紅方式布置。支架須按1.2倍所承受的梁體和模板重量進行預壓，預壓荷載的分布應模擬實際受力情況，支架預壓應消除支架體系的非彈性變形，檢驗支架體系的強度、剛度和穩(wěn)定性。預壓荷載分三級加載，即0.6、0.8和1.0倍預壓荷載，預壓荷載加載完后須靜壓24 h且每隔4 h觀測變形值不大于2 mm，方可視為穩(wěn)定。

支架預壓遵循整體均勻受力的原則，即預加荷載時應整體、均勻、分層進行疊加，嚴禁從支架一端開始堆高、加載，防治支架偏心受壓，造成支架變形甚至支架倒塌的安全事故。支架拆除遵循由跨中向橋墩對稱同步拆除。

3.3模板施工方案

箱梁外模采用定型鋼模板，橫梁和內模采用小角鋼與竹膠板組合模板。施工時應保證模板支架的強度和剛度，防止變形。外露面底板和側面的模板，特別是預應力張拉齒塊模板應按要求安裝附著式振動器，以確保混凝土的澆筑質量。模板與混凝土接觸面應涂刷隔離劑，保證模板板面光潔平整、接縫嚴密不漏漿。

3.4混凝土水化熱控制措施

大體積混凝土中的水泥膠凝材料用量是水化熱大小的主要因素，因此在設計配合比時應在保證混凝土強度和耐久性的前提下盡量降低水泥用量，以緩解水化熱。大體積溫度裂縫形成和擴展的主要因素有：水泥品牌及使用量、配合比設計、外加劑、設計配筋、施工工藝和養(yǎng)護條件。

水泥品種選用水化熱低的礦渣水泥,適度摻入粉煤灰和其它外加劑的“雙摻”技術置換相同質量的水泥。骨料選用級配良好的較大粒徑骨料。優(yōu)化混凝土配合比，控制對水灰比、最大水泥用量，骨料降溫，以降低混凝土水化熱[11]。

降低骨料出倉溫度，混凝土的攪拌采用二次投料的水泥砂漿裹料的攪拌工藝，以降低攪拌時的初始溫度和水灰比，并控制混凝土入模溫度在40℃以下。加強混凝土監(jiān)控，監(jiān)測內部溫度場變化情況，建立溫度控制預警系統(tǒng)，以便采用相應的降溫措施，確保不產生過大的溫度應力。

在水化熱較大的主梁根部設置表面鋼筋網，以減緩混凝土的收縮，限制裂縫的發(fā)展。

3.5混凝土澆筑方案

混凝土入模時間選擇在全天最低溫，養(yǎng)生期間配合專用水車和人員保證保溫保濕養(yǎng)護。倉面內的混凝土澆筑順橋向由低向高、多工作面分層澆筑作業(yè)，橫橋向應對稱平衡澆筑[5]。主梁混凝土采用縱向分段和豎向分層澆筑，每相鄰混凝土澆筑時間間隔應小于前段混凝土初凝時間。

4結束語

連續(xù)梁大節(jié)段支架現(xiàn)澆方法設計與施工必須密切配合，綜合人力、物力和財力，兼顧橋址地理位置、橋梁規(guī)模、施工措施選擇節(jié)段澆筑規(guī)模。支架現(xiàn)澆與其它施工方法相比，主要以下幾點特征：

(1)施工工期短，施工難度低，施工措施簡單但繁雜，主梁線性容易保證。

(2)占用大量的臨時用地，一次性投入大量人力、物力和財力，養(yǎng)護面大，支架地基須處理。

(3)常規(guī)掛籃施工支點負彎矩鋼束采用節(jié)段截面張拉，而一次性整體支架現(xiàn)澆部分鋼束須借助齒塊進行錨固，因此須加強齒塊的設計，防止齒塊劈裂裂縫。

(4)一次性整體現(xiàn)澆與兩次現(xiàn)澆或多次現(xiàn)澆方法的選取主要根據(jù)現(xiàn)場混凝土的供應能力、倉面面積、主梁施工時的日晝溫度變化幅度等綜合考慮。

參考文獻

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[3]凌廣.整體現(xiàn)澆大跨度連續(xù)梁橋設計要點[J].交通科技，2012, 251(2)：54-57.

[4]JTG D62-2004 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

[5]鮑衛(wèi)剛,周泳濤.預應力混凝土梁式橋梁設計施工技術指南[M].北京：人民交通出版社，2009.

[6]蘇國明.一聯(lián)多孔連系梁大節(jié)段快速施工設計[J].鐵路標準設計，2013(9)：50-53.

[作者簡介]趙胤儒(1982～),男,工學碩士,工程師，主要從事橋梁設計與咨詢；劉青松(1981～)，男，工學碩士，工程師，主要從事橋梁與隧道設計、咨詢；秦清波(1980～)，男，工學碩士，高級工程師，主要從事橋梁設計與咨詢。

【中圖分類號】U445.469

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2015-10-26