何永平 陳清華

（廣州瀚陽工程咨詢有限公司， 廣東 廣州 510220）

0 前言

無支座連續(xù)剛構(gòu)體系，顧名思義即所有橋墩與主梁均固結(jié)的結(jié)構(gòu)體系。國內(nèi)早期（70 年代）出現(xiàn)的小跨度框架涵洞也屬于此體系范疇，2013 年通車的廣州地鐵6 號(hào)線首期工程全部2.7 公里高架在國內(nèi)（內(nèi)地）首次在主體橋梁工程中大范圍使用無支座連續(xù)剛構(gòu)體系、短線法節(jié)段預(yù)制技術(shù)實(shí)施。2018 年12 月部分通車的廣州地鐵14 號(hào)線、21 號(hào)線主體高架再次采用節(jié)段預(yù)制無支座連續(xù)剛構(gòu)體系，至此廣州地鐵約30 公里主體橋梁采用了節(jié)段預(yù)制無支座連續(xù)剛構(gòu)體系，受到業(yè)主、市民及參建各方的廣泛認(rèn)可。

無支座連續(xù)剛構(gòu)橋梁在國外（如德國、美國、新加坡等）及港澳臺(tái)地區(qū)已經(jīng)成熟應(yīng)用于主體橋梁。中國內(nèi)陸地區(qū)由孫峻嶺先生在廣州地鐵6 號(hào)線首次應(yīng)用并在廣州地鐵14 號(hào)線及21 號(hào)線推廣，同時(shí)均采用了短線法節(jié)段預(yù)制技術(shù)，助推交通基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略升級(jí)。

無支座連續(xù)剛構(gòu)體系配套短線法節(jié)段預(yù)制技術(shù)實(shí)施，是交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的合理選擇：結(jié)構(gòu)自身安全經(jīng)濟(jì)、景觀包容可塑性強(qiáng)、建設(shè)過程綠色文明、運(yùn)營期間耐久省心。

本文以廣州地鐵21 號(hào)線節(jié)段預(yù)制主體橋梁為例介紹其設(shè)計(jì)方案、施工方案及預(yù)制場相關(guān)細(xì)節(jié)。

1 項(xiàng)目概況

廣州地鐵21 號(hào)線線路起于天河區(qū)員村站，途經(jīng)天河區(qū)、黃埔區(qū)和增城區(qū)，貫穿東部新城區(qū)域，止于增城廣場站，大致呈“廠字形”走向。

它的開通運(yùn)營不僅縮短增城與廣州中心城區(qū)的時(shí)空距離，使群眾出行更方便，還將加速廣州東部地區(qū)人流、物流、資金流、信息流的流動(dòng)，加速增城融入粵港澳大灣區(qū)，開啟全新的發(fā)展引擎。2018 年12 月開通當(dāng)日客流為5 萬人次。

廣州地鐵21 號(hào)線線路初期線路全長約61.5km，其中地下線長約42.5km，穿山隧道6.8km，地上線12.2km；共設(shè)21 座車站，其中地下車站17 座，高架車站4座，共有7 座換乘站；采用6 節(jié)編組B 型列車；區(qū)間正線數(shù)目為雙線，列車最高行車速度為120 km/h；區(qū)間主體橋梁地震設(shè)防烈度為6 度，地震動(dòng)峰值加速度為0.05g。

沿線總體地形起伏較大，主要為丘間盆地；橋梁范圍基本沿現(xiàn)有公路敷設(shè)，地勢較為平緩；場地上覆沖洪積砂層及黏性土等、下伏微風(fēng)化花崗片麻巖，基巖埋深一般約20～50m。

2 設(shè)計(jì)方案

廣州地鐵21 號(hào)線含10km 高架橋梁區(qū)間，其中約6km 橋梁采用了短線法節(jié)段預(yù)制無支座連續(xù)剛構(gòu)體系。主體橋梁方案的決策過程經(jīng)歷了整孔預(yù)制簡支梁、節(jié)段預(yù)制簡支梁及節(jié)段預(yù)制連續(xù)剛構(gòu)，過程中做了大量研究及比選工作，最終由業(yè)主決策采用了技術(shù)先進(jìn)、各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)良的無支座連續(xù)剛構(gòu)體系。其主體橋梁總體布置如圖1 所示。

橋梁遵循至簡至美的經(jīng)典美學(xué)原理，線條簡潔明快、棱角分明、現(xiàn)代經(jīng)典；橋梁建筑高度范圍約5.0～17.0m，主梁跨度范圍為N×(30～40)m，兩跨至四跨一聯(lián)、等跨布置；主梁采用單箱單室斜腹板斷面，橋墩采用單薄壁板式橋墩與主梁固結(jié)，樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。

2.1 上部結(jié)構(gòu)

主梁采用短線法節(jié)段預(yù)制技術(shù)制造，采用逐孔架設(shè)+先簡支后連續(xù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換形成無支座連續(xù)剛構(gòu)體系。主梁中墩頂設(shè)置現(xiàn)澆0 號(hào)塊，其余節(jié)段采用工廠節(jié)段預(yù)制。預(yù)制節(jié)段劃分為端頭節(jié)段、過渡節(jié)段及標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，端頭節(jié)段與中墩墩頂現(xiàn)澆段之間設(shè)置30cm 濕接縫。

主梁混凝土標(biāo)號(hào)為C60，梁高2.0m，頂板寬10.0m，底板寬2.4m，懸臂長度2.1 m。跨中標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制節(jié)段頂板厚0.25m，底板厚0.3m，腹板厚0.3m，節(jié)段長2.6m，節(jié)段重約40 噸；過渡節(jié)段頂板厚0.45m，底板厚0.5m，腹板厚0.5m，節(jié)段長2.4m，節(jié)段重約50t。

主梁按不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合逐孔架設(shè)工藝主梁設(shè)置簡支束及連續(xù)束。每跨主梁設(shè)置8 根簡支束，在逐孔架設(shè)過程中張拉；每處中墩頂設(shè)置14 根頂板、每跨設(shè)置6 束底板連續(xù)束，在架橋機(jī)過孔、濕接縫施工完成后張拉；主梁邊墩頂設(shè)置墩梁固結(jié)后澆帶，待所有連續(xù)束張拉完成后澆筑。

橋面板按不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段設(shè)備2 束扁錨鋼束，采用單端交替張拉。

主梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段示意如下圖2 所示：

主梁過渡節(jié)段示意如下圖3 所示：

主梁邊墩頂后澆段示意如下圖4 所示：

2.2 下部結(jié)構(gòu)

橋墩采用薄壁形式，墩高范圍約3.0m～15.0m，邊墩厚0.6～0.8m、中墩厚度1.0～1.4m，壁厚隨墩高增加而增加；橋墩頂部橫向與梁底同寬為2.4m，墩底一定高度范圍按1/30 坡度橫向加寬，變寬點(diǎn)高度隨墩高增加而增加；中墩截面形狀近似為矩形，邊角按30×30mm 直線倒角，墩厚中部設(shè)有梯形凹槽；邊墩截面近似為矩形，縱橋向外壁中部隆起50mm，相鄰兩聯(lián)邊墩形成由中部10cm 擴(kuò)大至兩側(cè)20cm 的變寬梁縫。

地基采用群樁基礎(chǔ)。承臺(tái)尺寸為6.5m×6.5m×2.0m，樁基采用4-D1.5m 鉆孔灌注樁。大部分樁基按嵌巖樁設(shè)計(jì)，基巖埋深較大時(shí)按摩擦樁設(shè)計(jì)，平均樁長約45 米。橋梁位于道路中央綠化帶時(shí)，承臺(tái)頂埋深大于0.9m 以保證地面道路結(jié)構(gòu)的連續(xù)性及行車平順性。

下部結(jié)構(gòu)一般構(gòu)造見下圖5 所示：

2.3 主要材料用量

材料用量是影響建設(shè)期成本的重要因素，也是檢驗(yàn)橋梁工程是否低碳、綠色及可持續(xù)性的重要指標(biāo)。

廣州地鐵21 號(hào)線主體橋梁采用無支座連續(xù)剛構(gòu)體系，該體系在減小下部結(jié)構(gòu)單體尺寸方面、在減少下部結(jié)構(gòu)總體數(shù)量方面、在優(yōu)化箱梁截面尺寸方面具備節(jié)約建筑材料的優(yōu)良特性，橋梁工程師據(jù)此做出了積極有效的努力，其主體材料用量如表1 所示：

表 2 主體材料用量

與國內(nèi)一般現(xiàn)澆連續(xù)箱梁相比，無支座連續(xù)剛構(gòu)體系在下部結(jié)構(gòu)方面可節(jié)約混凝土材料約20%，在上部結(jié)構(gòu)方面可節(jié)約混凝土材料約25%。以上數(shù)據(jù)僅供探討，不排除部分橋梁人正在或已經(jīng)對(duì)現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的上下部結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化。

3 施工方案

節(jié)段預(yù)制主梁采用兩臺(tái)上行式架橋機(jī)逐孔拼裝，主體施工步驟如下：

1）下部結(jié)構(gòu)及中墩0 號(hào)塊現(xiàn)澆施工；

2）架橋機(jī)逐孔架設(shè)主梁，并落梁支撐于臨時(shí)鋼立柱上形成簡支體系；

3）施工墩旁濕接縫、張拉墩頂及底板連續(xù)鋼束，形成剛構(gòu)連續(xù)梁體系；

4）澆筑邊墩頂后澆帶，形成無支座連續(xù)剛構(gòu)體系。

5）拆除臨時(shí)鋼立柱，施工橋面附屬，成橋。

上述施工步驟形成施工流水，互不干擾，正常情況下完成一孔梁架設(shè)需要3～4天。

4 預(yù)制場

預(yù)制場由施工單位（中鐵五局機(jī)電公司）自籌資金建設(shè)，坐落在廣汕公路旁邊，場地條件較好。預(yù)制場配套自建混凝土攪拌站，占地約60 畝，共設(shè)置2 條生產(chǎn)線，共10 套短線法節(jié)段預(yù)制模具，生產(chǎn)2122 片節(jié)段梁。正常情況下節(jié)段梁的生產(chǎn)效率約2.5 天/榀。

預(yù)制場總體規(guī)劃按功能分為混凝土攪拌站、材料堆放及試驗(yàn)區(qū)、鋼筋加工區(qū)、鋼筋綁扎區(qū)、節(jié)段預(yù)制區(qū)、節(jié)段梁修整區(qū)、節(jié)段梁存梁區(qū)、辦公生活區(qū)等。

5 結(jié)束語

無支座連續(xù)剛構(gòu)體系及短線法節(jié)段預(yù)制技術(shù)是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的領(lǐng)軍技術(shù)，它們的結(jié)合不是必須的，但它們的結(jié)合將會(huì)給主體橋梁工業(yè)化實(shí)施帶來無可比擬的變革。

廣州地鐵21 號(hào)在確保結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)、耐久的前提下，秉承綠色建設(shè)理念、全壽命期周期理念、可持續(xù)發(fā)展理念，選擇了基于短線法節(jié)段預(yù)制的無支座連續(xù)剛構(gòu)體系做為全線主體橋梁的設(shè)計(jì)方案，符合國家交通設(shè)施產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略升級(jí)導(dǎo)向及國家資源戰(zhàn)略、信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展、生態(tài)文明的政策導(dǎo)向。

作者對(duì)無支座連續(xù)剛構(gòu)體系的普及推廣持積極態(tài)度，相信國內(nèi)的主體橋梁將會(huì)逐漸大量采用節(jié)段預(yù)制無支座連續(xù)剛構(gòu)體系，那時(shí)結(jié)構(gòu)自身安全經(jīng)濟(jì)、景觀包容可塑性強(qiáng)、建設(shè)過程綠色文明、運(yùn)營期間耐久省心。