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        剛構(gòu)矮腿連續(xù)Y型墩路橋的設(shè)計(jì)與施工

        2021-10-13 03:12:36鄭永祥
        黑龍江交通科技 2021年8期
        關(guān)鍵詞:水平施工

        鄭永祥

        (黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院,黑龍江 哈爾濱 150080)

        1 案例工程概況

        案例某龍湖29#路橋橫跨東運(yùn)河,橋長(zhǎng)132.2 m,全寬40 m,雙向六車(chē)道,50 km/h的設(shè)計(jì)車(chē)速。道中線(xiàn)位處850 m半徑的平曲線(xiàn)上。主體結(jié)構(gòu)選用曲線(xiàn)混凝土預(yù)應(yīng)力Y型墩變斷面連續(xù)剛構(gòu),35+58+35 m跨徑配置,墩位線(xiàn)與道中線(xiàn)正交。

        橋梁分為左右兩幅,設(shè)置橋間翼緣板寬1 m的后澆筑帶。橋面橫坡為1.5%雙向,經(jīng)過(guò)箱體梁腹板變高完成,橫橋向的箱體梁底為平坡。中跨跨中梁1.7 m高,1/34.1的高跨比;中墩斜腿根部高跨比為1/22.3,梁高為2.6 m,中跨跨中梁高與邊跨橋臺(tái)附近梁高一致,均為高1.7 m。中跨和邊跨的漸變梁高段變化均按圓弧線(xiàn)實(shí)現(xiàn)。

        每幅橋箱體梁選用單箱四室斜腹板斷面。人行線(xiàn)側(cè)翼緣板懸臂為2.0 m長(zhǎng),懸臂板端部0.15 m厚,根部0.45 m厚;車(chē)行線(xiàn)側(cè)翼緣板懸臂2.0 m長(zhǎng),板厚須適當(dāng)增大,以加強(qiáng)后澆筑帶。懸臂板端部厚0.25 m,根部為0.45 m厚。邊腹板1∶3.5斜度。箱體梁頂板0.25 m厚,腹板0.5~0.7 m厚,底板0.25~0. 5m厚。斜腿頂位置的箱體梁橫梁2.6 m厚,橋臺(tái)邊橫梁1.5 厚,設(shè)置一道中跨跨中厚0.3 m的橫隔板。

        Y型墩柱由墩座及斜腿兩部分形成,7.4 m總高度。斜腿是變厚度的矩形實(shí)心截面,其主梁外腹板斜度與橫橋向?qū)挾茸兓疽恢拢粸榇_保景觀功效和受力平順,在交接主梁處,斜腿內(nèi)側(cè)按0.5 m半徑倒圓,外側(cè)按8 m半徑倒圓。為避免斜腿開(kāi)裂并加強(qiáng)接連主梁,配置鋼束在斜腿中線(xiàn)部位,Y型墩柱的墩座內(nèi)置放鋼束固定端,拉張端則位處中橫梁主梁順橋向倒角區(qū)域。選用矩形片墩形式筑造Y型墩柱墩座部分,順橋向2.4 m厚,橫橋向?qū)挾葷u變與斜腿的漸變一致,斜度基本均等同于主梁外腹板;按半徑2 m倒圓設(shè)計(jì)了墩座與斜腿間內(nèi)側(cè)狀態(tài),外側(cè)則按半徑3 m倒圓設(shè)計(jì)。依據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)狀態(tài),順橋向配置兩排橋中墩,取摩擦樁型式和63 m樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)。

        2 基本特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)

        2.1 模擬剛構(gòu)矮腿群樁基礎(chǔ)

        案例Y型墩僅7.4 m高,墩跨比1/7.8,系屬典型剛構(gòu)矮腿橋,Y型墩抗推剛韌度比較大,帶給結(jié)構(gòu)上部的自由形變約束比較大,結(jié)構(gòu)整體受力明顯受到混凝土收縮徐變和溫度升降影響。群樁基礎(chǔ)是與土相觸接最重點(diǎn)位置,分析比較復(fù)雜,計(jì)算中通常以固結(jié)支承處理將承臺(tái)底。因Y型墩柱相對(duì)矮,若固結(jié)處理承臺(tái)底,在整體溫度升降和混凝土收縮徐變影響下會(huì)造成主梁、墩座和斜腿等構(gòu)件產(chǎn)生比較大的壓拉應(yīng)力,其效應(yīng)超過(guò)了汽車(chē)載荷和恒載,規(guī)范需求難以滿(mǎn)足,因此很有必要將群樁基礎(chǔ)作為彈塑性支承精確考慮。

        設(shè)計(jì)選用了群樁基礎(chǔ)支承剛韌度矩陣,其中包含耦合項(xiàng),取承臺(tái)底面以上部分建立結(jié)構(gòu)模型,解析群樁基礎(chǔ)互相耦合后和各方向的支承剛韌度常數(shù),組成一個(gè)空間支承剛韌度矩陣作為承臺(tái)底的彈塑性支承,求解后直接獲取承臺(tái)底的反力開(kāi)展樁基礎(chǔ)的驗(yàn)算。

        從下往上墩土層依次為中砂層、粉砂、粉質(zhì)粘土和粉土,基土比例參數(shù)為m,該參數(shù)一般較難確定取值。依據(jù)公路橋涵基礎(chǔ)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JTGD63-2007中,以8 000~20 000 kN/m4為初定m值;為了進(jìn)一步增加安全性,本研究對(duì)m值進(jìn)行適當(dāng)拓展,分別以5 000、8 000、20 000、和30 000 kN/m4進(jìn)行取值進(jìn)入驗(yàn)算,其結(jié)果具體見(jiàn)表1所示。載荷以1.0恒載+1.0整體降溫+1.0汽車(chē)為標(biāo)準(zhǔn)組合。

        表1 結(jié)構(gòu)下部對(duì)上部的支承反力

        表1數(shù)據(jù)揭示:(1)彎矩和水平反力在固結(jié)承臺(tái)底條件下均最大,依此對(duì)下部結(jié)構(gòu)開(kāi)展驗(yàn)算,一般難以經(jīng)過(guò)計(jì)算;(2)案例整體溫降與恒載引發(fā)的水平彎矩、反力方向一致;(3)彎矩比較大,疊加而非抵消水平反力對(duì)下部結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng),很有必要經(jīng)過(guò)調(diào)偏心減少?gòu)澗胤戳Α?/p>

        Y型墩垂向中心線(xiàn)與分跨線(xiàn)重合,順橋向往中跨跨中方向把樁基礎(chǔ)中心和承臺(tái)偏心調(diào)0.3 m后,結(jié)構(gòu)支承反力中的偏心調(diào)整后的彎矩計(jì)算結(jié)果如表2具體所示。

        表2 偏心調(diào)整后的彎矩

        表1及表2數(shù)據(jù)揭示,調(diào)偏心對(duì)降低結(jié)構(gòu)所受彎矩有顯然作用。

        2.2 基于m值實(shí)測(cè)結(jié)果

        案例橋系屬有推力的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),關(guān)鍵參數(shù)m設(shè)計(jì)值;5 000、8 000、20 000和30 000 kN/m4對(duì)群樁基礎(chǔ)開(kāi)展彈塑性支承剛韌度包絡(luò)運(yùn)算;開(kāi)展水平靜載單樁實(shí)驗(yàn),配置了1根同徑值的試樁于中墩承臺(tái)外側(cè),樁基水平載荷實(shí)驗(yàn)選用中墩群樁基礎(chǔ)承擔(dān)反力墻,開(kāi)展單樁水平載荷實(shí)驗(yàn)。

        依據(jù)建筑基樁JGJ106-2014測(cè)量規(guī)范,可獲得不同水平載荷下的m值,具體見(jiàn)表3所示。

        表3 實(shí)測(cè)推導(dǎo)m參數(shù)值

        從表3能夠發(fā)現(xiàn),本次實(shí)驗(yàn)靜載水平單樁施加1 045 kN最大加荷量,最大水平樁頂39.80 mm移位;m值9 839 kN/m,水平力665 kN。表1數(shù)據(jù)揭示,如果m值取8 000 kN/m,則組合標(biāo)準(zhǔn)下水平最大反力達(dá)7 766 kN,如果12根樁均勻分配,則單樁水平反力是647 kN;理論m值與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較佳,但是水平移位實(shí)測(cè)結(jié)果相對(duì)大于理論值。

        2.3 長(zhǎng)節(jié)段支撐架現(xiàn)場(chǎng)澆筑及配束方法

        剛構(gòu)連續(xù)Y型墩存在較多施工方法,有相對(duì)典型的方法諸如滿(mǎn)堂支撐架一次筑澆、滿(mǎn)堂支撐架短節(jié)段筑澆、掛籃逐節(jié)段懸臂筑澆等。施工現(xiàn)場(chǎng)具備搭建滿(mǎn)堂支撐架的條件,又因趕工期,所以設(shè)計(jì)選用了長(zhǎng)節(jié)段支撐架現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工。

        主梁施工選用分段筑澆方式,設(shè)計(jì)基本思路為:先構(gòu)成主梁0#塊與Y型墩柱形成的剛架穩(wěn)定三角形結(jié)構(gòu);然后在支撐架上施工大節(jié)段(即二期梁段);長(zhǎng)度2 m的中跨合龍段最后筑澆,中跨合龍鋼束拉張,構(gòu)成全橋結(jié)構(gòu)。為改善結(jié)構(gòu)受力,減少收縮徐變影響,合龍中跨時(shí),對(duì)頂兩懸臂端,其對(duì)頂力達(dá)1 500 kN。

        設(shè)計(jì)主梁按混凝土預(yù)應(yīng)力A類(lèi)構(gòu)件,僅配置縱向預(yù)應(yīng)力束,其分為中跨合龍底板束、中跨合龍頂板束、二期梁段腹板束、二期梁段頂板束和0*塊鋼束,鋼束共選用15~9、15~12和15~15三種尺寸。

        2.4 主梁0#塊與Y型墩柱斜腿組構(gòu)的三角架

        一期主梁段(0#塊)與Y型墩柱的斜腿組構(gòu)的三角架,其混凝土體量大,受力復(fù)雜,是案例施工的關(guān)鍵過(guò)程。

        考慮到復(fù)雜的Y型墩線(xiàn)形,施工鋼模板選用整體式,外觀質(zhì)量得到保證。Y型墩柱分3個(gè)階段施工:墩座施工為第1階段;斜腿施工為第2階段;主梁0#塊施工為第3階段。兩斜腿間在第2階段施工中垂向設(shè)有螺紋精軋鋼水平拉桿3道,這樣斜腿的水平移位就能夠在施工過(guò)程中得到有效抗御。

        3 結(jié) 語(yǔ)

        案例橋?qū)儆诘湫偷膭倶?gòu)矮腿連續(xù)Y型墩橋,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因橋址區(qū)地質(zhì)非軟弱土質(zhì),故存在一定難度。橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中注意考慮了群樁基礎(chǔ)的彈塑性支承剛韌度,經(jīng)過(guò)水平載荷實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了樁基礎(chǔ)抵御水平載荷的能力和地基土水平比例常數(shù)m取值的正確性;采取跨中合龍前對(duì)頂梁段和下部結(jié)構(gòu)調(diào)偏心方法,使結(jié)構(gòu)受力得到很好改善。施工中選用長(zhǎng)節(jié)段支撐架現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工,工期較短并且受力明確,比逐段懸澆法縮短3個(gè)月左右的工期。

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