袁慧玉

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092]

1 工程概況

兩港大道（新四平公路—S2）快速化工程（以下簡(jiǎn)稱兩港大道中段工程）是臨港新片區(qū)重要的內(nèi)、外連接快速路，是區(qū)域高快路網(wǎng)的重要組成部分，也是新片區(qū)的第一個(gè)市政大工程。

該工程位于上海市東南部，西起兩港大道的新四平公路，東至S2 滬蘆高速，路線全長(zhǎng)13.1 km，采用高架快速路+地面道路形式敷設(shè)，近期高架全長(zhǎng)8.45 km，新楊公路至妙香路以西為地面道路。主線高架沿線由西往東共跨越了11 條橫向道路及7 條現(xiàn)狀河道，設(shè)置了4 對(duì)上下行匝道，見(jiàn)圖1。

圖1 全線方案示意圖

兩港大道中段工程主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：主線高架及主線地面道路為城市快速路，雙向六車道，設(shè)計(jì)車速為80 km/h，標(biāo)準(zhǔn)段橋?qū)?6.1 m；匝道為單向兩車道，設(shè)計(jì)車速為40 km/h，橋?qū)?.5 m。全線采用預(yù)制拼裝法施工，共有預(yù)制小箱梁1 562 片、預(yù)制蓋梁361 榀、預(yù)制立柱627 節(jié)、鋼-混凝土組合梁13 聯(lián)（主跨跨徑從4～75 m 不等），預(yù)制裝配率達(dá)90%，工期1.5 a。

在確定設(shè)計(jì)施工方案之前，設(shè)計(jì)與施工單位對(duì)預(yù)制場(chǎng)的生產(chǎn)能力、運(yùn)輸線路以及起吊、裝配能力進(jìn)行了調(diào)研，并對(duì)運(yùn)輸線路沿途的道路、橋梁進(jìn)行排查，確保預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸安全、可靠。

2 預(yù)制小箱梁

兩港大道中段工程簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)預(yù)制小箱梁一般2～5 跨一聯(lián)，頂、底板平行，橫坡由梁底支座墊塊形成。主線標(biāo)準(zhǔn)段橋面寬26.1 m，橫斷面采用6 片預(yù)制小箱梁，梁間距4.44 m，每片梁運(yùn)營(yíng)階段采用單支點(diǎn)支撐。2 片邊梁（帶預(yù)制防撞護(hù)欄混凝土底座），單片梁最大吊重約165 t；4 片中梁，單片梁最大吊重約140 t。標(biāo)準(zhǔn)段預(yù)制小箱梁橫斷面布置見(jiàn)圖2。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)段預(yù)制小箱梁設(shè)計(jì)橫斷面圖（單位：mm）

本工程中30 m 標(biāo)準(zhǔn)跨徑預(yù)制小箱梁相較于上海市標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)支小箱梁，保留了標(biāo)準(zhǔn)圖中預(yù)制小箱梁的截面外形尺寸，但是，對(duì)于小箱梁之間的濕接縫、挑臂構(gòu)造、支承以及配束配筋進(jìn)行了調(diào)整及優(yōu)化。

2.1 濕接縫

原上海市標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)預(yù)制小箱梁采用較寬的濕接縫，縫寬尺寸一般為0.5～1.6 m。濕接縫內(nèi)預(yù)留的是直線型連接鋼筋，需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)的鋼筋焊接工作量很大、焊接質(zhì)量不易保證，現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑量也大，施工速度慢，不利于預(yù)制拼裝快速化施工的推廣。

因此，上海市政總院與同濟(jì)大學(xué)依托上海龍東大道（羅山路—G 1503）改建工程針對(duì)鋼筋現(xiàn)澆濕接縫以鋼筋形狀、接縫材料、接縫寬度、鋼筋橫向布置、橫向鋼筋數(shù)量等構(gòu)造參數(shù)為變量，研究接縫受力過(guò)程中開(kāi)裂特性、應(yīng)力重分布過(guò)程，揭示接縫破壞模態(tài)及傳力機(jī)理[1]。結(jié)合該研究結(jié)果，龍東大道改建工程初期預(yù)制小箱梁橋面板濕接縫采用C 80 鋼纖維混凝土，濕接縫上口寬400 mm、下口寬300 mm，預(yù)留U形鋼筋等間距交錯(cuò)布置不焊接，間距為10 cm。U 形鋼筋在濕接縫內(nèi)形成環(huán)形搭接，搭接長(zhǎng)度240 mm，形成核心混凝土。具體構(gòu)造見(jiàn)圖3。

圖3 C80 鋼纖維混凝土濕接縫連接圖（單位：mm）

后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工操作，發(fā)現(xiàn)C 80 鋼纖維混凝土存在現(xiàn)場(chǎng)泵送時(shí)易堵管的情況，混凝土澆筑質(zhì)量不易控制的缺陷，故后期改用現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量可控的C 60 鋼纖維混凝土，并加寬了濕接縫尺寸。濕接縫上口寬450 mm、下口寬350 mm，核心混凝土U 型鋼筋搭接長(zhǎng)度290 mm。具體構(gòu)造見(jiàn)圖4。該構(gòu)造形式減少了大量現(xiàn)場(chǎng)焊接鋼筋的工作量，大大提高了施工效率。故，兩港大道中段工程根據(jù)龍東大道改建工程的經(jīng)驗(yàn)，預(yù)制小箱梁橋面板也采用了與圖4 一樣的構(gòu)造形式。

圖4 C60 鋼纖維混凝土濕接縫連接圖（單位：mm）

濕接縫內(nèi)預(yù)留的U 型鋼筋按橋面板構(gòu)件設(shè)計(jì)。核心混凝土內(nèi)加強(qiáng)鋼筋按《橋梁預(yù)制拼裝技術(shù)》[1]第2.6.2.4 節(jié)公式2.6-32～2.6-34 驗(yàn)算核心截面承載力。具體公式如下：

U 形鋼筋屈服條件[1]

U 形鋼筋所圍核心混凝土加強(qiáng)鋼筋計(jì)算取值條件[1]

式中：fsu，d為U 形鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa；Asv為一個(gè)U 形鋼筋雙肢總截面面積，mm2；c 為混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度，MPa，取2.8 MPa；Acv為U 形鋼筋交錯(cuò)重疊部分所圍核心混凝土投影平面的凈面積，mm2；fsv，k為核心混凝土加強(qiáng)鋼筋的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa，當(dāng)fsv，k＞400 MPa 時(shí)取400 MPa；Asv為核心混凝土加強(qiáng)鋼筋的截面面積，mm2，當(dāng)實(shí)際持有的截面面積超過(guò)式（2.6-33）或式（2.6-34）限值時(shí)，則將其中較小的限值代入式（2.6-32）計(jì)算；α 為接縫兩側(cè)相鄰U 形鋼筋圓端頭連線與U 形鋼筋軸線的夾角，（°）；fck為接縫混凝土的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）；K 為混凝土界面的極限剪切強(qiáng)度，MPa，取10.3 MPa。

經(jīng)計(jì)算，兩港大道中段工程預(yù)制小箱梁箱室間橋面板厚需要250 mm，預(yù)留U 型HR B 400 鋼筋直徑取22 mm 時(shí)，橋面板極限承載能力及裂縫寬度均能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

工程實(shí)際中核心混凝土內(nèi)設(shè)置了8 根直徑10 mm HR B 400 加強(qiáng)鋼筋，按公式2.6-32 驗(yàn)算，公式左邊一根U 型鋼筋的屈服力為250.9 kN，公式右邊核心截面承載力為410.9 kN，滿足要求。

2.2 優(yōu)化挑臂構(gòu)造

城市高架因上下匝道的設(shè)計(jì)需要，免不了使橋梁結(jié)構(gòu)存在變寬段。兩港大道中段工程將預(yù)制小箱梁的箱室部分、邊梁外側(cè)挑臂及現(xiàn)澆濕接縫縫寬做成標(biāo)準(zhǔn)等寬，以邊梁內(nèi)側(cè)挑臂及中梁挑臂長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行調(diào)整。為了方便施工、提高模板的適用性，方便挑臂長(zhǎng)度的變化，預(yù)制小箱梁挑臂由原來(lái)標(biāo)準(zhǔn)圖的變高度優(yōu)化為等高度形式。優(yōu)化后減少了現(xiàn)場(chǎng)的施工工作量，方便了施工，縮短了施工工期。

2.3 優(yōu)化支承設(shè)計(jì)

為了提供較好的行車舒適度，兩港大道中段工程標(biāo)準(zhǔn)段采用結(jié)構(gòu)先簡(jiǎn)支后連續(xù)的預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁。每片預(yù)制小箱梁在中墩處設(shè)一個(gè)永久支座及兩個(gè)臨時(shí)支座，邊墩設(shè)一個(gè)永久支座。預(yù)制小箱梁在架設(shè)時(shí)中墩處先使用臨時(shí)支座支承，每片梁由三個(gè)支座支承，確保施工階段支座不出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。等橋面板濕接縫及橫隔板混凝土澆筑完成并到達(dá)強(qiáng)度，形成整體后，進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，中墩處臨時(shí)支座轉(zhuǎn)換成永久支座。

3 下部結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件連接

預(yù)制拼裝的下部結(jié)構(gòu)主要包括了立柱與承臺(tái)、立柱之間、立柱與蓋梁之間以及蓋梁之間的拼裝。目前國(guó)內(nèi)外預(yù)制拼裝技術(shù)大致有以下幾種：（1）采用有粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力筋連接；（2）灌漿套筒連接；（3）灌漿金屬波紋管連接；d、插槽式聯(lián)結(jié)；（4）混凝土濕接縫連結(jié)（鋼筋焊接或搭接）；（5）承插式聯(lián)結(jié)；（6）超高性能混凝土UHPC 連結(jié)。這幾種方法從接縫處力學(xué)性能及其抗震性能、施工難易性、復(fù)雜性、工期長(zhǎng)短、現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土工作量等方面都各有特點(diǎn)和利弊。目前，上海市采用較多的是灌漿套筒連接及部分采用灌漿金屬波紋管連接的方法。其連接構(gòu)造及力學(xué)性能類似，在正常使用條件下的力學(xué)性能與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件均相近，都具有現(xiàn)場(chǎng)工作量較小、施工所需時(shí)間較短的優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于金屬波紋管連接，連接套筒施工精度要求較高，而經(jīng)濟(jì)性稍優(yōu)于連接套筒。下面是承臺(tái)、立柱與蓋梁現(xiàn)場(chǎng)拼裝圖，見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 預(yù)制立柱與現(xiàn)澆承臺(tái)的拼裝連接圖

圖6 預(yù)制蓋梁吊裝圖

兩港大道中段工程預(yù)制橋墩主要有兩種結(jié)構(gòu)形式：大挑臂蓋梁雙柱式橋墩及三柱和四柱門架墩。由于受到預(yù)制蓋梁吊裝運(yùn)輸重量小于250 t的限制。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)大挑臂蓋梁采用C 60 混凝土，長(zhǎng)25 m，截面尺寸為高2.6 m、寬2.0 m 的T 型截面時(shí)，吊重為248 t，小于250 t的限值，滿足吊裝運(yùn)輸?shù)囊蠹笆芰π枰?。本工程為了提高預(yù)制裝配率，將三柱和四柱門架墩進(jìn)行分段，使分段后的構(gòu)件吊重小于250 t。為此，四門墩分成兩個(gè)雙柱墩，中間設(shè)2 cm 變形縫，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后直接拼接在立柱上，形成門架。三門墩分成一個(gè)大挑臂雙柱墩和一個(gè)獨(dú)柱墩，之間用1.6 m 長(zhǎng)的濕接段連接。分縫位置需要避開(kāi)上部結(jié)構(gòu)支座，濕接段選取蓋梁受力較小的區(qū)域。詳見(jiàn)圖7、圖8。

圖7 四門墩分縫示意圖

圖8 三門墩分縫示意圖

本工程預(yù)制立柱與預(yù)制蓋梁的拼裝采用鋼筋錨固用灌漿波紋鋼管的連接方式。該連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)應(yīng)按現(xiàn)行《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]第8 章進(jìn)行設(shè)計(jì)。如，墩柱縱筋的錨固和搭接長(zhǎng)度應(yīng)按第8.1.6 條[2]設(shè)計(jì)；節(jié)點(diǎn)橫向和豎向箍筋配置應(yīng)按第8.2.2 或8.2.3 條[2]設(shè)計(jì)。

針對(duì)門架墩端節(jié)點(diǎn)除以上所述構(gòu)造細(xì)節(jié)外，尚需將蓋梁內(nèi)上下緣受拉鋼筋在端節(jié)點(diǎn)側(cè)面下彎或上彎后焊接連接，以確保鋼筋在節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)傳力可靠，見(jiàn)圖9。

圖9 門架墩端節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)示意圖

4 鋼-混凝土組合連續(xù)梁

多跨變高度鋼-混凝土組合梁，既可以避免鋼梁正交異性橋面板的疲勞和鋪裝問(wèn)題，又具有良好的受力性能、綜合了鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)各自在施工性能、耐久性、經(jīng)濟(jì)性等方面優(yōu)點(diǎn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)以及建筑材料的發(fā)展，近年來(lái)，在大跨橋梁中越來(lái)越多地替代了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，被較多采用。因變高度連續(xù)梁在路口處，梁高相對(duì)較低，故，下穿車輛沒(méi)有壓抑感，而且，梁底為弧線，線條順暢，橋梁外觀較美觀。

兩港大道中段工程在跨越路口時(shí)，均采用較大跨徑跨越，全線共有12 聯(lián)鋼-混凝土組合梁，跨徑組合詳見(jiàn)表1（邊中跨比例一般控制在0.65～0.75之間）。

表1 鋼-混凝土組合梁匯總表

對(duì)于大跨度連續(xù)組合梁來(lái)講，中墩支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)橋面板混凝土受拉的設(shè)計(jì)是重點(diǎn)。本工程中支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)橋面板縱向采用鋼筋混凝土構(gòu)件限制裂縫寬度的設(shè)計(jì)方法，按公規(guī)[3]驗(yàn)算的裂縫寬度控制在不大于0.13 mm。該方法取消了預(yù)應(yīng)力布置，簡(jiǎn)化了構(gòu)造、方便了施工。

通過(guò)設(shè)置臨時(shí)支墩，對(duì)橋面板進(jìn)行分段施工，控制其施工順序，以減少中墩支點(diǎn)處的負(fù)彎矩內(nèi)力。橋面板施工分段見(jiàn)圖10。圖11 為組合梁混凝土澆筑順序：搭設(shè)臨時(shí)支撐，澆筑正彎矩區(qū)混凝土；拆除臨時(shí)支撐；澆筑負(fù)彎矩區(qū)混凝土；連接后澆帶區(qū)域正、負(fù)彎矩區(qū)鋼筋，澆筑1.5 m 后澆帶混凝土。

圖10 組合梁臨時(shí)支墩及橋面板分段示意圖

圖11 組合梁主要施工順序示意圖

6 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)正在進(jìn)行城鎮(zhèn)化建設(shè)，產(chǎn)城融合需要有與之匹配的城市基礎(chǔ)設(shè)施，預(yù)制裝配式施工是實(shí)現(xiàn)低碳化建設(shè)、綠色施工的有效手段。近年來(lái)上海市的預(yù)制裝配化施工工程較多，在全國(guó)屬于較領(lǐng)先的地位。兩港大道（新四平公路～S2）快速化工程在高架橋梁總體布置、預(yù)制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、預(yù)制拼裝細(xì)節(jié)處理及施工工藝等方面都繼承了以往工程的成功經(jīng)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)工程自身特點(diǎn)有所創(chuàng)新。本項(xiàng)目的工程經(jīng)驗(yàn)可以為其它類似工程做參考。