李逸之，張玉富

（1.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海市 200092；2.上海公路投資建設(shè)發(fā)展有限公司，上海市 201108）

0 引言

近年來(lái)，簡(jiǎn)支變連續(xù)小箱梁憑借在結(jié)構(gòu)剛度、耐久性及行車(chē)舒適等方面的明顯優(yōu)勢(shì)在國(guó)內(nèi)公路橋梁建設(shè)中受到青睞。傳統(tǒng)的簡(jiǎn)支變連續(xù)小箱梁施工工藝通常是先設(shè)置臨時(shí)支座并架設(shè)小箱梁使之成為簡(jiǎn)支狀態(tài)，再進(jìn)行濕接頭、濕接縫施工，然后張拉負(fù)彎矩區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼束，最后拆除臨時(shí)支座完成簡(jiǎn)支向連續(xù)體系的轉(zhuǎn)換[1]。

然而，隨著橋梁預(yù)制裝配技術(shù)要求的提高，傳統(tǒng)的小箱梁簡(jiǎn)支變連續(xù)施工工藝逐漸暴露出較多問(wèn)題：（1）每片梁頂板負(fù)彎矩張拉槽口過(guò)多，導(dǎo)致小箱梁預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)槽口恢復(fù)功效低；（2）采用扁錨錨具，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力管道易變形、穿束困難等。這些問(wèn)題在一定程度上限制了小箱梁連續(xù)結(jié)構(gòu)施工的整體質(zhì)量和效率[2]。現(xiàn)以上海S7公路（月羅公路-寶錢(qián)公路）新建工程為依托，研究并優(yōu)化簡(jiǎn)支變連續(xù)小箱梁負(fù)彎矩施工工藝，旨在進(jìn)一步提高工程施工質(zhì)量與效率，并為該技術(shù)的發(fā)展提供一定的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)。

1 研究背景

1.1 依托工程

某工程為上海S7公路（月羅公路-寶錢(qián)公路）新建工程，其位于上海市寶山區(qū)、嘉定區(qū)，南起S7公路（A20-月羅公路）新建工程（該工程一期工程）終點(diǎn)的月羅公路，沿羅店鎮(zhèn)北上過(guò)練祁河后進(jìn)入嘉定區(qū)。該工程路線(xiàn)全長(zhǎng)約6.1 km，采用高架主線(xiàn)+地面道路形式。主線(xiàn)高架道路等級(jí)為高速公路，設(shè)計(jì)車(chē)速為100 km/h，主線(xiàn)設(shè)計(jì)雙向6車(chē)道并采用分離式斷面布置，荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路Ⅰ級(jí)。匝道為單車(chē)道出口的雙車(chē)道平行式匝道，按公路Ⅱ型匝道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)車(chē)速為40 km/h。

1.2 原設(shè)計(jì)方案介紹

該工程橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，2～5跨為一聯(lián)。其中，在邊（中）支點(diǎn)處連續(xù)端，小箱梁頂板（單端）設(shè)置有7個(gè)鋼束張拉預(yù)留槽口，縱向分三排布設(shè)（2個(gè)、3個(gè)、2個(gè)），每個(gè)槽口尺寸為80 cm×35 cm，頂板采用扁錨錨具，如圖1、圖2所示。

圖1 小箱梁原設(shè)計(jì)平面圖（單位：mm）

圖2 小箱梁原設(shè)計(jì)斷面圖（單位：mm）

該設(shè)計(jì)方案對(duì)預(yù)制小箱梁的生產(chǎn)及后續(xù)頂板負(fù)彎矩區(qū)施工帶來(lái)諸多不便，不僅槽口模板安裝功效低，且槽口鋼筋焊接恢復(fù)工作量大。此外，使用扁錨錨具導(dǎo)致在實(shí)際施工過(guò)程中存在穿索困難、易堵孔等問(wèn)題。因此，若采用原設(shè)計(jì)方案將會(huì)使小箱梁整體施工質(zhì)量控制難度增高。

2 施工優(yōu)化方案介紹

2.1 張拉槽口優(yōu)化設(shè)計(jì)

在滿(mǎn)足負(fù)彎矩區(qū)結(jié)構(gòu)受力及耐久性要求基礎(chǔ)上，該優(yōu)化方案將原設(shè)計(jì)的7個(gè)鋼束張拉預(yù)留槽口進(jìn)行優(yōu)化，歸并為2個(gè)整體式張拉槽口（182 cm×80 cm、134 cm×80 cm），并微調(diào)槽口布設(shè)位置，如圖3、圖4所示。

圖3 小箱梁張拉槽口優(yōu)化設(shè)計(jì)平面圖（單位：mm）

圖4 小箱梁張拉槽口優(yōu)化設(shè)計(jì)斷面圖（單位：mm）

相較于以往的小槽口設(shè)計(jì)，上述優(yōu)化設(shè)計(jì)方案降低了在預(yù)留槽口進(jìn)行頂板負(fù)彎矩區(qū)鋼束張拉的施工難度。同時(shí)，也大大減少負(fù)彎矩區(qū)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量，進(jìn)一步提高施工功效并保障工程質(zhì)量。

2.2 錨具優(yōu)化設(shè)計(jì)

除了對(duì)張拉槽口的優(yōu)化設(shè)計(jì)外，還在原有扁錨錨具的基礎(chǔ)上，綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)施工條件及結(jié)構(gòu)受力特性等因素，研究并提出了一套新型圓錨錨具。其主要包括：螺旋鋼筋、喇叭管及鋼錨墊板，如圖5、圖6所示。

圖5 新型圓錨錨具之實(shí)景（一）

圖6 新型圓錨錨具之實(shí)景（二）

3 新型錨具的研究

3.1 新型錨具設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的新型錨具構(gòu)造尺寸如圖7、圖8所示。

圖7 鋼錨墊板構(gòu)造圖（單位：mm）

圖8 錨具細(xì)部構(gòu)造圖（單位：mm）

3.2 新型錨具試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證該項(xiàng)目設(shè)計(jì)提出的新型圓錨錨具在實(shí)際工程中的可應(yīng)用性，對(duì)該錨具在張拉過(guò)程中進(jìn)行全面試驗(yàn)研究，以此評(píng)估其在負(fù)彎矩區(qū)施工過(guò)程中的工作性能。

3.2.1 試驗(yàn)方案

3.2.1.1 試驗(yàn)內(nèi)容與目的

該項(xiàng)次試驗(yàn)內(nèi)容主要為通過(guò)對(duì)裝有新型錨具的預(yù)制板梁進(jìn)行張拉試驗(yàn)，觀(guān)察：（1）梁端鋼錨墊板的位移變化；（2）混凝土的外觀(guān)缺損情況。該項(xiàng)試驗(yàn)的目的主要為充分驗(yàn)證新型錨具的工程應(yīng)用性，同時(shí)為連續(xù)梁墩頂負(fù)彎矩束張拉應(yīng)用提供工程實(shí)踐依據(jù)。

3.2.1.2 試驗(yàn)對(duì)象

該項(xiàng)研究的試驗(yàn)對(duì)象為3塊（1#、2#及3#）裝有新型錨具的預(yù)制板梁。其混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C50，板梁高0.2 m，寬1.82 m，長(zhǎng)5.0 m，梁端鋼錨墊板厚度分別為1#預(yù)制板梁：30 mm、25 mm；2#預(yù)制板梁：25 mm、20 mm；3#預(yù)制板梁：20 mm、16 mm。預(yù)制板梁斷面如圖9所示，1#~3#預(yù)制板梁現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景如圖10所示。

圖9 預(yù)制板梁斷面圖（單位：mm）

圖10 1#-3#預(yù)制板梁現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景

3.2.1.3 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，通過(guò)在預(yù)制板梁鋼錨墊板外側(cè)布置測(cè)點(diǎn)，以測(cè)試張拉過(guò)程中鋼錨墊板縱向變形情況，具體測(cè)點(diǎn)布置如圖11所示。

圖11 預(yù)制板梁變形測(cè)點(diǎn)斷面及平面布置圖（單位：mm）

3.2.1.4 試驗(yàn)張拉方案

張拉試驗(yàn)按照預(yù)制板梁編號(hào)1#~3#依次進(jìn)行，每塊預(yù)制板梁中鋼束張拉順序分別為2#鋼束、3#鋼束、4#鋼束及1#鋼束。正式張拉試驗(yàn)前，首先檢查儀器布置及連接是否穩(wěn)定有效，再?lài)?yán)格按照張拉試驗(yàn)加載程序進(jìn)行張拉操作，具體張拉程序如表1所列。

表1 預(yù)制板梁張拉控制程序表

預(yù)制板梁張拉過(guò)程中，由專(zhuān)人統(tǒng)一指揮張拉的實(shí)施，及時(shí)掌握各方面情況，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理分析，安全有序?qū)嵤┘虞d計(jì)劃。

3.2.1.5 檢測(cè)方法及設(shè)備

對(duì)不同預(yù)制板梁進(jìn)行張拉后，采用量測(cè)法檢測(cè)梁端鋼錨墊板的位移大小，利用目測(cè)法觀(guān)察預(yù)制混凝土外觀(guān)缺損情況（混凝土有無(wú)開(kāi)裂、破損、破碎等）。在該項(xiàng)試驗(yàn)過(guò)程中，采用的檢測(cè)設(shè)備如表2所列。

表2 試驗(yàn)檢測(cè)方法及設(shè)備表

3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

3.2.2.1 鋼錨墊板縱向位移變化

該項(xiàng)預(yù)制板梁張拉試驗(yàn)嚴(yán)格執(zhí)行完成，各預(yù)制板梁張拉過(guò)程中縱向位移測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3~表5所列。其變化量中“+”表示鋼錨墊板向預(yù)制板梁外側(cè)變形，“-”表示鋼錨墊板向預(yù)制板梁內(nèi)側(cè)變形，累積變化量為每束鋼束張拉后縱向位移變化值之和。預(yù)制板梁不同測(cè)點(diǎn)縱向位移累計(jì)變化趨勢(shì)如圖12~圖14所示，其中30-1-1#表示30 mm鋼錨墊板的1-1#測(cè)點(diǎn)位置，其余以此類(lèi)推。

圖14 3#預(yù)制板梁不同測(cè)點(diǎn)縱向位移累計(jì)變化趨勢(shì)圖（單位：mm）

由表3~表5可知，1#~3#預(yù)制板梁張拉結(jié)束后，其兩端新型錨具中鋼錨墊板的平均縱向位移變化分別為-0.17 mm/-0.44 mm、-0.36 mm/-0.23 mm、-0.34 mm/-0.14 mm。由此可知，鋼錨墊板整體縱向位移變化量較小，表明新型圓形錨具在張拉過(guò)程中，外部施加的預(yù)應(yīng)力能夠通過(guò)鋼錨墊板縱向均勻地傳遞至混凝土結(jié)構(gòu)中，同時(shí)表明該4種不同厚度的鋼錨墊板都具有較為良好的受壓性能。由圖12~圖15可知，在鋼束張拉過(guò)程中，30 mm和16 mm鋼錨墊板整體縱向位移變化趨勢(shì)相對(duì)較小，25 mm鋼錨墊板整體縱向位移變化趨勢(shì)相對(duì)較大。其中，20 mm鋼錨墊板縱向位移變化趨勢(shì)較為穩(wěn)定。綜合考慮鋼錨墊板使用性能和經(jīng)濟(jì)性，該項(xiàng)研究最終選擇20 mm鋼錨墊板作為小箱梁頂板負(fù)彎矩區(qū)的錨墊板。

表3 1#預(yù)制板梁張拉試驗(yàn)結(jié)果一覽表 單位：mm

表4 2#預(yù)制板梁張拉試驗(yàn)結(jié)果一覽表 單位：mm

表5 3#預(yù)制板梁張拉試驗(yàn)結(jié)果一覽表 單位：mm

圖12 1#預(yù)制板梁不同測(cè)點(diǎn)縱向位移累計(jì)變化趨勢(shì)圖（單位：mm）

圖13 2#預(yù)制板梁不同測(cè)點(diǎn)縱向位移累計(jì)變化趨勢(shì)圖（單位：mm）

3.2.2.2 混凝土外觀(guān)情況變化

在每束鋼束張拉后對(duì)預(yù)制板梁外觀(guān)變形進(jìn)行檢查，其外觀(guān)情況如圖15所示。由圖10與圖15對(duì)比可知，鋼束張拉前后預(yù)制板梁未發(fā)現(xiàn)明顯開(kāi)裂、破損等變化。這進(jìn)一步表明新型錨具的使用能提高預(yù)應(yīng)力混凝土整體的力學(xué)性能，能夠提高預(yù)制構(gòu)件的耐久性。

圖15 張拉后預(yù)制板梁表面（a、b）與端面（c、d）外觀(guān)圖

綜上，該項(xiàng)研究所設(shè)計(jì)的新型錨具在張拉過(guò)程中具有良好的強(qiáng)度且能均勻傳遞鋼束中的預(yù)應(yīng)力至混凝土中。因此該新型錨具在實(shí)際工程實(shí)踐中具有一定的適用性。

4 應(yīng)用效果

該項(xiàng)研究提出小槽口改為整體槽口工藝，即將小箱梁負(fù)彎矩區(qū)的7個(gè)張拉槽口優(yōu)化合并為2個(gè)。這不僅簡(jiǎn)化了預(yù)制梁場(chǎng)中的模板安裝及鋼筋穿束施工過(guò)程，同時(shí)也大大降低現(xiàn)場(chǎng)小箱梁負(fù)彎矩區(qū)施工難度，大幅提高施工效率與質(zhì)量。

此外，該項(xiàng)研究提出將負(fù)彎矩區(qū)的扁錨錨具改為圓錨錨具工藝，并設(shè)計(jì)出一種新型錨具。該錨具在使用過(guò)程中配合具有圓形孔道的橡膠抽拔棒能夠有效防止混凝土澆筑對(duì)預(yù)應(yīng)力管道損壞，充分保證后續(xù)孔道灌漿的密實(shí)性。此外，新型圓錨錨具克服了扁錨摩阻損失大的缺點(diǎn)，能夠控制鋼束的伸長(zhǎng)量，降低后續(xù)鋼束的穿束與張拉難度，從而減小施工過(guò)程中預(yù)應(yīng)力損失[2]。

5 結(jié) 語(yǔ)

小箱梁負(fù)彎矩區(qū)施工是實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)體系由簡(jiǎn)支狀態(tài)向連續(xù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的重要工序，其施工質(zhì)量與效率直接影響整體工程建設(shè)進(jìn)展及橋梁后期運(yùn)營(yíng)使用的安全性與舒適性。為提升小箱梁負(fù)彎矩區(qū)的施工作業(yè)效率，該項(xiàng)研究還提出將負(fù)彎矩區(qū)小槽口改為整體槽口的創(chuàng)新工藝，很大程度上簡(jiǎn)化了小箱梁頂板澆筑工藝并降低后續(xù)負(fù)彎矩區(qū)張拉施工作業(yè)強(qiáng)度（見(jiàn)圖16）。此外，為進(jìn)一步保證小箱梁負(fù)彎矩區(qū)施工質(zhì)量與效率，該項(xiàng)研究設(shè)計(jì)出一種新型圓錨錨具。通過(guò)全面試驗(yàn)檢驗(yàn)，充分論證了該新型圓錨錨具在提升鋼束穿束效率與負(fù)彎矩鋼束張拉應(yīng)用方面具有較好的可行性。上述創(chuàng)新工藝已全面應(yīng)用于上海S7公路（月羅公路-寶錢(qián)公路）新建工程中，充分提升了該工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

圖16 小槽口改為整體槽口工藝實(shí)際應(yīng)用（a、b）及圓錨錨具實(shí)際應(yīng)用（c、d）