青島益佳碼頭大橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁懸臂施工

許志強(qiáng) 賀艷麗 李 劍

(1.中交鐵道勘察設(shè)計院有限公司，北京 100088; 2.中科院建筑設(shè)計研究院有限公司，北京 100190)

1 工程概況

青島益佳碼頭大橋為青島益佳碼頭重點工程。大橋東邊連接黃島燃料油碼頭平臺，西邊連接黃島燃料油儲藏庫，為青島益佳碼頭上重要的管線橋。青島益佳碼頭大橋設(shè)計為9.45 m寬，橋跨布置為(56+5×85+56)m懸臂施工預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁。橋面高程海側(cè)為11.5 m，內(nèi)陸為9.5 m，橋梁高程均勻變化，橋面縱坡0.372%，橫坡為雙向1.5%。

2 采用的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)

1)大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計研究院提供的初步設(shè)計文件及報告;2)青島市工程咨詢院提供的《初步設(shè)計評估報告》;3)南京水利科學(xué)研究院提供的《引橋結(jié)構(gòu)波浪物理模型試驗報告》;4)JTG B01-2003公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);5)JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范;6)JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范;7)JTJ 004-89公路工程抗震設(shè)計規(guī)范;8)JTJ 041-2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范;9)JTJ 267-98港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范。

3 主要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 荷載標(biāo)準(zhǔn)

1)工藝管線荷載。工藝管線滑動管墩分為PS和S型，縱向間距為10 m。固定墩設(shè)置于引橋墩頂橋面上，編號AS1～AS6和GS1～GS6。荷載指標(biāo)見表1。

表1 工藝管線荷載

2)活載。人行荷載3.0 kN/m2，汽車荷載按照公路Ⅱ級進(jìn)行計算。

3)波浪力。依據(jù)《引橋結(jié)構(gòu)波浪物理模型試驗報告》成果進(jìn)行計算。

3.2 地震基本烈度

地震動峰值加速度為0.15g;地震動反應(yīng)譜特征周期為0.40 s;抗震設(shè)防烈度為7度。

3.3 設(shè)計水位

設(shè)計高水位4.32 m，設(shè)計低水位0.47 m;極端高水位5.52 m，極端低水位－0.83 m。

3.4 波浪

極端高水位時 H1%=3.83 m，平均周期 T=10.9 s。

4 結(jié)構(gòu)形式

4.1 橋梁橫向布置

青島益佳碼頭大橋為單幅橋面。橋面橫向布置為0.2 m(欄桿)+0.2 m+1.43 m(S，GS 管線墩)+3.5 m(單車道)+3.52 m(PS，AS 管道墩)+0.4 m+0.2 m(欄桿)，合計寬度 9.45 m。

4.2 主橋

青島益佳碼頭大橋為(56+5×85+56)m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，橋梁全長537 m，全橋總布置見圖1。橋梁截面采用預(yù)應(yīng)力混凝土變高度，變截面單箱單室箱形梁，箱梁截面見圖2，圖3。

圖1 全橋總布置圖

圖2 跨中橫斷面

圖3 支點橫斷面

4.3 梁部設(shè)計

上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室直腹板箱形截面，中支點梁高5.0 m，端部梁高2.5 m，梁底線形按二次拋物線變化。邊跨滿堂現(xiàn)澆段長12.5 m，每跨合龍段長2.0 m，梁高均為2.5 m。墩上支點長2.0 m，梁高為5.0 m。全橋分11個梁段進(jìn)行澆筑，0號塊長度為9.0 m，1號～6號每個梁段的長度為3.5 m，7號～10號每個梁段的長度為4.0 m。箱梁頂板寬9.45 m，底板寬5.05 m，兩側(cè)懸臂板長2.2 m，懸臂板端部厚0.2 m，根部厚0.53 m。箱梁頂板厚度為0.28 m，底板厚度為 0.28 m ～ 0.80 m，中墩處局部加厚到1.4 m。中支點處設(shè)置橫隔板，板厚為 2.0 m，設(shè)置 1.2 m ×1.0 m人孔;邊支點處端橫梁厚度為1.2 m;合龍段中間設(shè)置厚0.3 m橫隔板，設(shè)置1.0 m ×1.0 m 人孔。

4.4 預(yù)應(yīng)力體系

梁體采用縱向預(yù)應(yīng)力體系，其中腹板縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用15-φs15.2 和 12-φs15.2，頂板縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用 6-φs15.2，底板縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用 13-φs15.2，錨具分別為 OVM15-15，OVM15-13，OVM15-6，OVM15-12錨具，錨下張拉控制應(yīng)力為1 339.2 MPa。預(yù)應(yīng)力采用頂、底板及腹板布束方式且盡量靠近腹板布置。

4.5 臨時固結(jié)設(shè)計

臨時支撐體系由支撐工字梁與15-2預(yù)應(yīng)力體系共同組成，是箱梁懸臂施工中的主要受力構(gòu)件，當(dāng)主梁兩懸臂偶爾出現(xiàn)不對稱荷載作用時，臨時支撐體系是保證本橋施工安全及懸臂傾覆穩(wěn)定并參與結(jié)構(gòu)受力，支撐工字梁的尺寸、規(guī)格可由施工單位自行選擇，但必須保證支撐體系的強(qiáng)度、剛度和可拆卸性。臨時固結(jié)見圖4，預(yù)應(yīng)力鋼束一端埋置在橋墩內(nèi)(預(yù)埋錨具、波紋管、螺旋筋)，另一端在箱梁底板內(nèi)張拉錨固。預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)在橋墩兩側(cè)對稱，同步張拉。臨時支撐拆除亦應(yīng)對稱均衡，無損結(jié)構(gòu)及外觀。

圖4 臨時固結(jié)立面圖

5 結(jié)構(gòu)分析

橋梁結(jié)構(gòu)分析采用橋梁博士結(jié)構(gòu)分析軟件，全橋共離散為318個單元，319個節(jié)點，全橋劃分了45個施工階段，按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計算，施工步驟如下:

1)施工基礎(chǔ)及橋墩，包括臨時固結(jié)及支座墊石預(yù)埋構(gòu)件。在橋墩上安裝耐久性鋼支座和臨時支座。在12號～17號墩兩側(cè)搭設(shè)支架，并進(jìn)行支架預(yù)壓以消除非彈性變形;立模澆筑0號塊件;待混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%后，張拉臨時固結(jié)鋼絞線和精軋螺紋鋼，張拉W0a，W0b鋼束。2)張拉臨時固結(jié)錨固鋼筋;在0號塊件上拼裝掛籃，墩身兩側(cè)對稱懸澆1號塊件;待1號梁段混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%后，張拉W1a，W1b鋼束。3)掛籃前移就位，對稱懸澆2號塊件;待2號梁段混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%后，張拉W2a，W2b鋼束;依次循環(huán)，對稱懸澆3號～9號塊件，張拉W3～W9;同時搭設(shè)邊跨現(xiàn)澆段支架，并進(jìn)行支架預(yù)壓以消除非彈性變形。4)掛籃前移就位，對稱懸澆10號塊件;待10號梁段混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%后，張拉W10a，W10b鋼束;待支架沉降穩(wěn)定后現(xiàn)澆邊跨段。5)拆除全部掛籃，安裝邊跨合龍段勁性骨架和掛籃;支架上現(xiàn)澆邊跨合龍段;混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%后張拉邊跨預(yù)應(yīng)力鋼束T1，T2，B1～B6;拆除現(xiàn)澆段支架和邊跨掛籃。6)安裝中跨合龍段1的掛籃，并在掛籃內(nèi)安裝勁性骨架;澆筑中跨合龍段1混凝土;混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%后，解除12號，17號橋墩的臨時固結(jié)措施;張拉12號～13號，16號～17號梁段跨中鋼束CT，CB1～CB5。7)安裝中跨合龍段2的掛籃，并在掛籃內(nèi)安裝勁性骨架;澆筑中跨合龍段2混凝土;混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%后，解除13號，16號橋墩的臨時固結(jié)措施;張拉13號～14號，15號～16號梁段跨中鋼束CT，CB1～CB5。8)安裝中跨合龍段3的掛籃，并在掛籃內(nèi)安裝勁性骨架;澆筑中跨合龍段3混凝土;混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%后，解除14號，15號橋墩的臨時固結(jié)措施;張拉14號～15號梁段跨中鋼束CT，CB1～CB5。9)拆除中跨合龍段掛籃;現(xiàn)澆箱梁封錨混凝土;施工橋面防水層及橋面鋪裝;安裝兩側(cè)伸縮縫，最后成橋。

施工階段主梁應(yīng)力變化見圖5～圖10。

圖5 懸臂施工時主梁應(yīng)力圖

圖6 邊跨合龍主梁應(yīng)力圖

圖7 2，6跨合龍時主梁應(yīng)力圖

圖8 3，5跨合龍時主梁應(yīng)力圖

圖9 全橋合龍主梁應(yīng)力圖

圖10 二期荷載主梁應(yīng)力圖

運(yùn)營階段應(yīng)力見圖11，圖12。

圖11 長期效應(yīng)下主梁應(yīng)力圖

圖12 短期效應(yīng)下主梁應(yīng)力圖

通過結(jié)構(gòu)分析滿足預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件需要。

6 設(shè)計結(jié)論

對于港口碼頭連續(xù)梁橋的設(shè)計，懸臂施工方法具有以下優(yōu)點:1)效率高、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng);懸臂澆筑可以減少施工機(jī)具設(shè)備，避免大量支架，吊裝等程序，一次成型，簡化了橋梁施工程序。由于施工的主要作業(yè)都是在掛籃中進(jìn)行，實現(xiàn)機(jī)械化和循環(huán)重復(fù)作業(yè)，容易實現(xiàn)連接及中跨合龍，有利于高效率工作和保證施工質(zhì)量;2)線形好，節(jié)段澆筑采用長線法，長線法是在按梁底曲線制作的底模上分段澆筑混凝土的方法，能保證梁底線形;3)誤差小，懸臂澆筑機(jī)械化程度高，便于在施工中不斷調(diào)整節(jié)段誤差，提高施工精度。但懸臂施工橋梁由于施工階段與使用階段內(nèi)力變化較大，混凝土的收縮徐變會產(chǎn)生較大撓度，故在設(shè)計時要對結(jié)構(gòu)的收縮徐變有充分的認(rèn)識，施工時嚴(yán)格控制橋梁合龍時溫度，混凝土澆筑的齡期，讓收縮徐變產(chǎn)生的撓度在可控范圍之內(nèi)。

[1] JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 張繼堯，王昌將.懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁[M].北京:人民交通出版社，2004.

[3] 李傳習(xí)，夏桂云.大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的計算理論[M].北京:人民交通出版社，2001.

[4] 段明德.預(yù)應(yīng)力混凝土橋施工仿真分析徐變計算[J].鐵道學(xué)報，1998(5):91-97.