連續(xù)拱型剛構(gòu)橋施工方案研究

黃 輝 涂滿明

（中鐵大橋局股份有限公司設(shè)計分公司 武漢 430050）

某火車站站房高架橋由十聯(lián)預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)平行布置組成，每聯(lián)剛構(gòu)的布置形式為34m＋48 m＋34m，橋面寬15．5m，各聯(lián)間的凈距6m。主梁為單箱5室的魚腹式截面，梁底縱向呈拱形，墩頂梁高為10．09m，跨中梁高為4．98m，梁高按橢圓曲線變化。每聯(lián)剛構(gòu)總重量約7 500kN，混凝土2 900m3（采用C50高性能混凝土）。

1 澆筑方案比較

1．1 一次澆筑方案

自承臺頂面以上全聯(lián)一次澆筑墩身及梁部混凝土。此方案的優(yōu)點是減少了主梁澆筑的施工接縫，保證主梁結(jié)構(gòu)的完整性和外形的美觀性。然而在橋群施工難度大、施工環(huán)境復(fù)雜的條件下，要求一次澆筑完成2 900m3混凝土，很大程度增加了混凝土供應(yīng)及澆筑的風(fēng)險。同時一次澆筑需配置較多的機械設(shè)備，但是狹窄的場地根本無法滿足要求，這樣不僅會降低工效，而且延長了混凝土的澆筑時間。在相同模板配置數(shù)量情況下，不能有效地組織流水作業(yè)，單橋工期將大大延長，橋群工期將受單橋工期的嚴(yán)重影響。

1．2 分段澆筑方案

將剛構(gòu)分為5個節(jié)段，其分段澆筑劃分見圖1。先澆筑墩身以及墩頂上長度為16m的2個節(jié)段，后澆筑中跨的32m以及兩邊跨的26m3個節(jié)段。由于后澆筑的3個節(jié)段均是空腔結(jié)構(gòu)，其中跨中的32m節(jié)段混凝土方量最多約600m3。這樣很大程度上減少了混凝土的供應(yīng)量，同時也減少了澆筑的時間，也無需在混凝土澆筑過程中投入太多的機械設(shè)備，在相同模板配置數(shù)量情況下，能有效地組織流水作業(yè)，橋群工期將大大縮短。

圖1 分段澆筑施工圖

但是根據(jù)施工計劃，在墩身以及墩頂上16m的梁段澆筑完成后40d才會澆筑剩余節(jié)段混凝土，在這40d里已經(jīng)澆筑的混凝土達(dá)到了C50的混凝土強度，并且結(jié)構(gòu)的收縮已基本完成，而后期澆筑的混凝土收縮才剛剛開始。因此剛構(gòu)主梁分段澆筑方案最主要的問題是如何保證后澆段混凝土與先澆段混凝土能很好地結(jié)合，確保不同時段澆筑的梁體不產(chǎn)生質(zhì)量問題。因此在施工過程中需要采取一些措施，嚴(yán)格施工工藝，采用分段澆筑的施工方案來確保質(zhì)量，同時保證施工的進(jìn)度。

2 各澆筑方案混凝土收縮分析計算

2．1 混凝土收縮計算方法

通過對前期混凝土試塊的測量數(shù)據(jù)分析得到，3，7，28，43及47d的混凝土強度和彈模以及應(yīng)變量，同時根據(jù)文獻(xiàn)［1］中關(guān)于抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值的換算后得到設(shè)計強度所對應(yīng)的混凝土標(biāo)號［2－4］，混凝土材料的數(shù)據(jù)見表1。

表1 混凝土材料數(shù)據(jù)

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，采用將混凝土的應(yīng)變值等效為溫度荷載的方法，計算因混凝土分段澆筑的齡期不同而引起的收縮效應(yīng)。計算中取混凝土溫度線膨脹系數(shù)α＝1×10－5。

（1）墩頂先澆筑節(jié)段，齡期43d，后澆筑節(jié)段，齡期3d，計算收縮對應(yīng)溫度效應(yīng)。

墩頂先澆筑節(jié)段前40d為自由收縮，對結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生內(nèi)力；而后澆筑節(jié)段澆筑完成后由于混凝土臨期不同，各節(jié)段收縮效應(yīng)也不同，因此在施工接縫處產(chǎn)生拉應(yīng)力。第43d與第40d的差值為：Δεcs＝εcs（43）－εcs（40）＝13．4×10－5－13．3×10－5＝0．1×10－5，得到墩頂先澆筑節(jié)段由于混凝土收縮變化效應(yīng)等效的溫度降低量為

后澆筑節(jié)段混凝土齡期3d收縮應(yīng)變?yōu)棣牛?）＝5．7×10－5，得到后澆筑節(jié)段由于混凝土收縮變化效應(yīng)等效的溫度降低量為：

（2）墩頂先澆筑節(jié)段，齡期47d，后澆筑節(jié)段，齡期7d，計算收縮對應(yīng)溫度效應(yīng)。

墩頂先澆筑節(jié)段第47d與第40d的差值為：Δεcs＝εcs（47）－εcs（40）＝13．4×10－5－13．3×10－5＝0．1×10－5，得到墩頂先澆筑節(jié)段由于混凝土收縮變化效應(yīng)等效的溫度降低量為

后澆筑節(jié)段混凝土齡期7d收縮應(yīng)變?yōu)棣牛?）＝10．2×10－5，得到后澆筑節(jié)段由于混凝土收縮變化效應(yīng)等效的溫度降低量為

2．2 有限元分析

根據(jù)3．1的相關(guān)計算原理，同時考慮剛構(gòu)施工期間整體降溫5℃，分析分段澆筑和一次澆筑剛構(gòu)的應(yīng)力分布情況。根據(jù)最不利的荷載組合，對分段澆筑考慮1～4工況，對一次整體澆筑考慮5～8工況，對各工況的描述如下：

工況1。全梁分2次澆筑，先澆筑節(jié)段澆筑完成43d，后澆段澆筑完成3d。計算混凝土收縮作用。

工況2。全梁分2次澆筑，先澆筑節(jié)段澆筑完成43d，后澆段澆筑完成3d。計算混凝土收縮＋混凝土降溫5℃作用。

工況3。全梁分2次澆筑，先澆筑節(jié)段澆筑完成47d，后澆段澆筑完成7d。計算混凝土收縮作用。

工況4。全梁分2次澆筑，先澆筑節(jié)段澆筑完成47d，后澆段澆筑完成7d。計算混凝土收縮＋混凝土降溫5℃作用 。

工況5。全梁一次澆筑，混凝土澆筑完3d，計算混凝土收縮作用。

工況6。全梁一次澆筑，混凝土澆筑完3d，計算混凝土收縮＋混凝土降溫5℃作用。

工況7。全梁一次澆筑，混凝土澆筑完7d，計算混凝土收縮作用。

工況8。全梁一次澆筑，混凝土澆筑完7d，計算混凝土收縮＋混凝土降溫5℃作用。

計算模型中按照不同的施工齡期考慮了不同的混凝土彈模，相關(guān)參數(shù)見表2。

表2 各工況計算參數(shù)

箱梁的有限元計算模型如圖2所示，主體結(jié)構(gòu)采用實體單元模擬，施工支架用單向受壓桿單元模擬，桿單元的模擬剛度以控制設(shè)計要求的結(jié)構(gòu)最大沉降5～10mm為原則。

圖2 有限元計算模型

2．3 計算結(jié)果及分析

通過對3．2描述的8個工況進(jìn)行計算，各個工況拉應(yīng)力結(jié)果匯總后各工況見表3，拉應(yīng)力云圖見圖3。

表3 拉應(yīng)力計算結(jié)果

圖3 各個工況拉應(yīng)力云圖（單位：Pa）

由圖3可見，分段澆筑和一次整體澆筑的應(yīng)力分布均極為相似。混凝土收縮效應(yīng)計算得到的應(yīng)力值整體上比降溫5℃＋收縮效應(yīng)計算的結(jié)果小，但相差很小，這表明混凝土收縮對后澆段的影響很大，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┍M量減小混凝土的收縮。主梁在分段澆筑的情況下最大主拉應(yīng)力3．0 MPa，發(fā)生在工況4，位置在中跨側(cè)接縫處。該應(yīng)力峰值大于C45混凝土強度的設(shè)計值2．03MPa。在一次澆筑的情況下最大主拉應(yīng)力3．07MPa，發(fā)生在工況8，位置在中跨側(cè)墩頂根部。該應(yīng)力峰值大于C45混凝土強度的設(shè)計值2．03MPa。

表3和圖3的結(jié)果表明：分段澆筑3d混凝土強度滿足張拉要求，而拉應(yīng)力小于容許拉應(yīng)力，因此建議混凝土澆筑3d后張拉部分預(yù)應(yīng)力，以減小后期由于混凝土收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，防止接縫處混凝土開裂。

3 分段澆筑措施

（1）中間段32m箱梁完全支承在移動模架支腿上，支腿直接支撐在已經(jīng)處理的地基之上。后澆段的兩端部分模板和支點與已澆段模板連成整體，以保證新舊混凝土斷面的完整過渡。

（2）施工過程中已澆節(jié)段箱梁與中間后澆節(jié)段箱梁因支承條件不同，壓縮沉降不一，可通過預(yù)抬量的設(shè)置來消除［5］。

（3）控制澆筑時間，盡量選擇在夜間澆筑中間段。

（4）在箱梁5室頂板，預(yù)留足夠的通風(fēng)孔，設(shè)法降低箱梁內(nèi)外溫差，減小溫度應(yīng)力。

（5）由于梁體混凝土方量大、鋼筋密、埋件多，會延長混凝土的澆筑時間，可通過分塊澆筑的方法來保證模架主梁撓度較大的部位先澆筑。澆筑過程中，保證先澆段和后澆段的接縫處的混凝土最后完成，使接縫處混凝土兩端不致產(chǎn)生相對沉降，從而避免了因相對沉降導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的可能［6－7］。

（6）加強養(yǎng)護(hù)，使用養(yǎng)護(hù)液外加薄膜和棚布覆蓋，創(chuàng)造微膨脹混凝土所需的養(yǎng)生條件。

4 結(jié)語

工程施工方案必須根據(jù)現(xiàn)場的實際情況并充分考慮各方面的因素合理選擇。本文通過對一聯(lián)34m＋48m＋34m拱形連續(xù)剛構(gòu)的2種澆筑方案進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明，在各種計算工況下分段澆筑和一次性澆筑由于混凝土收縮引起的梁體應(yīng)力分布非常相似，由此可以說明2種施工方案不影響梁體在成橋后運營狀態(tài)應(yīng)力分布。分段澆筑可以充分利用現(xiàn)場的施工作業(yè)面，便于現(xiàn)場施工組織，從而加快了施工的進(jìn)度。

［1］ TB 10002．3－2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］．北京：中國鐵道出版社，2005．

［2］ 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［S］．北京：人民交通出版社，2004．

［3］ CEB－FIP Modlec Code（Design Code）［S］．Switerland：Thomas Telford Service Ltd，1998．

［4］ 東南大學(xué)，天津大學(xué)，同濟(jì)大學(xué)．混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003．

［5］ TB10415－2003鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京：中國鐵道出版社，2008．

［6］ 洪 帆，周征征．混凝土收縮徐變在連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程中的影響分析［J］．交通科技，2009（S1）：1－3．

［7］ 杜思遠(yuǎn)．淺談混凝土裂縫的成因和控制措施［J］．交通科技，2011（S1）：125－127．