城區(qū)橋梁上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工

彭永利

（湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院 武漢 430051）

鄂東長江公路大橋位于湖北黃石水道上游，橋位北岸為浠水縣散花洲李渡村，南岸為黃石市，橋梁和路線全長為15.15 k m。鄂東長江公路大橋是滬渝高速公路湖北省東段（武黃高速公路和黃黃高速公路）和國家高速公路網(wǎng)大慶至廣州公路湖北段的共用過江通道，為國家重點工程。

大橋全長5.765 k m，南引橋除跨兩處城區(qū)道路采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁外，余均采用30 m裝配式小箱梁，南引橋長3.502 k m（38～152號墩），占全橋長度的60.7%。本引橋穿越了黃石港區(qū)、黃石團(tuán)城山開發(fā)區(qū)和鄂州花湖經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)。橋梁橫幅寬度33 m，為雙幅分離的平行橋梁。橋跨布置為：90孔×30 m裝配式小箱梁＋27.2 m＋54 m＋27.2 m現(xiàn)澆連續(xù)箱梁＋12孔×30 m裝配式小箱梁＋33 m＋54 m＋33 m現(xiàn)澆連續(xù)箱梁＋7孔×3 0 m裝配式小箱梁。3 0 m裝配式小箱梁跨度長且跨越城區(qū)，是控制性工程之一。

1 結(jié)構(gòu)比選

橋型方案選擇時需要綜合考慮設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)、管理等成本效益，分析其安全、環(huán)保、運營等社會效益，本著安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀和有利環(huán)保的原則，盡可能做到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、施工機(jī)械化，便于統(tǒng)一集中預(yù)制安裝，就地取材、方便運輸、縮短工期、節(jié)省工程造價。在橋梁經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相差不大的情況下，重點考慮橋梁的美觀，盡量與自然環(huán)境和景觀相協(xié)調(diào)，選用綜合效益最佳的橋型方案。高速公路上被廣泛使用的橋梁類型為小箱梁、T梁、空心板和現(xiàn)澆箱梁，現(xiàn)澆箱梁工藝要求較多、造價高，僅在預(yù)制結(jié)構(gòu)難以實施的情況下使用，綜合目前高速公路的使用情況，引橋上部結(jié)構(gòu)方案比選見表1。

表1 上部結(jié)構(gòu)方案比較表

裝配式小箱梁外形美觀、結(jié)構(gòu)輕巧且具有工廠化和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)等優(yōu)點，是跨越城區(qū)高速公路橋梁具有較強(qiáng)競爭力的優(yōu)選結(jié)構(gòu)形式，南引橋上部結(jié)構(gòu)綜合各方面因素比較后，推薦采用30 m裝配式小箱梁。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算分析

2.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

30 m裝配式小箱梁采用多箱單獨預(yù)制，簡支安裝，現(xiàn)澆連續(xù)接頭的先簡支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系。主梁沿縱向外輪廓尺寸保持不變，每幅橋由5榀箱梁組成，30 m裝配式小箱梁橫幅布置圖見圖1。每榀梁中心高1.8 m，通過頂板傾斜形成橋面橫坡，梁底寬1 m，中梁頂寬2.4 m，邊梁頂寬2.95 m，跨中部分頂板、腹板及底板厚度均為18 c m，梁端頂板厚度18 c m，腹板厚度28 c m，底板厚度25 c m，梁與梁間濕接縫寬75 c m，連續(xù)墩頂箱梁通過現(xiàn)澆30 c m厚中橫梁形成結(jié)構(gòu)連續(xù)［1］。

圖1 30 m裝配式小箱梁橫幅布置圖（單位：c m）

預(yù)應(yīng)力鋼束采用直徑為Φs15.20 mm的高強(qiáng)、低松弛鋼絞線，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合GB／T5225－2003的要求，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860 MPa，計算彈性模量為195 GPa，預(yù)應(yīng)力束表見表2。

表2 預(yù)應(yīng)力束表

2.2 結(jié)構(gòu)計算

選取南引橋一聯(lián)5×30 m（一聯(lián)4×30 m、3×30 m的受力情況類似）裝配式小箱梁。結(jié)構(gòu)體系為先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)。

2.2.1 計算模型和方法

采用橋梁博士，按直線橋計算，結(jié)構(gòu)離散圖見圖2。全橋共劃分為103個單元，104個節(jié)點，其中橋面系單元103個，永久支撐6個，在第4個支點設(shè)置豎向和水平約束，其余均設(shè)豎向約束?？缰泻奢d橫向分配系數(shù)按剛接梁法計算，支點荷載橫向分布系數(shù)按杠桿法計算。

圖2 結(jié)構(gòu)離散圖

2.2.2 計算分析

采用平面桿系結(jié)構(gòu)有限元思想，從預(yù)制到結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換及成橋各階段進(jìn)行模擬分析。數(shù)值模擬時考慮：橋梁所處的環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全等級、主梁跨經(jīng)及截面形狀、主梁混凝土配合比、預(yù)應(yīng)力束位置、預(yù)應(yīng)力大小、汽車荷載等級、汽車沖擊力、有效溫度、溫度梯度效應(yīng)、混凝土收縮及徐變、施工順系、拆除臨時支座及支座沉降等因數(shù)。主要荷載組合，組合I：結(jié)構(gòu)重力＋預(yù)加力＋收縮徐變＋汽車荷載；組合II：結(jié)構(gòu)重力＋預(yù)加力＋收縮徐變＋汽車荷載＋有效正溫差＋梯度正溫差＋支座沉降；組合III：結(jié)構(gòu)重力＋預(yù)加力＋收縮徐變＋汽車荷載＋有效負(fù)溫差＋梯度負(fù)溫差＋支座沉降。總體靜力計算按施工階段和使用階段分別進(jìn)行驗算，主要內(nèi)容包括承載能力極限狀態(tài)驗算、抗裂驗算、應(yīng)力驗算等。其中最重要的是體系轉(zhuǎn)換的分析，它是先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)體系設(shè)計的關(guān)鍵，將直接影響到橋梁的線形及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。計算結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)在各種工況下的驗算結(jié)果均滿足規(guī)范要求［2］。

3 施工工藝流程與關(guān)鍵技術(shù)

3.1 主要施工工藝流程

主要施工工藝流程見圖3。

圖3 主要施工工藝流程圖

3.2 小箱梁預(yù)制［3］

（1）預(yù)制前準(zhǔn)備工作。先施工臺座兩端擴(kuò)大基礎(chǔ)，然后施工臺座及龍門吊軌道基礎(chǔ)，最后進(jìn)行場地硬化。臺座高25 c m，整個臺座按二次拋物線設(shè)置預(yù)拱度，跨中預(yù)拱度為2 c m。臺座兩邊布置5×5 c m角鐵，以便粘貼止?jié){帶。在距離兩端臺座1 m處預(yù)留30 c m寬的空隙，作為穿起吊鋼絲繩的預(yù)留孔道，澆注混凝土?xí)r，安裝一塊活動底模。本橋預(yù)制場設(shè)置在105～110號墩之間。

（2）鋼筋綁扎、波紋管及模板安裝。底板、腹板鋼筋綁扎前，在現(xiàn)場臺座上涂一層地板蠟，在角鐵上粘貼止?jié){帶，并在臺座側(cè)面用油漆標(biāo)出鋼筋位置。綁扎鋼筋時，安裝好2 c m厚的塑料墊塊。為防止腹板鋼筋傾覆，采取將腹板鋼筋與底板鋼筋電焊連接。底板、腹板模板安裝由龍門吊配合人工進(jìn)行，2節(jié)模板之間用螺栓連接緊密，外模底部穿直徑22 mm拉桿（孔道預(yù)埋在臺座內(nèi)），頂部穿直徑28 mm拉桿。內(nèi)模2 m 1節(jié)，用螺栓牢固連接內(nèi)模。按設(shè)計圖紙位置安裝好波紋管，波紋管接頭處用粘膠帶纏裹嚴(yán)密，防止漏漿。內(nèi)模及外模安裝后，綁扎頂板鋼筋，并安裝好扁波紋管。

（3）混凝土澆注及振搗?；炷劣闪隙愤\至現(xiàn)場，龍門吊吊起料斗入模。混凝土澆注方式從一端向另一端整體階梯形推進(jìn)。即先澆注一段底板，然后澆注腹板、頂板，如此反復(fù)直至澆注完畢。澆注腹板時注意兩邊腹板對稱、分層下料，分層厚度不超過30 c m。采用I16作為壓梁，壓住內(nèi)模頂部，外邊用花籃螺絲固定在外模上。待混凝土澆注至頂板時，拆除壓梁。底板振搗由工人進(jìn)入內(nèi)模中，采用直徑5 c m插入式振搗棒振搗，特別是底板與腹板連接處要仔細(xì)振搗密實。腹板振搗采用附著式振搗器和插入式振搗器聯(lián)合振搗工藝。附著式振搗器不能空振，必須在有混凝土的部位才能開動附著式振搗器。頂板混凝土振搗采用插入式振搗器振搗。振搗時，振搗棒不能碰撞波紋管、錨墊板及預(yù)埋件，錨墊板處混凝土一定要振搗密實。

（4）拆模及養(yǎng)護(hù)。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa時開始拆除模板，內(nèi)模采用人工拆除，從小箱梁內(nèi)拖出。外模拆除時，先拆除上下拉桿和連接螺栓，敲擊木楔，使模板落下，然后由龍門吊吊離。混凝土初凝后，開始灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間為7 d。頂板上采用覆蓋土工布灑水養(yǎng)護(hù)。腹板及底板由工人進(jìn)入內(nèi)腔中灑水養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時不能形成干濕交替，必須保持混凝土表面濕潤。

3.3 小箱梁運輸、安裝

（1）小箱梁運輸。小箱梁吊裝采用捆綁式，存梁區(qū)設(shè)在102～105號墩橋面上。預(yù)制場成品梁利用場內(nèi)2×60 t龍門吊縱移至小車上，運梁小車自行至架橋機(jī)吊鉤下方，等待起吊。架橋機(jī)采用DF50／150III型，運梁車采用ZXLC120型。小箱梁邊梁重102 t，中梁重97 t，先用龍門吊依次安裝105號～104號～103號～102號（此部分作為存梁區(qū)），再用架橋機(jī)依次安裝102～38號，110～152號，最后用龍門吊依次安裝105～110號（預(yù)制場）。

（2）小箱梁安裝。根據(jù)實際放樣的路線中心線和墩中心線里程，在蓋梁頂面標(biāo)出每孔的縱向中心線和支座中心線等，在支座墊石混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后標(biāo)出小箱梁端位置橫線，并對墊石表面、梁底面清理干凈。架橋機(jī)安裝完成并試吊合格后，進(jìn)行架橋機(jī)前移就位工作，首先將行梁移至靠近橫梁處，并增加后端平衡重量，確保其抗傾覆安全系數(shù)大于1.5。拆除前支撐，使架橋機(jī)呈全懸臂狀態(tài)，自動牽引卷揚機(jī)，讓架橋機(jī)前移，前移至設(shè)計位置后，固定好架橋機(jī)，并將交叉拉桿收緊，以確保橫向穩(wěn)定性。小箱梁安裝的順序為：先兩邊，后中間。安裝前應(yīng)認(rèn)真清掃混凝土表面，精確地測量出支座安裝的平面位置和高度。小箱梁起吊吊點按設(shè)計規(guī)定的位置，吊具采用鋼絲繩，在吊裝過程中盡量減少停頓起步次數(shù)，下落應(yīng)平穩(wěn)，避免架橋機(jī)承受過多的沖擊荷載及水平力。小箱梁安裝前，先設(shè)置臨時砂箱支座，待一跨安裝完畢后，將架橋機(jī)移至下一跨，進(jìn)行安裝工作。

（3）小箱梁安裝技術(shù)措施。架橋機(jī)前移時必須將后行梁移至后支腿附近，且行梁上的平車居中移動前必須清除所有障礙。移動時由專人觀察行走情況，行走速度不宜太快，盡量減少時停時移的次數(shù)，在移動時發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)及時與電控中心聯(lián)系，以免造成嚴(yán)重后果。在運送過程中，小箱梁在平車中的支撐及固定應(yīng)高度重視，兩跨之間的縫隙采用砂袋回填，負(fù)彎矩區(qū)的齒槽需鋪設(shè)鋼板，保證小箱梁運輸安全。在吊安過程中，應(yīng)保證吊具的強(qiáng)度和剛度絕對滿足要求，盡量做到操作的連續(xù)性和平穩(wěn)性。

3.4 簡支變連續(xù)體系轉(zhuǎn)換

結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的重點是要保證梁體均勻、同步下降，支座同時受力。具體施工步驟如下。

（1）在橋面墩頂附近布置測量點（標(biāo)尺），精確抄平并作好初始值記錄。

（2）人員組織落實，進(jìn)行技術(shù)交底，交代操作要點。箱梁安裝就位后，將橋面板鋼筋及端橫梁鋼筋臨時焊接。澆注連續(xù)接頭、中橫梁及兩側(cè)與頂板負(fù)彎矩束同長度范圍內(nèi)的橋面板，混凝土用手推車運至澆注地點，插入式振搗器振搗密實，灑水養(yǎng)護(hù)。待混凝土養(yǎng)護(hù)至設(shè)計強(qiáng)度的95%后，按先短束后長束的順序張拉頂板負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力束，采用逐根兩端對稱張拉，并灌漿封錨。接頭施工完畢后，由每聯(lián)跨中向支點澆注剩余部分橋面板濕接逢。

（3）張拉連續(xù)鋼束后，由1聯(lián)兩邊跨開始對稱向中跨落梁，在每個墩兩側(cè)對稱進(jìn)行，下落方法是打開砂孔，緩慢均勻地放出砂筒中的砂，以便小箱梁平穩(wěn)均勻下落。臨時支座采用砂箱（卸荷砂筒）制作，比永久支座高10 mm，以便拆除。砂箱采用鋼管制作而成，內(nèi)填干砂，砂筒與頂心之間間隙用瀝青填塞，防止砂子受潮。根據(jù)小箱梁和架橋機(jī)荷載計算，每個砂箱承載力為1 000 k N，為保證小箱梁安裝后不沉降，臨時支座在安裝前進(jìn)行預(yù)壓。每榀小箱梁每端設(shè)2個臨時支座（伸縮縫一側(cè)直接安裝永久支座）。同時將永久支座安裝于墩頂接頭中心下的支座墊石上。

（4）測量橋面量點標(biāo)高，作好記錄，并檢查梁體混凝土有無裂紋或損壞.資料匯總分析，總結(jié)經(jīng)驗，指導(dǎo)下一步施工。

小箱梁形成連續(xù)梁后，方可拆除臨時支座，先兩邊后中間，其方法是敲、鑿或用氧氣焊槍燒割。

4 結(jié)語

（1）對30 m裝配式小箱梁的計算分析，驗證了在承載能力極限狀態(tài)下與正常使用極限狀態(tài)下的受力性能，其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度等各項指標(biāo)滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)安全、可靠。

（2）對30 m裝配式小箱梁主要施工流程與關(guān)鍵工藝的闡述，為同類橋梁各施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制提供參考。

（3）目前南引橋已建成通車，該橋安全狀況良好。小箱梁外形美觀、結(jié)構(gòu)輕巧，便于標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化批量預(yù)制，現(xiàn)場拼裝施工，是城區(qū)橋梁優(yōu)選結(jié)構(gòu)類型之一。

［1］ 湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院.鄂東長江公路大橋兩階段施工圖設(shè)計［Z］.武漢：湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院，2007.

［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］ JTG／T F20－2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2011.