V型剛構(gòu)連續(xù)梁橋墩梁結(jié)合處施工技術(shù)

楊 萍，王延安，孫 茂

（中交集團(tuán)第二公路工程局有限公司，陜西 西安 710065）

1 概述

近年來(lái)V型剛構(gòu)橋的興起，給橋梁建筑增添了新的藝術(shù)造型，采用纖細(xì)的V型剛構(gòu)墩替代原來(lái)笨拙的橋墩，使橋梁整體造型更加輕盈美觀。V形剛構(gòu)由于采用V型斜撐可以有效地減小橋梁的計(jì)算跨徑，使橋梁的跨越能力提高，縮短主梁的跨徑，減小梁高，降低上部結(jié)構(gòu)主梁的彎矩，從而減少梁部結(jié)構(gòu)的工程量。由于帶有斜撐，結(jié)構(gòu)除水平線條以外，還存在傾斜線條，加上構(gòu)件尺寸較小，使橋梁顯得非常輕盈美觀，尤其適合在城市和景觀要求較高的地區(qū)采用。

在V型剛構(gòu)橋的建造過(guò)程中，V型支撐施工是該類(lèi)橋梁施工難點(diǎn)。V墩剛構(gòu)橋主梁施工一般采用掛籃懸臂澆筑施工，墩頂段是懸澆連續(xù)剛構(gòu)橋比較關(guān)鍵的部位?？刂芕墩斜撐的關(guān)鍵在于控制施工過(guò)程的疊加內(nèi)力與設(shè)計(jì)要求相吻合，控制施工過(guò)程各部位應(yīng)力是解決V墩施工過(guò)程混凝土開(kāi)裂問(wèn)題的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)上一般采用勁性骨架混凝土結(jié)構(gòu)及張拉預(yù)應(yīng)力臨時(shí)鋼束的技術(shù)措施，控制其施工過(guò)程中的開(kāi)裂問(wèn)題。

2 工程概況

浐河大橋?qū)儆谖靼彩械罔F3號(hào)線一期工程土建施工項(xiàng)目TJSG-15標(biāo)段，主橋孔跨構(gòu)成為1聯(lián)（55+88+55）m預(yù)應(yīng)力混凝土V型支撐連續(xù)剛構(gòu)橋。主橋布置見(jiàn)圖1：

圖1 浐河大橋總體布置圖（單位：cm）

浐河大橋是該項(xiàng)目控制性工程。該橋施工條件尤為特殊，浐河大橋位于既有浐河橋主道橋與輔道橋之間7.0 m寬的范圍；浐河大橋橋面位于主、輔道橋面以上，懸澆梁底面距原有橋面高6~8.7 m；橋梁主墩基礎(chǔ)地面距原有主輔道橋空間??；主墩橫橋向樁基外側(cè)距離7.2 m，且緊鄰浐河?xùn)|西路、既有橋梁基礎(chǔ)位于河床內(nèi)；施工的平、立面空間狹小，不利于大型鉆機(jī)、吊車(chē)等機(jī)械施工作業(yè)［1］。

V型支撐為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，撐體采用C50混凝土，V撐兩斜肢與豎直線的夾角分別為30°和30.25°。V撐單側(cè)撐體內(nèi)設(shè)有三榀勁性骨架，型鋼骨架僅作為施工立模使用，不作為施工中混凝土及其它附屬設(shè)備的承載體。墩身構(gòu)造見(jiàn)圖2。設(shè)計(jì)要求浐河大橋主墩倒三角V型結(jié)構(gòu)施工完后一次落架成型，主墩V撐墩身及0#塊結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量要求高［2］。

圖2 浐河大橋V型墩結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

3 施工方案

為了保證混凝土振搗質(zhì)量、交接處混凝土的密實(shí)度及外觀質(zhì)量，V型墩身擬分3次施工。第1次澆筑墩身底節(jié)，高度5.7 m；第2次澆筑V撐與墩身連接部分，高度為7.07 m；第3次澆筑V型剛構(gòu)的兩肢。第1層與第2層墩身施工時(shí)直接立模板澆筑混凝土，第3層采用支架施工。墩頂段箱梁采用支架現(xiàn)澆。墩身及墩頂箱梁澆筑分節(jié)見(jiàn)圖3。

圖3 墩身施工分節(jié)圖（單位：cm）

4 現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，V型墩設(shè)計(jì)受力模型按照倒三角整體一次脫架，故支架設(shè)計(jì)中考慮V型墩兩肢斜撐與墩頂箱梁共同作用于支架，墩頂箱梁（0#塊、1#塊）一次性澆筑。墩身支架采用鋼管、型鋼支架，靠近墩身位置的鋼管樁支撐在承臺(tái)上，浐河側(cè)鋼管立柱支撐于采用混凝土樁基的承臺(tái)，公路側(cè)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)置于路面。支架鋼管的直徑均為Φ609×16 mm，立柱間采用平聯(lián)及型鋼剪刀撐確保其整體效果，剪刀撐間兩兩相交并與鋼管相連。所有鋼管頂上方布置2根工56型鋼作為承重梁；承重梁上方為模板型鋼支架，模板支架橫橋向標(biāo)準(zhǔn)間距為1.0 m，支架落架采用砂筒的形式［3-5］。

由于V墩的雙肢懸臂長(zhǎng)，自重大，使V撐既有垂直荷載，又有水平荷載，為了平衡兩肢斜撐施工中出現(xiàn)的水平力，設(shè)置水平對(duì)拉桿。水平對(duì)拉桿采用Φ32精軋螺紋鋼筋，共設(shè)置3層，第1層6根，其余兩層各4根。箱梁澆筑過(guò)程中，對(duì)拉桿的張拉力控制，根據(jù)監(jiān)控單位提供V型墩底部應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，保證施工過(guò)程中V型墩內(nèi)部無(wú)較大附加應(yīng)力。支架總體布置及計(jì)算模型分別見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 墩身及箱梁施工支架布置圖（單位：cm）

圖5 V型墩支架計(jì)算模型

各構(gòu)件計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各構(gòu)件計(jì)算結(jié)果匯總表

5 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控

5.1 V型墩監(jiān)控計(jì)算

5.1.1 工況分析

根據(jù)墩頂段箱梁施工方案，結(jié)合施工工藝將監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)控制工況分為以下3種：（1）工況1，澆筑墩頂段箱梁底板；（2）工況2，澆筑墩頂段箱梁腹板；（3）工況3，澆筑墩頂段箱梁頂板。

5.1.2 計(jì)算理論

為了保證施工完成后V型墩支撐體系內(nèi)部無(wú)較大附加應(yīng)力，設(shè)置水平對(duì)拉桿。水平對(duì)拉桿采用Φ32精軋螺紋鋼筋，共設(shè)置3層，第1層6根，第2層4根，第3層4根。在每一工況澆筑前預(yù)拉對(duì)拉桿（張拉力見(jiàn)表2），使V型墩兩肢產(chǎn)生一定的變形，澆筑完成后，結(jié)構(gòu)自重和施工荷載產(chǎn)生的水平力將抵消拉桿對(duì)V型墩兩肢產(chǎn)生的水平拉力，使V型墩支撐體系自平衡。

表2 拉桿張拉力統(tǒng)計(jì)表

5.1.3 模型建立

（1）根據(jù)施工圖紙，建立V型墩模型，V型墩采用實(shí)體單元、拉桿采用桁架單元，墩身預(yù)應(yīng)力粗鋼筋采用集中力模擬，墩底固結(jié)，其它部位無(wú)約束。

（2）墩頂段箱梁長(zhǎng)20 m，中間12 m重量由V型墩內(nèi)支架承擔(dān)，兩端各4 m重量由V型墩支撐，其施工荷載分配見(jiàn)圖6。

0#塊箱梁中間12 m重量通過(guò)分配梁傳遞至V型墩內(nèi)支架牛腿和中支撐上，中支撐只對(duì)墩身產(chǎn)生壓縮，對(duì)V墩兩肢并不產(chǎn)生影響，因此結(jié)構(gòu)模擬時(shí)不計(jì)此部分重量。內(nèi)支架牛腿對(duì)V墩兩肢產(chǎn)生較大的水平力，算出牛腿支反力，以集中力荷載的方式加載至V墩兩肢上。兩端各4 m的重量以集中力荷載的方式加載至V墩兩肢頂部。

圖6 施工荷載分配（單位：cm）

（3）通過(guò)正裝分析法算出各工況下產(chǎn)生的拉桿拉力。將算出的拉力加上V墩兩肢自重產(chǎn)生的初拉力，作為拉桿的預(yù)拉力。

（4）調(diào)整優(yōu)化拉桿的預(yù)拉力，使得V墩支撐體系自平衡。即V墩兩肢在施工完成墩頂段箱梁后變形為零或者變形很小，且V墩兩肢內(nèi)部無(wú)較大的附加應(yīng)力，最終確定拉桿預(yù)拉力。

（5）施加預(yù)拉力，計(jì)算分析每個(gè)工況澆筑前后，V型墩兩肢的變形和應(yīng)力。5.1.4 計(jì)算結(jié)果

浐河大橋V型墩采用Midas Civil2010 實(shí)體單元建模，對(duì)V型墩進(jìn)行了細(xì)致的劃分。V型墩的材料為C50混凝土，并未模擬V型墩里面的主筋和勁性骨架，計(jì)算出來(lái)的結(jié)果偏保守。

建模過(guò)程中對(duì)拉桿和V型墩兩肢內(nèi)壁為節(jié)點(diǎn)-節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，所以會(huì)在對(duì)拉桿和V型墩連接處產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，這與實(shí)際情況不符，可以忽略。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，分析V型墩整體受力情況，可以得出，V型墩以壓應(yīng)力為主，拉應(yīng)力出現(xiàn)在V型墩兩肢的根部、兩肢背部底部和上部，但數(shù)值均較小，最大拉應(yīng)力為1.284 MPa<［σ］=1.89 MPa，均未超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度。

通過(guò)模擬浐河大橋墩頂段箱梁澆筑過(guò)程，可知，在監(jiān)測(cè)浐河大橋墩頂段箱梁澆筑過(guò)程時(shí)，V型墩兩肢根部、兩肢背部底部和對(duì)拉桿的應(yīng)力變化為主，位移變化為輔。V型墩兩肢應(yīng)變的變化量不應(yīng)超過(guò)97με，V型墩兩肢的變形量不應(yīng)超過(guò)3 mm，對(duì)拉桿拉力不應(yīng)超過(guò)500 kN。

5.2 測(cè)點(diǎn)布置

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施時(shí)，共設(shè)置2層對(duì)拉桿，第1層4根，每根初拉力為350 kN；第2層2根，每根初拉力為220 kN。浐河大橋斜腿監(jiān)測(cè)主要以V撐斜腿墩身應(yīng)力監(jiān)測(cè)為主，輔以V撐斜腿墩身位移監(jiān)測(cè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況共布置12個(gè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)和2個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，見(jiàn)圖7。在0#塊澆筑過(guò)程中，每隔2 h記錄一次數(shù)據(jù)。

圖7 測(cè)點(diǎn)布置及編號(hào)圖（單位：cm）

5.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

本次對(duì)V型墩澆筑全過(guò)程監(jiān)測(cè)中，雖然實(shí)際張拉的精軋螺紋鋼的數(shù)量和位置與理論計(jì)算的數(shù)量和位置有一定出入，但其應(yīng)力變化趨勢(shì)與理論計(jì)算的相似，應(yīng)力大小也相近，澆筑過(guò)程中出現(xiàn)的最大應(yīng)力值未超過(guò)預(yù)警值；V型墩兩肢變形均在可控范圍之內(nèi)。主要計(jì)算結(jié)論如下：

（1） 澆筑墩頂段過(guò)程中，拉應(yīng)力及應(yīng)變?cè)谥饾u增大；

（2）墩頂段澆筑完成后，V型墩產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力為1.38 MPa<［σ］=1.89 MPa，拉應(yīng)變是132.7，發(fā)生在V肢上部，出現(xiàn)的位置和計(jì)算結(jié)果大體相符；

（3）V型墩產(chǎn)生的最大拉應(yīng)變132.7已經(jīng)超過(guò)計(jì)算的最大拉應(yīng)變97的警戒值，應(yīng)在澆筑完成后加強(qiáng)觀測(cè)V型墩。

6 結(jié)語(yǔ)

本文探討了V型鋼構(gòu)連續(xù)梁橋墩頂段施工中現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)以及施工監(jiān)控等內(nèi)容，通過(guò)軟件對(duì)浐河大橋施工過(guò)程進(jìn)行了模擬，得到了施工階段應(yīng)力分布情況，并與實(shí)施階段實(shí)測(cè)值進(jìn)行了比較。由于建模時(shí)未考慮V型墩的主筋和勁性骨架參與受力，實(shí)施時(shí)根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)減少了拉桿的數(shù)量及張拉力，實(shí)測(cè)應(yīng)力依然滿(mǎn)足要求。建議今后類(lèi)似工程應(yīng)綜合考慮V墩兩肢中主筋及勁性骨架參與受力，可減少施工中設(shè)置拉桿數(shù)量以及減小拉桿張拉力。

［1］ 余靜.V形墩連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)［J］.北方交通，2009（9）：59-61.

［2］張璽. 連續(xù)剛構(gòu)橋V墩叉角角度對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形影響的研究［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2007.

［3］JTJ025—86公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］GB50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］ JTJ041—2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.