107國道赤壁陸水二橋重建施工方案研究

嚴(yán)少波

(湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院　武漢　430051)

107國道赤壁陸水二橋重建施工方案研究

嚴(yán)少波

(湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院武漢430051)

摘要結(jié)合赤壁市陸水二橋拆除重建工程，介紹了工程主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以及施工方案，從支架的充分利用、工期、造價等因素對主橋的掛籃施工方案和滿堂支架施工方案進(jìn)行了比較，并通過有限元軟件對該橋進(jìn)行受力計算，分析預(yù)應(yīng)力鋼束的布置對箱梁結(jié)構(gòu)受力的影響。結(jié)果表明，滿堂支架法施工方案能縮短建設(shè)工期，充分利用既有設(shè)施，在一定條件前提下有其優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞滿堂支架法掛籃施工結(jié)構(gòu)受力分析

1工程概況

陸水二橋位于107國道湖北省咸寧市赤壁市境內(nèi)，跨越陸水河。陸水二橋建成于1989年，全長226m，橋面寬18m，橋型為4孔凈跨徑50m的剛架拱橋，設(shè)計荷載：汽-20、掛-100。上部結(jié)構(gòu)為剛架拱片組成，下部結(jié)構(gòu)為空腔重力式橋墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，重力式U形橋臺。陸水二橋地處城區(qū)附近，重載車輛多，交通量大，其實際承載能力不滿足現(xiàn)有交通量的需求，導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)較嚴(yán)重病害。為保證橋梁正常運營，需對陸水二橋進(jìn)行危橋改造。

經(jīng)初步設(shè)計比選，確定采用20mT梁+(34m+2×54m+34m)預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁+20mT梁方案。新建主橋上部構(gòu)造為34m+2×54m+34m四跨一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力混凝土截面連續(xù)箱梁，箱梁采用單箱雙室直腹板截面。下部構(gòu)造利用老橋承臺及基礎(chǔ)(老橋拆除上部結(jié)構(gòu)及主墩)，新建2～4號主墩墩身采用整體式空心墩，1及5號墩為過渡墩，采用柱式墩。新老橋梁橋型方案對比情況見圖1。

圖1新老橋梁橋型方案對比圖(單位：cm)

2主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計速度：60km/h。

汽車荷載：公路-I級。

橋面布置：全寬20m。

地震：工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，按7度設(shè)防。

3主橋施工方案

本橋主橋為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁。隨著橋梁建設(shè)技術(shù)的發(fā)展，在中等跨徑的連續(xù)梁橋施工中，滿堂支架施工逐漸被懸臂現(xiàn)澆施工工藝所代替[1]。但在本項目中，由于老橋拆除采用滿堂支架方案，老橋拆除后滿堂支架稍加改造，可以作為新橋施工的支架，因此主橋施工圖階段針對利用滿堂支架和采取掛籃施工進(jìn)行了同等深度比較。

3.1掛籃施工方案

箱梁0號塊件采用支架施工，0號段兩端分別用鋼管作為懸臂施工狀態(tài)的臨時固結(jié)支撐體系(待全橋合龍后，拆除臨時支撐體系)[2]。箱梁0號節(jié)段施工完成后，在其上面拼裝懸澆掛籃。主橋箱梁采用先邊跨后中跨的合龍順序，邊、中跨合龍段采用吊架施工。箱梁0號節(jié)段長11m，每個懸澆“T”縱向?qū)ΨQ劃分為6個節(jié)段，梁段數(shù)及梁段長從根部至跨中分別為3.0m，5×3.5m(見圖2)。邊、中跨合龍段長均為2m，邊跨現(xiàn)澆段長6m。

圖2　掛籃懸澆施工方案示意圖

3.2滿堂支架施工方案

滿堂支架施工方案箱梁截面尺寸沒有變化，節(jié)段長度及預(yù)應(yīng)力布置張拉位置較原方案不同。箱梁0號節(jié)段長11m，每個滿堂支架現(xiàn)澆“T”縱向?qū)ΨQ劃分為A0，A1，A2 3個節(jié)段(見圖3)，梁段長分別為11.0，10.0，10.5m。中跨合龍段長為2m。

圖3　滿堂支架施工方案示意圖(單位：cm)

滿堂支架施工方案節(jié)段數(shù)較掛籃施工由7個節(jié)段減少為3個節(jié)段，除0號節(jié)段長度不變外，其余分段長度都增加。

3.3結(jié)構(gòu)受力及造價情況

3.3.1結(jié)構(gòu)受力

掛籃施工方案，混凝土主梁在施工階段出現(xiàn)的最大壓應(yīng)力為11.1MPa，持久狀況下，混凝土主梁上緣的最大壓應(yīng)力為15.86MPa，下緣的最大壓應(yīng)力為10.15MPa，主梁截面最大主壓應(yīng)力值為9.9MPa[3]。滿堂支架施工方案，混凝土主梁在施工階段出現(xiàn)的最大壓應(yīng)力為12.7MPa，持久狀況下，混凝土主梁上緣的最大壓應(yīng)力為16.2MPa，下緣的最大壓應(yīng)力為12.0MPa，主梁截面最大主壓應(yīng)力值為16.2MPa。

從結(jié)構(gòu)受力對比看，掛籃施工略優(yōu)于滿堂支架施工，但相差不大，都能滿足規(guī)范要求。2種施工方案結(jié)構(gòu)受力對比見表1。

表1　掛籃施工方案與滿堂支架施工

3.3.2材料和造價

掛籃施工方案，主梁C55混凝土用量3 064m3，普通鋼筋用量748.3 t，鋼絞線用量128.5 t。滿堂支架施工方案，主梁C55混凝土用量3 146 m3，普通鋼筋用量881.1 t，鋼絞線用量149.4 t。在建安費上，相比滿堂支架施工，掛籃施工方案具有一定優(yōu)勢。2種施工方案施工材料用量對比見表2。

表2　掛籃施工方案與滿堂支架施工

3.4結(jié)構(gòu)受力差異分析

利用橋梁博士結(jié)構(gòu)計算軟件對陸水二橋2種施工方案建模分析，2種施工方案對結(jié)構(gòu)受力的影響主要體現(xiàn)在頂板預(yù)應(yīng)力鋼束的布置，對荷載短期效應(yīng)組合下截面上緣拉應(yīng)力及荷載標(biāo)準(zhǔn)值組合下截面上緣壓應(yīng)力的影響。2種施工方案頂板預(yù)應(yīng)力布置差異如下。

(1) 選用掛籃施工方案時，每個懸臂施工節(jié)段長3～5m，頂板預(yù)應(yīng)力鋼束可以直接錨固于箱梁節(jié)段截面內(nèi)，錨固點距離截面上緣0.33m，見圖4。

圖4　掛籃施工方案縱向預(yù)應(yīng)力鋼束錨固斷面示意

選用滿堂支架施工時，部分施工節(jié)段較長圖(10～11m)，如果預(yù)應(yīng)力鋼束僅錨固在每個箱梁節(jié)段截面內(nèi)，其結(jié)構(gòu)受力不能滿足規(guī)范要求，為了改善結(jié)構(gòu)受力情況，需要在箱梁節(jié)段內(nèi)每隔3～5m設(shè)置齒板，用于錨固預(yù)應(yīng)力鋼束[4]，錨固點距離截面上緣0.825m，見圖5。

圖5　滿堂支架施工方案縱向預(yù)應(yīng)力鋼束錨固斷面示意圖

取頂板鋼束T2錨固點位置進(jìn)行比較分析，當(dāng)頂板鋼束T2錨固于齒板時，錨固點距離截面上緣0.825m，荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下截面上緣最大應(yīng)力為15.8MPa，荷載短期效應(yīng)組合下最小應(yīng)力為4.1MPa，見圖6。

圖6　T2鋼束錨固于齒板時上下緣應(yīng)力示意圖

調(diào)整頂板鋼束T2錨固點至箱梁截面內(nèi)，距離截面上緣0.33m，其他預(yù)應(yīng)力鋼束位置不變，此時，荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下截面上緣最大應(yīng)力為16.2MPa，荷載短期效應(yīng)組合下最小應(yīng)力為4.5MPa，見圖7。

圖7　T2鋼束錨固于箱梁截面時上下緣應(yīng)力示意圖

當(dāng)改變其他頂板鋼束錨固點位置時，都可得到如下結(jié)論：預(yù)應(yīng)力錨固點距離箱梁截面上緣越近，則截面上緣應(yīng)力越大。故相較于懸臂施工，用滿堂支架法施工時，箱梁截面上緣在荷載短期效應(yīng)組合下，更容易出現(xiàn)拉應(yīng)力，需要布置更多的預(yù)應(yīng)力鋼束，使結(jié)構(gòu)受力滿足規(guī)范要求。由于增加了齒板等構(gòu)造的原因，混凝土及普通鋼筋數(shù)量也相應(yīng)地增加。

3.5方案選定

本項目地處城區(qū)附近，交通量大，工期要求較高。由于滿堂支架方案澆注節(jié)段少，工期遠(yuǎn)小于掛籃施工方案(可縮短工期2個月，總工期21個月)，社會效益顯著。且滿堂支架是為拆除舊橋搭建，支架周轉(zhuǎn)次數(shù)多，周轉(zhuǎn)時間短，設(shè)備利用率高，使用輔助設(shè)備少(無需大型吊裝設(shè)備)[5]。掛籃施工方案在結(jié)構(gòu)受力和材料用量方面略有優(yōu)勢，但為其特制的20m寬掛籃(2對)為非標(biāo)準(zhǔn)寬度，制作費用高，后期利用率低。

兩施工方案總造價基本相當(dāng)，綜合考慮社會效益和社會資源利用，選定滿堂支架方案為本項目實施方案。項目現(xiàn)處于施工實施階段。

4結(jié)語

滿堂支架施工方案在結(jié)構(gòu)受力和材料用量上不如掛籃施工方案，但具體到本項目，由于支架的再利用和節(jié)省特制掛籃的費用，其總造價基本相當(dāng)。而且由于可以節(jié)省工期，有效利用社會資源，施工方案比選效果顯著。

由于掛籃施工工藝的成熟，中等跨度連續(xù)梁橋滿堂支架施工方案在設(shè)計中幾乎被擯棄。 但本項目滿堂支架在方案比選中顯示出的合理性，在橋梁跨徑不大的情況下，與老橋拆除方案相結(jié)合，是其他工程可參考的經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2014-10-19

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.015