107國道赤壁陸水二橋重建施工方案研究

嚴少波

(湖北省交通規(guī)劃設計院　武漢　430051)

107國道赤壁陸水二橋重建施工方案研究

嚴少波

(湖北省交通規(guī)劃設計院武漢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)標準，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行了比較，并通過有限元軟件對該橋進行受力計算，分析預應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工期，充分利用既有設施，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，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，導致橋梁出現(xiàn)較嚴重病害。為保證橋梁正常運營，需對陸水二橋進行危橋改造。

經(jīng)初步設計比選，確定采用20mT梁+(34m+2×54m+34m)預應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)的預應力混凝土截面連續(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(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)標準

設計速度：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度設防。

3主橋施工方案

本橋主橋為預應力混凝土變截面連續(xù)箱梁。隨著橋梁建設技術(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)段長度及預應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)的最大壓應力為11.1MPa，持久狀況下，混凝土主梁上緣的最大壓應力為15.86MPa，下緣的最大壓應力為10.15MPa，主梁截面最大主壓應力值為9.9MPa[3]。滿堂支架施工方案，混凝土主梁在施工階段出現(xiàn)的最大壓應力為12.7MPa，持久狀況下，混凝土主梁上緣的最大壓應力為16.2MPa，下緣的最大壓應力為12.0MPa，主梁截面最大主壓應力值為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)在頂板預應力鋼束的布置，對荷載短期效應組合下截面上緣拉應力及荷載標準值組合下截面上緣壓應力的影響。2種施工方案頂板預應力布置差異如下。

(1) 選用掛籃施工方案時，每個懸臂施工節(jié)段長3～5m，頂板預應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應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)，如果預應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設置齒板，用于錨固預應力鋼束[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應力鋼束錨固斷面示意圖

取頂板鋼束T2錨固點位置進行比較分析，當頂板鋼束T2錨固于齒板時，錨固點距離截面上緣0.825m，荷載標準組合下截面上緣最大應力為15.8MPa，荷載短期效應組合下最小應力為4.1MPa，見圖6。

圖6　T2鋼束錨固于齒板時上下緣應力示意圖

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，其他預應力鋼束位置不變，此時，荷載標準組合下截面上緣最大應力為16.2MPa，荷載短期效應組合下最小應力為4.5MPa，見圖7。

圖7　T2鋼束錨固于箱梁截面時上下緣應力示意圖

當改變其他頂板鋼束錨固點位置時，都可得到如下結(jié)論：預應力錨固點距離箱梁截面上緣越近，則截面上緣應力越大。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組合下，更容易出現(xiàn)拉應力，需要布置更多的預應力鋼束，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，設備利用率高，使用輔助設備少(無需大型吊裝設備)[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)為非標準寬度，制作費用高，后期利用率低。

兩施工方案總造價基本相當，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。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

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[2]周衛(wèi),覃輝鵑.橋梁懸澆施工技術(shù)問題的探討[J].公路，2004(8): 278-280.

[3]賈金青，余芳，閆長旺，等.連續(xù)梁橋懸臂施工截面應力分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學報，2011(23)：334-335.

[4]王依蘭.支架法現(xiàn)澆連續(xù)梁施工方法及工藝[J].黑龍江交通科技，2010(8)：143-145.

[5]梅軍，王新偉，梁華.滿堂支架在現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工技術(shù)中的應用[J].江西建材, 2009(3)：82-83,86.

收稿日期：2014-10-19

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.015