連續(xù)梁拱組合橋梁上部結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)探討

朱鳳玲（廣東長宏公路工程有限公司）

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連續(xù)梁拱組合橋梁上部結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)探討

朱鳳玲
（廣東長宏公路工程有限公司）

【摘要】連續(xù)梁拱組合式橋梁施工時，橋梁上部結(jié)構(gòu)的施工是我們著重注意的問題，因為其上部結(jié)構(gòu)承載著較大的載荷，是整個橋梁是否能安全投入運行的關(guān)鍵部位之一，因此本文對0號塊防裂措施、主梁不對稱施工配重、吊桿張拉力優(yōu)化這三個橋梁上部結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)進行的研究與討論，并給出了一些關(guān)于這幾個橋梁上部結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)的建議。

【關(guān)鍵詞】梁拱組合橋梁；上部結(jié)構(gòu)；吊桿張拉力

1　引言

從十九世紀九十年代末期，我國開始城鎮(zhèn)化，到現(xiàn)在城鎮(zhèn)化的速度也是愈來愈快，同時城市的規(guī)模也在不斷的增大。目前，中國百萬級人口的都市已經(jīng)不再鮮見。城市規(guī)模的擴張，人口的密集程度增加，伴隨而來的是交通堵塞問題，這對城市的基礎(chǔ)建設(shè)方面提出了新的挑戰(zhàn)。為了減少交通堵塞，城市中橋梁的數(shù)量和規(guī)模同時也不得不持續(xù)增加。在橋梁的建設(shè)與施工中，出現(xiàn)了一種結(jié)合了梁式橋梁和拱式橋梁兩種橋梁優(yōu)點的梁拱組合橋梁。梁拱組合式橋梁對軟土地基的危害相對于其他橋梁的危害來說比較小，因此其在城市的建設(shè)中發(fā)揮了巨大的作用。隨著科技的發(fā)展，計算機不斷應(yīng)用到實際工程中，由于計算機強大的計算與設(shè)計能力，使得梁拱組合式橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計變得越來越簡便，同時其安全性也能得到保證；隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展與進步，新型材料的出現(xiàn)，其具有更高的強度與剛度，但密度在不斷降低，這使得梁拱組合橋梁的結(jié)構(gòu)越來越多變，安全性與穩(wěn)定性同時也在不斷提高。一般來說，梁拱組合式橋梁的上部結(jié)構(gòu)的載荷相對來說比較大，是設(shè)計施工中需要著重考慮的問題。因此，本文對連續(xù)梁拱組合橋梁上部結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)進行了探討與研究。

2　工程簡介

本文以某省的一所連續(xù)梁拱組合式橋梁為例，如圖1（簡化圖），本橋采用的是與大多數(shù)梁拱組合橋梁一樣的施工方法，即“先梁后拱”，具體情況如下：首先按照常規(guī)施工方法合攏連續(xù)梁；之后，在梁上進行拱肋、斜撐、泵送管內(nèi)混凝土的施工；最后，等到拱肋混凝土的強度與彈性模量達到要求時，安裝拉吊桿，拆除拱肋支架，完成此次梁拱組合橋梁的結(jié)構(gòu)施工。

圖1　連續(xù)梁拱組合橋梁簡化圖

本次工程中梁拱組合式橋梁的主梁是一三孔一聯(lián)的三向預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，主梁的全長為260m （62+136+62）。主梁的每一跨的高度均為3.5m，拱梁最高處為7.5m。

3　梁拱組合式橋梁上部結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)

梁拱組合式橋梁在現(xiàn)在交通中占有不可或缺的一席之地，因此其安全性也是我們不得不考慮的一個重要問題。在梁拱組合式橋梁中，橋梁的上部結(jié)構(gòu)承受了較大的載荷，若然設(shè)計和施工中沒有進行認真的考慮，梁拱組合式橋梁的上部結(jié)構(gòu)就有可能出現(xiàn)裂紋，影響使用壽命，嚴重時還會斷裂和破壞，甚至導(dǎo)致交通事故，造成人員傷亡以及難以彌補的經(jīng)濟損失。因此，為了增加梁拱組合橋梁的安全性，本文針對橋梁上部結(jié)構(gòu)包括0號塊防裂措施、主梁不對稱施工配重、吊桿張拉力優(yōu)化等施工技術(shù)進行了分析與探討。

3.10號塊防裂措施

有許多因素都有可能導(dǎo)致箱梁產(chǎn)生裂縫，按照載荷形式可以大概分為以下兩類：第一，直接作用在箱梁上的外加載荷使得0號塊產(chǎn)生變形，這些因素主要有：晝夜溫差、施工時的熱源、混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的水化熱造成的橋梁變形等，這些原因產(chǎn)生的應(yīng)力超過混凝土的許用應(yīng)力時，就會產(chǎn)生裂縫；第二，基礎(chǔ)沉降和搭設(shè)的支架產(chǎn)生的水平或豎直方向上的形變。只有科學(xué)的控制混凝土的變形，提高梁體本身的抗?jié)B透性、抗開裂和侵蝕的能力，才能促使0號塊開裂的幾率減小甚至不開裂，增加梁拱組合式橋梁的安全性和使用壽命。從前人在梁拱組合式橋梁工程施工中的經(jīng)驗總結(jié)和查閱相關(guān)資料，我們得到了一般減少0號塊開裂措施的舉措有以下幾點：

3.1.1支架預(yù)壓

支架預(yù)壓指的是：在支架完成裝配后，對支架先進行一次預(yù)壓加載，加載的壓力載荷一般為0號梁自重以及模板等施工設(shè)備的1.1～1.2倍。支架預(yù)壓的目的有：1.檢查支架的安全性，確保之后的施工安全，避免由于地基和支架變形問題導(dǎo)致的主梁開裂；2.消除地基非彈性變形和支架非彈性變形的影響，使得橋面線性控制更加容易。

3.1.2過人洞防裂

查閱相關(guān)資料可知，0號塊在從施工到橋梁運行階段都承受著較大的彎矩和支反力，這會導(dǎo)致橫墻處的混凝土由于應(yīng)力過大而開裂，影響橋梁的安全性和服役壽命。一般的防治措施為：在過人洞橫梁上端設(shè)置預(yù)應(yīng)力束，在過人洞兩側(cè)附近（一般為1m范圍，具體視情況而定）加設(shè)鋼筋網(wǎng)，增加混凝土的許用應(yīng)力。

3.1.3構(gòu)造鋼筋的設(shè)置

在全預(yù)應(yīng)力箱梁的縱向鋼筋的設(shè)計中，通常是沒有考慮鋼筋參與受力的情況，只是將普通鋼筋作為構(gòu)造鋼筋，起到維護、拉結(jié)和分布的作用。一般的構(gòu)造鋼筋是采用直徑（10～12mm）較小的光面鋼筋。在實際工程中，可以使用直徑較大的螺紋鋼筋，增強鋼筋與混凝土結(jié)合的緊密程度，增強混凝土的抗拉能力，適當(dāng)改善混凝土的抗拉能力，減少裂紋產(chǎn)生的幾率。

3.1.4高低溫情況下施工注意

當(dāng)0號塊混凝土施工時，碰到天氣過冷或過熱，都需要考慮溫度對混凝土的影響，因為溫度不僅影響混凝土的凝結(jié)時間，同時還對混凝土的品質(zhì)有很大的影響。當(dāng)遇到高溫天氣時，應(yīng)注意以下幾點：

⑴適當(dāng)?shù)慕档突炷林械乃冶?，使用高性能的減水劑；

⑵預(yù)先為混凝土材料降溫；

⑶當(dāng)混凝土澆筑好，等其達到一定強度后，為混凝土表面覆蓋保護層（比如草席等），避免陽光直射，并定時用冷水澆筑混凝土。

當(dāng)遇到天氣寒冷時，我們應(yīng)該按照混凝土冬季施工標準來對混凝土進行施工與養(yǎng)護，并適當(dāng)延長混凝土的養(yǎng)護時間，保證混凝土的質(zhì)量不受影響。

3.1.5一次性澆筑混凝土

因為梁體0號塊相對來說體積較大，實際施工有時不得不分批次進行澆筑。但是由于澆筑批次不同，混凝土凝結(jié)時間也是不一樣的，在兩次澆筑的界面之間的結(jié)合并不是很緊密，因此會增大混凝土開裂的概率。因此，0號塊混凝土最好一次性澆筑完成，在保證質(zhì)量的情況下時間盡可能短，這樣保證了整體混凝土強度在同步增長，減小開裂的可能。

3.1.6小結(jié)

本工程施工時，對混凝土的養(yǎng)護按照上述原則，做到了以下幾點：

⑴對梁體0號塊的鋼筋配置，我們采用了螺紋鋼筋，并且適當(dāng)增加了鋼筋的數(shù)量；

⑵混凝土養(yǎng)護工作，定期對腹板和底板噴灑水霧，保證混凝土強度增長的同步性；

⑶施工時間在冬季，在混凝土周圍覆蓋了棉絮、稻草或保溫材料；

⑷增加施工支架的使用時間（推遲模板拆除的時間），適當(dāng)?shù)难娱L了混凝土的養(yǎng)護時間。

3.2主梁不對稱時施工配重的計算

橋梁在實際的工程施工中通常都會出現(xiàn)因為多種因素導(dǎo)致的不對稱情況，不對稱施工會造成橋梁中應(yīng)力分布不合理，減少橋梁的承載能力，降低橋梁的安全性和使用壽命。為了改善這種情況我們需要在橋梁上設(shè)置配重，其作用主要有：

⑴確保了橋梁的線性合攏和合攏段混凝土的澆筑質(zhì)量；

⑵調(diào)整不對稱施工時產(chǎn)生的力矩；

⑶減小橋梁后期徐變以及徐變帶來的影響。

3.2.1配重的計算

為了確保橋梁施工的安全和保證梁體應(yīng)力的合理分布，在橋懸臂施工時，我們需要根據(jù)橋梁的承載能力計算得到梁體的最大配重，其中包含兩部分：基本配重和附加配重。

⑴最小配重

確保橋梁正常合攏所需要的配重稱為最小配重，包括了合攏段混凝土的重量及施工設(shè)備與人員等的重量：

W附加1包括了施工中減去梁自重以外的所有參與施工中的設(shè)備、人員等因素的重量。最小配重為施工中配重的最小值，一般施工中實際的配重總是介于最小配重與最大配重之間。

⑵附加配重的計算

W附加2配重主要包含三個部分：附加高度配重指的是：調(diào)整合梁合攏段高度的配重，只加在合攏兩端中的一端；附加內(nèi)力配重：調(diào)整梁內(nèi)力分布的配重；附加徐變配重：考慮到徐變效應(yīng)對梁線性標高的影響而計算得到的配重。其中，附加內(nèi)力和附加徐變配重在實際施工過程中還需要參考其他施工因素來確定。

⑶實際施加配重

3.2.2配重位置的選擇

橋梁懸臂不對稱施工時，為了施工的安全，必須在懸臂的端部設(shè)置配重。此外，施加配重時應(yīng)該注意，當(dāng)時的橋梁尚未成橋，處于受力不穩(wěn)狀態(tài)，配重的實施應(yīng)該在橋梁橫向均勻分布，防止橋梁由于受力不均勻?qū)е碌膬A斜或扭曲等。同時，由于橋梁處于懸臂狀態(tài)，因此配重的施加是在懸臂的兩端。最后，為了保證橋梁合攏時的橋中心面的水平，因此邊跨合攏時兩側(cè)的配重需要相等，才能保證橋梁的施工質(zhì)量與安全。

3.3吊桿張拉力優(yōu)化

在梁拱組合橋梁中，吊桿主要承受拉力作用。為了對吊桿的拉力進行優(yōu)化，我們把吊桿的模型簡化為圖2。由于對稱性可知，相同編號的吊桿具有相同的受力狀態(tài)，即具有相同的拉應(yīng)力。理論上，橋梁上的拉桿可以一次性全部到位，實際工程中，由于吊桿材料的限制，并且一次性張拉對橋梁混凝土也會造成較大的破壞，因此實際施工過程中，吊桿都是多次張拉而成。隨著吊桿的安裝，吊桿的內(nèi)力也在不斷的進行調(diào)整，因此選擇一個好的張拉順序可以降低拉桿內(nèi)應(yīng)力，提高吊桿的使用年限和安全性。所以本節(jié)利用有限元軟件對吊桿的張拉順序進行了優(yōu)化分析。

為了選擇最優(yōu)的吊桿張拉順序，我們首先對實際工程中的吊桿模型進行了簡化，簡化后的模型如圖2，也是我們在進行有限元計算時，利用有限軟件建立的幾何模型的基礎(chǔ)。不同的吊桿張拉順序肯定對應(yīng)著不同的吊桿張拉時的最大音量，因此我們選擇了四種不同的吊桿張拉順序進行了有限元計算，吊桿的張拉順序及對應(yīng)的應(yīng)力如表1所示。

由表1可以得到，張拉順序二得到張拉應(yīng)力最小，而順序一，三，四的張拉時的應(yīng)力均遠遠高于張拉順序二的張拉時應(yīng)力。因此在此橋施工時，我們采用了張拉次序為1、3、5、7、2、4、6。對于不同的實際工程而言，吊桿的張拉順序并不總是一樣，因為吊桿的數(shù)目是在變化，而且橋本身的結(jié)構(gòu)也是有很大不同，因此，對于不同的橋梁而言，吊桿的張拉順序應(yīng)該先進行有限元模擬，選出最好的張拉順序，在按照此順序進行施工。

圖2　吊桿的簡化模型

表1　吊桿的張拉順序與對應(yīng)的內(nèi)力

4　結(jié)論

本文以實際工程為例對連續(xù)梁拱組合橋梁上部結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)進行分析與研究，主要分析了0號塊的防裂措施，主梁不對稱時配重的計算與實施以及吊桿張拉順序?qū)Φ鯒U張拉時應(yīng)力的影響。并結(jié)合實際工程，給出了一些關(guān)于梁拱組合式橋梁上部結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)的建議?！?/p>

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