長(zhǎng)聯(lián)大跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁分段施工設(shè)計(jì)

穆　偉，廖崇慶，劉　杰，田　璐

（1.重慶中設(shè)工程設(shè)計(jì)股份有限公司，重慶市 404100；2.上海市政交通設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海市 200030；3.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)鄭州設(shè)計(jì)院，河南 鄭州　50000）

長(zhǎng)聯(lián)大跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁分段施工設(shè)計(jì)

穆偉1，廖崇慶2，劉杰3，田璐3

（1.重慶中設(shè)工程設(shè)計(jì)股份有限公司，重慶市 404100；2.上海市政交通設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海市 200030；3.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)鄭州設(shè)計(jì)院，河南 鄭州50000）

在滿堂支架澆筑的工法中，長(zhǎng)聯(lián)連續(xù)梁受長(zhǎng)鋼束預(yù)應(yīng)力損失、一次澆筑方量過大等因素控制需要逐段施工。通過具體橋型案例對(duì)比分析，揭示分段方式的合理選取、分段施工的內(nèi)力及配束特點(diǎn)、線形控制要求及張拉順序優(yōu)化措施等，對(duì)類似橋型施工有參考意義。

逐段施工；預(yù)應(yīng)力；連續(xù)梁；滿堂支架

0　引言

滿堂支架工法廣泛應(yīng)用于橋梁的建設(shè)中，在橋梁高度較低、無水或水流較小、枯水期較長(zhǎng)及橋下空間有條件的橋跨區(qū)域經(jīng)常采用，其具備造價(jià)較低、施工難度小、工期短、效率高等特點(diǎn)。對(duì)于一般的混凝土連續(xù)梁橋，橋聯(lián)長(zhǎng)不大的情況下一般均采用一次澆筑、一次階段成橋的快速施工方式；對(duì)于聯(lián)長(zhǎng)較長(zhǎng)跨度較大的連續(xù)梁，受長(zhǎng)鋼束預(yù)應(yīng)力損失、混凝土澆筑設(shè)備、可連續(xù)澆筑方量的限制等因素?zé)o法一階段成橋，必須采用分段施工的工法。分段施工工法其同樣具備滿堂澆筑工法施工周期相對(duì)較短、設(shè)備要求簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但是分段工法也有其不同與滿堂一階段成橋及懸臂掛籃法的內(nèi)力特點(diǎn)。根據(jù)其內(nèi)力特點(diǎn)相應(yīng)的線性控制和配束，以及張拉要求等，本文將以神木新區(qū)窟野河二號(hào)橋?yàn)榘咐治銎涮攸c(diǎn)。

1　工程概況

神木新區(qū)窟野河二號(hào)橋?yàn)樯衲究h新區(qū)連接?xùn)|西濱河片區(qū)的一條關(guān)鍵通道，主橋跨越窟野河，窟野河為全寬近400 m季節(jié)性河流，西側(cè)主橋跨越西濱河路后順接，東側(cè)接規(guī)劃道路。道路標(biāo)準(zhǔn)全寬為22 m，上下行分離式雙幅橋，單幅橋全寬11 m，兩個(gè)車行道+3 m人行道。設(shè)計(jì)荷載采用城市—A級(jí)［1］，主橋部分跨度布置為（47+74+74+47）m+3×56 m+ 3×56 m共三聯(lián)（見圖1），其中（47+74+74+47）m聯(lián)為上跨西側(cè)濱河路的控制聯(lián)。梁部采用預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，橋墩為圓端形實(shí)體墩，基礎(chǔ)根據(jù)地質(zhì)情況分別采用擴(kuò)基及群樁基礎(chǔ)。本次主要分析（47+74+74+47）m聯(lián)（見圖2），其單幅橋?qū)挒?1 m，梁部為單向雙室豎直腹板截面，梁底二次曲線變高度，為營(yíng)造本橋梁底曲拱的柔美造型，邊跨同樣采用變高設(shè)置，端部梁高均為4.0 m，跨中梁高2.2 m。梁部按照預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件設(shè)計(jì)［2］，僅設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力體系。

2　分階段方式選擇

對(duì)于跨度較大的支架現(xiàn)澆法連續(xù)梁一般有如下集中分段選擇。

2.1墩頂、跨中分別劃分大節(jié)段施工

以48 m+80 m+48 m連續(xù)梁為例［3］，其墩頂、跨中及邊跨段均為大節(jié)段，中跨設(shè)置兩個(gè)合攏段。施工順序?yàn)橥瑫r(shí)澆筑墩頂B段和跨中的大節(jié)段D，混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后張拉預(yù)應(yīng)力。腹板的預(yù)應(yīng)力通過連接器在合攏段處接長(zhǎng)，澆筑合攏段，達(dá)到強(qiáng)度后張拉預(yù)應(yīng)力，腹板預(yù)應(yīng)力接長(zhǎng)至梁端，澆筑邊跨大節(jié)段A，強(qiáng)度達(dá)到后張拉剩余部分的預(yù)應(yīng)力。圖3為梁體分段布置圖。

其特點(diǎn)為：（1）鋼束接頭處較多（見圖4），合攏段較多，構(gòu)造處理復(fù)雜，施工周期較長(zhǎng)。（2）張拉施工中隨著預(yù)應(yīng)力的逐步張拉，支架受力變化很大，B段支架反力向墩中心位置集中，D段支架反力向兩端位置集中。根據(jù)相關(guān)資料及計(jì)算顯示，中墩旁兩側(cè)托架在施工中最大受力為12 000 kN，中間段最大反力7 300 kN，支架反力較為集中。上述特殊位置需特殊處理，采用勁性支架支撐。（3）支架等臨時(shí)工程投入較多。

圖1　全橋橋型布置圖（單位：mm）

圖2?。?7+74+74+47）m聯(lián)梁立面布置圖（單位：mm）

圖3　梁體分段布置圖（單位：mm）

圖4　鋼束布置圖一

2.2大節(jié)段懸臂及合攏方式［3］

如圖5、圖6所示，取消了跨中階段的澆筑張拉階段，全部梁部均有大節(jié)段的懸臂0號(hào)塊，并逐段拼接1號(hào)、2號(hào)塊，再行施工各中跨及邊跨合攏段。

其特點(diǎn)為：（1）減少了跨中節(jié)段的施工，避免了跨中支架的加強(qiáng)處理，適用于跨中墩高較高情況。（2）成橋過程類似于懸臂澆筑法，中墩兩側(cè)的支架反力大大增加，并需要墩梁臨時(shí)固結(jié)，采用勁性骨架合攏段設(shè)置。（3）短束配置為主（見圖7），鋼束齒塊數(shù)量劇增，施工不便。

2.3逐段接長(zhǎng)施工的方法

神木新區(qū)窟野河二號(hào)橋?yàn)橐宦?lián)四跨，中跨74 m，橋墩較低，且橋址區(qū)地質(zhì)情況尚可。鑒于以上分段方案的特點(diǎn)，采用逐段施工、鋼束逐段接長(zhǎng)張拉的方式處理。相比前兩種分段方式，其降低了支架在張拉施工過程中的反力集中，降低了支架的難度及臨時(shí)工程投入；鋼束接頭少，構(gòu)造較簡(jiǎn)單；可降低中墩頂附近的控制負(fù)彎矩，受力合理；配束以腹板長(zhǎng)鋼束為主，減少了短束的操作不便。見圖8～圖12。

圖5　梁體分段施工步驟圖一

圖6　梁體分段施工步驟圖二

圖7　鋼束布置圖二（單位：mm）

圖8　梁體分段施工步驟圖A

圖9　梁體分段施工步驟圖B

圖10　梁體分段施工步驟圖C

圖11　第一段鋼束布置圖

圖12　第二段鋼束布置圖

具體分段情況根據(jù)聯(lián)長(zhǎng)為全橋劃分為兩個(gè)兩段，分段位置取中墩右側(cè)14 m左右。

3　逐段施工內(nèi)力特點(diǎn)

梁體最終成橋的受力狀態(tài)與不同的工法關(guān)系緊密，對(duì)于該橋四跨一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁控制位置一般均為中墩墩頂位置的負(fù)彎矩。為了對(duì)比方案的合理性，采用一階段成橋與逐段施工工法的彎矩內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值來對(duì)比分析其特點(diǎn)。對(duì)于此種跨度的連續(xù)梁而言，其最大控制彎矩中自重的權(quán)重很大，為其決定性因素，主要對(duì)比在成橋自重作用下的彎矩及標(biāo)準(zhǔn)組合的情況。計(jì)算分析采用橋博軟件建立模型分析，不同的順序采用不同的邊界方式處理，結(jié)果見圖13～圖16。

圖13　一階段成橋的自重彎矩圖（單位：kN·m）

圖14　一階段成橋的彎矩標(biāo)準(zhǔn)組合圖（單位：kN·m）

圖15　逐段成橋的自重彎矩圖（單位：kN·m）

圖16　逐段成橋的彎矩標(biāo)準(zhǔn)組合（單位：kN·m）

由以上分析可以明顯看出，逐段施工的自重（包括二期）下中墩頂控制負(fù)彎矩降低了22%，甚至比次邊墩的控制彎矩還小。在成橋標(biāo)準(zhǔn)組合彎矩下，中墩墩頂負(fù)彎矩降低了15%，而且與兩側(cè)的次邊墩控制彎矩相當(dāng)。一階段成橋的組合彎矩明顯表現(xiàn)出中墩突出的特點(diǎn)。由此可見，逐段施工的方式從梁部控制性位置的受力情況來講是有利于一階段成橋的，類推可知逐段施工工法其控制性位置負(fù)彎矩更小于上文提到前兩種節(jié)段劃分方式，其受力是更合理的。

究其原因我們可從兩個(gè)角度來解釋：其一，根據(jù)無應(yīng)力狀態(tài)控制法理論，逐段施工時(shí)在分段處有在第一個(gè)施工階段完畢時(shí)所形成的轉(zhuǎn)角及豎向位移，其位移是融入第二階段的，而區(qū)別于一階段成橋的無應(yīng)力狀態(tài)量［4］，故其內(nèi)力差異。其二，從宏觀幾何變形的角度定性分析，在分段處第一個(gè)施工階段所形成的位移可理解為此處的梁部位移的釋放及剛度的降低，由此引起成橋后中墩處梁部剛度的降低，故其分配彎矩降低。

4　梁部構(gòu)造及縱向計(jì)算分析

4.1構(gòu)造及配束

梁部的構(gòu)造處理注意在分段處附近梁體腹板需要適當(dāng)加厚以滿足鋼束接長(zhǎng)的構(gòu)造要求，并且需要考慮接縫處接長(zhǎng)器對(duì)鋼束線性的要求。根據(jù)該橋的施工分段方式確定鋼束配置采用連續(xù)腹板束為主、局部短束加強(qiáng)的方式。腹板長(zhǎng)鋼束采用17-15.2鋼絞線，局部短鋼束采用15-15.2，12-15.2。第一段的腹板束錨固在梁體分段處，可采用兩端張拉。本段的鋼束張拉完畢后，澆筑后一段的梁體并相應(yīng)接長(zhǎng)腹板束至另一梁端，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到后再行張拉。此種以腹板長(zhǎng)鋼束為主的配束方式和逐段施工的工法較為合理，其可大大減少梁體內(nèi)的短鋼束所形成的齒塊、槽口等，施工方便［5］。見圖17、圖18。

圖17　腹板連續(xù)鋼束布置圖

圖18　頂?shù)装宥淌贾脠D

4.2建模及計(jì)算

主梁分析采用橋博軟件建立模型分析（見圖19），全橋共劃分為132個(gè)單元，預(yù)應(yīng)力及邊界條件的輸入與施工階段相對(duì)應(yīng)。由于橋面橫向?qū)挾容^小，僅采用縱向預(yù)應(yīng)力體系，梁部混凝土標(biāo)號(hào)C50，按照預(yù)應(yīng)力混凝土A［2］類構(gòu)件控制。

圖19　模型圖

經(jīng)計(jì)算取控制斷面處上下緣的應(yīng)力情況見表1。

表1　主梁主要計(jì)算結(jié)果表MPa

由表1可見，滿足規(guī)范［2］的相關(guān)要求，根據(jù)分析其剛度也滿足規(guī)定相關(guān)要求。

5　線形特點(diǎn)及張拉順序優(yōu)化

對(duì)于滿堂支架工法一階段成橋的橋型而言，其澆筑及成橋是連續(xù)施做的，全橋的剛度是連續(xù)形成的，故不存在位移發(fā)生突變及調(diào)整的情況，僅需在跨度較大剛度較小的情況下根據(jù)成橋狀態(tài)結(jié)構(gòu)提前設(shè)置部分預(yù)拱度即可，不需考慮施工過程的不同影響。該橋由于采用了逐段施工、逐段張拉的滿堂支架工法施做，需要分析分段處在預(yù)應(yīng)力逐段張拉情況下的位移情況，以便于線性的控制。考慮到該橋的分段特點(diǎn)，在自重及預(yù)應(yīng)力的張拉過程中，第一個(gè)施工階段的累計(jì)位移，特別是對(duì)于分段處的位移會(huì)累計(jì)到下一個(gè)施工階段，并控制該橋的線形。根據(jù)分段情況主要分析在第一個(gè)施工階段下的位移特點(diǎn)。

由圖20可看出第一個(gè)施工階段在分段處的位移趨勢(shì)，特別是在分段處的位移上翹突變情況。分析第一個(gè)施工階段的情況可知，在自重作用下分段處產(chǎn)生一個(gè)上翹的位移峰值。布置于中墩附近的腹板長(zhǎng)鋼束的錨固位置以及中墩頂?shù)亩啼撌?，其均?huì)產(chǎn)生在分段處的上翹，對(duì)于其趨勢(shì)是加劇的。對(duì)于跨度不大的連續(xù)梁逐段施工時(shí)此位移較小，但是隨著跨度的增加，鋼束的增強(qiáng)，此效應(yīng)越加明顯。由于該橋中墩處的腹板束及短束均是根據(jù)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下的疊加效應(yīng)配置，墩頂部的短束對(duì)于施工階段的工況是過量的，腹板長(zhǎng)鋼束則需張拉。

圖20　第一段施工完畢位移（單位：cm）

鑒于此特點(diǎn)，為了該橋線形的平順必須控制其第一個(gè)施工階段產(chǎn)生的不利位移，特別是在分段處的上翹位移?？紤]采用以下途徑解決：（1）調(diào)整主梁的預(yù)應(yīng)力張拉順序，主墩墩頂?shù)亩啼撌诘谝粋€(gè)施工階段不張拉，待第二段梁施工后再行張拉，以減小分段處的位移突變；（2）根據(jù)調(diào)整后第一階段位移情況在適當(dāng)位置特別是分段處設(shè)置部分反向預(yù)拱度以抵消此效應(yīng)。

6　結(jié)語

（1）逐段施工的長(zhǎng)聯(lián)預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁受力較為合理，其控制性負(fù)彎矩均小于一階段成橋及其他分段施工工法，利于梁高控制及引線工程。

（2）相比長(zhǎng)懸臂或其他分段方式，逐段施工的受力特點(diǎn)可使其支架反力集中情況削弱，減小對(duì)支架的受力要求，相應(yīng)臨時(shí)工程要求較低，方便施工。

（3）腹板長(zhǎng)鋼束、局部補(bǔ)充短鋼束的配束方式適用于此工法，且可大量減少齒板、槽口等不便施工操作的構(gòu)造。

（4）通過合理調(diào)整分段處合適的張拉順序保證橋梁線形的平順。

［1］CJJ 11-2011，城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］蘇國(guó)明.一聯(lián)多孔連續(xù)梁大節(jié)段快速施工 ［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013（9）:50-53.

［4］秦順全.橋梁施工控制-無應(yīng)力狀態(tài)法理論與實(shí)踐 ［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［5］范立礎(chǔ).橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，1996.

U445

B

1009-7716（2016）06-0146-04

2016-01-13

穆偉（1985-），男，河南駐馬店人，高級(jí)工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)及巖土工程工作。