橋梁工程箱型梁設(shè)計(jì)運(yùn)用研究

黃 海 中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 場鑄懸臂工法

場鑄懸臂工法一般使用預(yù)力混凝土箱形斷面，因箱形斷面可抵抗較大的扭力，適用于水平向有數(shù)曲率的線型橋梁上。橋梁場鑄懸臂工法國外發(fā)展歷史已久，其基本特性為一高度機(jī)械化的橋梁施工法，所須勞工不多且專業(yè)化，且易于配合景觀造型設(shè)計(jì)，只要工程在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)考慮其結(jié)構(gòu)與周遭環(huán)境的配合，即可創(chuàng)造出非常優(yōu)美的橋梁。

2 支撐先進(jìn)工法

橋梁采用支撐先進(jìn)工法的起源乃為克服河川、深谷地勢險(xiǎn)惡地形或都市交通流量大的地區(qū)，并為提高質(zhì)量、縮短工期、降低成本、發(fā)展出一套特殊施工法，其主要系利用模板組立在支撐鋼架上，待前一跨施筑完畢，將整組支撐鋼架及模板推移至下一跨繼續(xù)施筑，如此重復(fù)推移支撐鋼架及模板，直至完成全部橋孔的施筑。施工法的特點(diǎn)在于施工機(jī)械化，具有周期循環(huán)性，施工質(zhì)量較易控制，施工時(shí)不受橋下地形或交通的影響，且受路線限制較少，適用于預(yù)力混凝土多孔連續(xù)箱型或T型梁橋，其跨徑在30m～60m間，此工法雖因初期機(jī)械成本較高，惟如橋長達(dá)一定規(guī)模時(shí)（通常2km以上）且平面曲線半徑大于400m時(shí)，施工機(jī)具造價(jià)則會(huì)較一般傳統(tǒng)工法經(jīng)濟(jì)。

3 規(guī)劃設(shè)計(jì)考慮事項(xiàng)

3.1 路線

支撐先進(jìn)工法系以活動(dòng)支撐架及模板，逐跨向前推移。施工橋體，理論上由支撐架向前推移路徑，可無路線限制，惟需考量經(jīng)濟(jì)跨徑及活動(dòng)支撐系統(tǒng)的實(shí)用性及經(jīng)濟(jì)性等，而采用此工法設(shè)計(jì)時(shí)，其平面線的曲率半徑宜大于400m，以利工作車推進(jìn)。

3.2 橋梁規(guī)模

工法活動(dòng)支撐架及模板系統(tǒng)，初期投資成本較高，但其支撐設(shè)備及模板可循環(huán)性重復(fù)使用，可節(jié)省人力及施工工期，因此采用此工法，其橋長至少在800m以上，若能達(dá)1200m以上時(shí)，更具經(jīng)濟(jì)性。

3.3 跨徑與跨數(shù)配置

跨徑與跨數(shù)配置常受限于現(xiàn)有地形、景觀需求、橋梁高度及橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，若僅就結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性而言，則有如下考慮：（1）連續(xù)T型梁橋主跨徑配置一般在30m～40m。（2）連續(xù)箱型梁橋（包括預(yù)鑄斜撐版橋）主跨徑配置一般在35m～60m間，若跨徑大至60m部分必須加設(shè)臨時(shí)支撐。（3）連續(xù)梁橋其最外側(cè)邊跨的跨徑，宜為主跨徑的0.6～1.0倍。（4）每一單元橋跨數(shù)：橋高15m以下，以采5～8跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，橋高在15m以上時(shí)，則以5～12跨為宜。

3.4 斷面配置

上部結(jié)構(gòu)的斷面型式，一般可有連續(xù)雙T型、連續(xù)箱型梁、連續(xù)箱型梁配合預(yù)鑄斜撐版等三種型式，其斷面選擇可采以下的原則：（1）采用雙T型結(jié)構(gòu)斷面，其橋?qū)拺?yīng)小于16m。（2）采用箱型梁結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計(jì)時(shí)，一般可有如下考慮：①橋?qū)捲?6m以下時(shí)，可采單室箱梁。②橋?qū)捲?6m以上時(shí)，可采雙室箱梁斷面或采單室箱梁配合預(yù)鑄斜撐版斷面。（3）箱梁斷面尺寸，設(shè)計(jì)常用原則如下：①懸臂版長宜控制在3.5m以下，厚度由懸臂版緣的20cm，可漸變至梁腹側(cè)的40cm～60cm。②箱室內(nèi)頂版橫向凈長與版厚比宜小于30，惟版厚不得小于20cm。如箱室橫向凈長大于4.6m時(shí)，版厚至少須大于23cm。③腹版版厚須考慮符合所采用預(yù)力系統(tǒng)其鋼腱配置規(guī)定，惟最小不得少于30cm。

3.5 梁深與跨徑關(guān)系

箱型梁梁深一般約為設(shè)計(jì)主跨徑長的1/15～1/17，采等梁深斷面。

3.6 隔梁配置

為方便施工中系統(tǒng)模板內(nèi)模的向前移設(shè)，原則上隔梁采后作灌實(shí)方式設(shè)計(jì)。

3.7 預(yù)力鋼腱配置

為使預(yù)力量能平均傳遞，縱向預(yù)力常采每兩跨相互間交錯(cuò)施拉部份預(yù)力。原則上預(yù)力采單邊施拉方式，倘高架橋有多單元橋連續(xù)時(shí)，部份尾跨無法正常單向施拉預(yù)力時(shí)，可調(diào)整為倒拉方式。

3.8 施工縫設(shè)置

施工縫配合支撐先進(jìn)工法階段施工步驟，設(shè)置于靜載重作用下，應(yīng)力變化反曲點(diǎn)位置，約為每一跨的跨徑處。

4 支撐先進(jìn)工法主要設(shè)備

4.1 主梁

箱型梁橋的主梁一般設(shè)有兩支，分置橋墩之左、右兩側(cè)，結(jié)構(gòu)為版梁結(jié)構(gòu)或桁架，其長度視橋梁跨長而定，制造時(shí)將主梁分成數(shù)段，便于運(yùn)送，組合時(shí)再以高拉力螺栓將各段結(jié)合連接。

4.2 鼻梁

鼻梁系延伸裝設(shè)于主梁前后兩端，作為支撐設(shè)備向前一跨推進(jìn)時(shí)使用，其結(jié)構(gòu)常用桁架方式，亦可以變斷面的版梁結(jié)構(gòu)，與主梁結(jié)合方式以螺栓連結(jié)。

4.3 支撐橫梁系統(tǒng)

一般在垂直主梁方向大約間隔4m～6m，裝設(shè)支撐橫梁系統(tǒng)，主要將結(jié)構(gòu)體、模板等荷重傳遞至主梁。支撐橫梁結(jié)構(gòu)可采懸臂式桁架或懸臂梁方式與主梁結(jié)合，與主梁結(jié)合又可采活動(dòng)式或固定式，視主梁推進(jìn)空間而做選擇；左、右對稱的支撐橫梁于箱型梁制作時(shí)即橫移至箱型梁結(jié)構(gòu)體下方中間處結(jié)合，形成一支連續(xù)支撐橫梁，當(dāng)箱型梁結(jié)構(gòu)體完成預(yù)力及脫模后，將橫梁結(jié)合放松移除，并向外橫移至橋墩外后并同主梁向前推移。

4.4 推進(jìn)工作車

此系統(tǒng)一般包括有控制主梁前進(jìn)的轉(zhuǎn)動(dòng)輪及控制主梁或支撐橫梁可水平方向橫移的滑動(dòng)裝置。此機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)考慮推進(jìn)工作在移動(dòng)主梁時(shí)，才承受移動(dòng)設(shè)備的載重。

4.5 支撐托架

支撐托架系裝置于橋墩上或橋墩周圍的塔架，于結(jié)構(gòu)體澆置或設(shè)備移動(dòng)時(shí)，使用的支撐托架支持主梁，通常須準(zhǔn)備三套托架設(shè)備，其中兩套是施工跨前后橋墩裝設(shè)，另一套則在移動(dòng)時(shí)，需于下一橋墩上再裝一套托架。

4.6 內(nèi)外模板

外模板包含底模、腹版模、懸臂版模等，整跨距之外模系統(tǒng)，配合機(jī)具推移需要，以縱軸中心線分割成左、右側(cè)對稱構(gòu)造，經(jīng)過橋墩部分模板為特殊構(gòu)造外，其余每單元標(biāo)準(zhǔn)模板大約以4m～6m長材料組成。內(nèi)模包括頂模、腹版模、支撐桿件機(jī)構(gòu)、模板移動(dòng)工作車、軌道等，一般內(nèi)模亦配合前進(jìn)移動(dòng)的需要，沿著箱梁縱軸分割成左、右兩對稱構(gòu)件，每一單元內(nèi)模長約4m～6m。頂模、腹版模及模板移動(dòng)工作車三者以支撐連桿構(gòu)件結(jié)合一起，脫模時(shí)，先將頂模下降少許，然后頂模與腹版模向中央內(nèi)縮，再利用模板工作車將整組內(nèi)模系統(tǒng)推移至下一跨。

4.7 懸吊錨碇橫梁架

在澆置混凝土?xí)r，橋跨后方支撐設(shè)備系以橫梁架懸吊錨碇于箱型梁懸臂端，這個(gè)橫梁架系統(tǒng)包括一組橫梁架及一組預(yù)力鋼棒及油壓千斤頂。油壓千斤頂于箱梁腹版位置上，其支承頂緊橫梁架，而預(yù)力鋼棒貫穿箱梁頂?shù)装骖A(yù)留孔連結(jié)橫梁架與主梁。這個(gè)機(jī)構(gòu)主要目的系控制連續(xù)梁前后銜接面的變位一致，以期達(dá)到施工縫混凝土面的平整。

4.8 工作平臺(tái)及爬梯

主梁頂版處以加設(shè)翼版并以欄桿圈圍組成工作平臺(tái)，并于橋墩外模處設(shè)置進(jìn)出爬梯。位于底模下面支撐橫梁上的通道，系用來調(diào)整模板及放松或鎖緊預(yù)力鋼棒的工作臺(tái)。

5 結(jié)束語

將預(yù)力箱型梁節(jié)塊組裝成橋梁，每一節(jié)塊先在橋臺(tái)后方所設(shè)置的臨時(shí)預(yù)鑄場內(nèi)鑄造，俟混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后拆除模板，于節(jié)塊上、下版施軸向預(yù)力，續(xù)將節(jié)塊向橋臺(tái)另一端推進(jìn)，至節(jié)塊推離底模后，隨即于其后方鑄造一新銜接節(jié)塊并施預(yù)力，使前后節(jié)塊相連，重復(fù)鑄造直至全部箱型梁完成為止。