現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋腹板束張拉方案研究

林子強(qiáng)　陸勇

摘要：文章以南寧市沙井大道清川橋底改造及五一路口、南鄉(xiāng)路口立交工程為研究對(duì)象，結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)條件的變化及施工工期緊張的情況，比較和研究了現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋腹板束常規(guī)梁端張拉、梁端開(kāi)大槽口張拉、頂板張拉三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)及適用性，可為同類橋梁設(shè)計(jì)及施工提供參考及借鑒。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)澆箱梁;梁端大槽口張拉;頂板張拉;張拉方案

中國(guó)分類號(hào)：U448.21+3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和城市人口的擴(kuò)張，城市交通量快速增加，多數(shù)城市的交通條件已經(jīng)不能滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)和人口的需求，大多城市已經(jīng)出現(xiàn)交通嚴(yán)重?fù)矶碌臓顩r，許多城市路網(wǎng)正在超負(fù)荷運(yùn)作。特別是城市路網(wǎng)中平面交叉出現(xiàn)的問(wèn)題最大，一旦出現(xiàn)一個(gè)沖突點(diǎn)問(wèn)題，將導(dǎo)致多條路網(wǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)矶律踔涟c瘓，這將給居民的出行和城市的發(fā)展帶來(lái)較大的影響。為了解決平面交叉帶來(lái)的問(wèn)題，目前多數(shù)城市都在將平面交叉逐步改造為立體交叉形式，或建設(shè)高架橋形式，而在改造過(guò)程中由于現(xiàn)有交通的影響和征地拆遷問(wèn)題，在立交橋和高架橋建設(shè)過(guò)程中勢(shì)必出現(xiàn)不能按常規(guī)順序和多工作面開(kāi)展的情況。為了不影響工期和避免對(duì)交通的長(zhǎng)期影響，只能在有工作面和施工條件的地方施工，這將導(dǎo)致在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，必須保證多聯(lián)橋梁之間施工互不干擾。本文以南寧市沙井大道清川橋底改造及五一路口、南鄉(xiāng)路口立交工程為例，研究影響現(xiàn)澆混凝土橋梁施工順序的原因，分析和比較各種預(yù)應(yīng)力張拉方案的優(yōu)缺點(diǎn)，為以后現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的設(shè)計(jì)和施工提供參考和借鑒。

1 工程背景

沙井大道清川橋底改造及五一路口、南鄉(xiāng)路口立交工程位于南寧市江南區(qū)沙井片區(qū)與富寧片區(qū)交界處，為清川橋底沙井大道與江南大道交叉口改造以及沙井大道和五一路交叉口、南鄉(xiāng)路交叉口立交工程，主線將沙井大道改為立交橋上跨五一路和南鄉(xiāng)路。主線橋梁全長(zhǎng)807.02 m，橋梁跨徑布置為（3×25） m+（3×25） m+（35+50+35） m+（3×27.34） m+（3×25） m+（4×25） m+（3×25） m+（2×25） m+（35+50+35） m+25 m，橋梁寬度為28.5～43.5 m，按左右兩幅橋布置，其中跨南鄉(xiāng)路及五一路主橋?yàn)樽兘孛骖A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，橋跨布置為（35+50+35） m，其余聯(lián)為預(yù)應(yīng)力混凝土等高連續(xù)箱梁，全橋采用支架現(xiàn)澆施工。本項(xiàng)目原設(shè)計(jì)方案為主線及匝道橋梁上部結(jié)構(gòu)各聯(lián)箱梁施工分批進(jìn)行（第一批先施工張拉第一、三、五、七、九聯(lián)，第二批施工張拉第二、四、六、八、十聯(lián)預(yù)應(yīng)力鋼束），但由于項(xiàng)目施工工期緊及場(chǎng)地限制，橋梁施工不能按照原設(shè)計(jì)施工順序進(jìn)行，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件有施工條件的橋梁先進(jìn)行施工，這就需要各相鄰橋梁之間施工互不影響，而主要影響施工順序的因素是箱梁預(yù)應(yīng)力的張拉，通過(guò)本項(xiàng)目進(jìn)行橋梁鋼束的張拉方案研究，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況選擇合適的張拉方案。

2 鋼束張拉方案研究

2.1 梁端張拉方案

梁端張拉方案為常規(guī)預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋常用的腹板鋼束張拉及錨固方案。該方案只需在梁端預(yù)留較淺的槽口，預(yù)留槽口一般只需滿足鋼束張拉后錨固和封錨的空間即可。如圖1～3所示。

從圖1～3可以看到，常規(guī)的梁端張拉方案中，箱梁的預(yù)留張拉構(gòu)造極其簡(jiǎn)單，只需在梁端現(xiàn)澆時(shí)預(yù)留一個(gè)較淺的張拉槽口即可。

該方案的優(yōu)點(diǎn)為：（1）由圖1可以看出箱梁腹板鋼束統(tǒng)一在梁端張拉錨固，有較大的張拉錨固面，可以使鋼束在梁端分布均勻，箱梁梁端受力均勻;（2）箱梁構(gòu)造簡(jiǎn)單，只需在梁端預(yù)留較小的錨固和封錨的空間即可，不需設(shè)置其他構(gòu)造要求;（3）由圖2可以看出該方案預(yù)留槽口較小，對(duì)箱梁端橫梁削弱較小，不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的受力性能。

該方案的缺點(diǎn)為：（1）由圖2可以看出，若采用常規(guī)梁端張拉方案則不可能進(jìn)行多聯(lián)相鄰橋梁之間同時(shí)施工，相鄰橋梁之間無(wú)鋼束張拉工作空間，無(wú)法進(jìn)行施工，只能采用從一個(gè)方向單端張拉順序施工;（2）由于該方案只能進(jìn)行單端張拉施工，導(dǎo)致橋梁分跨聯(lián)長(zhǎng)不能太長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致橋梁伸縮縫較多，行車不順，或者采用分段澆筑分段張拉的方案，將導(dǎo)致工期延長(zhǎng);（3）由于該方案只能采用單端張拉形式，導(dǎo)致在鋼束張拉時(shí)預(yù)應(yīng)力損失較大。

該方案設(shè)計(jì)應(yīng)注意鋼束在錨固面的布置，相鄰鋼束之間的上下和左右的中心間距，鋼束中心距離梁頂面和底面的距離。相應(yīng)的距離應(yīng)根據(jù)鋼束的選用大小，混凝土的強(qiáng)度布置，滿足最小間距要求，避免張拉時(shí)混凝土壓碎及壓潰。

2.2 梁端大槽口張拉方案

梁端大槽口張拉方案通過(guò)在預(yù)應(yīng)力混凝土梁端預(yù)留較大的鋼束張拉槽口，以滿足箱梁腹板束的張拉錨固空間和工作空間，主要是滿足鋼束張拉時(shí)的工作空間。梁端大槽口張拉方案構(gòu)造與常規(guī)梁端張拉方案設(shè)置類似。

只需加大梁端的張拉槽口即可，主要是加大沿梁縱橋向的槽口深度，以此滿足鋼束張拉時(shí)的工作空間要求。見(jiàn)圖4～5。

該方案的優(yōu)點(diǎn)為：（1）相鄰橋梁之間有足夠的鋼束張拉空間，可以滿足相鄰橋梁之間的同步現(xiàn)澆施工;（2）該方案可以滿足橋梁鋼束兩端張拉的要求，減小預(yù)應(yīng)力損失，橋梁在分跨分聯(lián)時(shí)可以適當(dāng)加長(zhǎng)，減少橋梁伸縮縫，增加行車舒適性;（3）由于該方案相鄰橋梁之間鋼束張拉互不影響，所以對(duì)于橋梁施工順序不會(huì)產(chǎn)生影響，橋梁可以進(jìn)行多工作面同時(shí)施工，將大大縮短施工周期。

該方案的缺點(diǎn)為：（1）由圖4可以看出，由于鋼束張拉槽口的存在，會(huì)削弱橋梁端橫梁，對(duì)端橫梁受力存在一定影響;（2）由于槽口預(yù)留為鋼束張拉的工作空間，所以施工時(shí)橫梁的骨架鋼筋及相應(yīng)的其余普通鋼筋需要臨時(shí)割斷，待預(yù)應(yīng)力張拉錨固完成后再進(jìn)行焊接，將導(dǎo)致施工較為麻煩，質(zhì)量控制要求較高;（3）由圖4可以看出，由于槽口的存在，橋梁支座距離梁端面較大，這就需要增大橋梁下構(gòu)橋墩墩頂?shù)某叽?，將?huì)影響橋梁的美觀;（4）由圖4～5可以看出，雖然預(yù)留了張拉槽口，但是考慮對(duì)梁的受力影響和橋墩墩頂?shù)某叽缬绊?，槽口空間仍較小，施工時(shí)較為困難，這就同時(shí)需要采用尺寸較小的內(nèi)卡式千斤頂進(jìn)行鋼束張拉;（5）由圖5可以看出，大槽口張拉需相鄰兩橋梁之間的寬度一致，槽口位置需要對(duì)應(yīng)。

該方案設(shè)計(jì)錨固面的布置同常規(guī)梁端張拉一致，但應(yīng)注意考慮不同跨徑梁高變化，較高的梁將不利于鋼束的穿束，導(dǎo)致需要加大槽口大小，主要是沿著縱橋向槽口深度的變化。同時(shí)由于該方案導(dǎo)致梁端橫梁較大的削弱，需要對(duì)梁端橫梁進(jìn)行加強(qiáng)，同時(shí)應(yīng)注意下構(gòu)橋墩墩頂大小應(yīng)滿足支座的布置空間。

2.3 頂板張拉方案

頂板張拉方案[3]即是將箱梁腹板鋼束彎起在箱梁頂板位置進(jìn)行張拉錨固，該方案較梁端張拉和梁端大槽口張拉在構(gòu)造上更為復(fù)雜，如圖6～7所示。

從圖6～7可以看出，頂板張拉方案構(gòu)造上較梁端張拉和梁端大槽口張拉復(fù)雜，需要在梁端頂板開(kāi)多個(gè)張拉槽口，同時(shí)根據(jù)鋼束的布置及張拉的需要，鋼束頂板張拉處的頂板厚度和腹板厚度均需進(jìn)行加厚處理，以保證鋼束的錨固和張拉。

該方案的優(yōu)點(diǎn)為：（1）由圖6可以看出，采用頂板張拉方案相鄰橋梁之間的鋼束張拉施工互不影響和沖突，橋梁可以不受施工順序影響，進(jìn)行多工作面施工，縮短施工周期;（2）對(duì)梁端支座布置不產(chǎn)生影響;（3）鋼束張拉和錨固工作空間不受限制，施工較為方便，采用常規(guī)設(shè)備即可施工，施工質(zhì)量容易控制;（4）由于相鄰橋梁之間鋼束的施工互不影響，相鄰橋梁之間的寬度和腹板位置無(wú)須一致，相鄰橋梁之間的槽口無(wú)須對(duì)應(yīng)，均可施工。

該方案的缺點(diǎn)為：（1）由圖6可以看出，由于腹板鋼束均提前起彎至頂板張拉錨固，這就會(huì)導(dǎo)致在梁端預(yù)應(yīng)力分布不均勻，梁端部分存在預(yù)應(yīng)力空白區(qū)，這就需要增加底板短束保證梁端下緣的預(yù)應(yīng)力性能;（2）由于鋼束需要在頂板錨固和張拉，導(dǎo)致頂板張拉槽口處的頂板橫向鋼筋和梁端橫梁骨架鋼筋需臨時(shí)割斷，待預(yù)應(yīng)力張拉錨固完成之后再進(jìn)行焊接，導(dǎo)致施工較為麻煩;（3）由于張拉槽口的存在，會(huì)削弱梁端橫梁，對(duì)端橫梁受力存在一定影響;（4）由于需要滿足鋼束張拉和錨固的需要，鋼束張拉范圍內(nèi)橋梁頂板和腹板需要進(jìn)行變厚處理，以保證鋼束張拉的安全。

該方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意相鄰鋼束之間的上下和左右的中心間距，鋼束中心距離槽口邊緣的距離。相應(yīng)的距離應(yīng)根據(jù)鋼束的選用大小、混凝土的強(qiáng)度布置，滿足最小間距要求，避免張拉時(shí)混凝土壓碎及壓潰。張拉槽口的大小應(yīng)根據(jù)鋼束的大小和采用的設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)鋼束在梁端起彎時(shí)，注意起彎角度不應(yīng)太大，角度太大會(huì)導(dǎo)致較大的預(yù)應(yīng)力損失。

3 張拉方案比較

通過(guò)上述對(duì)三種張拉方案的分析得出以下結(jié)論：

（1）常規(guī)的梁端張拉方案構(gòu)造最簡(jiǎn)單，操作和施工最方便，但是該方案局限性較大，只適用于對(duì)施工周期和施工順序無(wú)要求的情況，或者單聯(lián)橋梁。

（2）梁端大槽口張拉方案構(gòu)造類似于常規(guī)梁端張拉方案，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，但由于槽口的存在，對(duì)梁端支座布置存在影響，需要增加下構(gòu)橋墩墩頂尺寸，同時(shí)鋼束施工工作空間較小，施工較為復(fù)雜。而且，該方案要求相鄰橋梁之間湊口位置對(duì)用，所以只適用于箱梁橋梁寬度一致，相鄰橋梁之間腹板位置對(duì)應(yīng)的情況。

（3）頂板張拉方案相對(duì)于常規(guī)梁端張拉方案和梁端大槽口張拉方案構(gòu)造較為復(fù)雜，需要增加梁端鋼束錨固范圍內(nèi)頂板和腹板的厚度，同時(shí)需要增加梁端底板短束，需在箱梁內(nèi)增設(shè)齒塊張拉梁底短束。該方案適用性較廣，但對(duì)于跨徑較大，腹板束較多的橋梁，該方案會(huì)導(dǎo)致頂板錨固范圍較大，頂板和腹板增加厚度范圍較大，會(huì)增加橋梁自重，同時(shí)需要增設(shè)更多的底板短束。

本論文工程案例沙井大道清川橋底改造及五一路口、南鄉(xiāng)路口立交工程由于存在匝道的匯入，存在相鄰橋梁之間寬度不一致和腹板劃分位置不一致的情況，同時(shí)兩個(gè)交叉口跨線橋跨徑較大，腹板束較多，所以本工程結(jié)合橋梁的變化形式，鋼束張拉方式采用梁端大槽口張拉方案和頂板張拉方案，其中（35+50+35） m兩座跨線橋采用梁端大槽口張拉方案，其余橋跨采用頂板張拉方案。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究分析，常規(guī)梁端張拉方案和梁端大槽口張拉方案構(gòu)造簡(jiǎn)單，梁端預(yù)應(yīng)力鋼束分布均勻，橋梁梁端受力及應(yīng)力分布均勻。但是常規(guī)梁端張拉方案局限性較大，不適用于施工工期和施工條件受限的橋梁。梁端大槽口張拉方案適用性較大，但對(duì)于相鄰橋梁寬度和腹板位置要求較高，需要相鄰橋梁之間槽口對(duì)應(yīng)。頂板張拉方案相較于上述兩種張拉方案適用性較廣，但構(gòu)造相對(duì)較麻煩，梁端受力相對(duì)前兩種張拉方案較差。在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體項(xiàng)目的情況選擇合適的張拉方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]JTG 3362-2018，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]蘭曉紅.現(xiàn)澆箱梁橋預(yù)應(yīng)力鋼束頂板張拉和腹板張拉方案比較[J].福建建設(shè)科技，2010，114（5）：27-29.

[3]陶成富，陳 銳，王 閏.預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆連續(xù)箱梁不同配束方式對(duì)比[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2015，15（3）：301-302.