V形墩剛構(gòu)橋設計施工問題探討

覃仁昊，張興

（中交公路規(guī)劃設計院有限公司貴州分公司，貴州 貴陽 550000)

0 引言

目前，國內(nèi)大部分省市的交通網(wǎng)絡已經(jīng)趨于完善，基本滿足當?shù)鼐用竦某鲂行枰?。本項目所在的新馬單村位于廣東省江門市新會區(qū)，為四面環(huán)河的一座孤島，依舊靠著輪渡與外界往來聯(lián)系，并且當?shù)亟?jīng)常受到臺風的威脅，加劇出行風險。新馬單大橋的建設，能夠打通孤島的陸上交通，對地方經(jīng)濟發(fā)展起到推動作用。

1 工程概況

廣東省2021年農(nóng)村公路橋梁安全保障整治工程建設總承包WQGZ01 標段（渡改橋）新馬單大橋是一座為跨越虎坑水道而設置的橋梁，全長557m，橋梁寬度10m。此項目所在地區(qū)水陸交通連成完善的網(wǎng)絡，且擁有較好的地理條件。城區(qū)以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)原本的公路交通較完善。在施工區(qū)域內(nèi)，存在三種主要的地形，首先是剝蝕殘丘，高差在30～60m 之間，有植被覆蓋，上層土壤是粉質(zhì)黏土，厚度在0～5m；其次是沖積平原，是該項目走廊帶區(qū)域的主要地貌特征，居民工作生活以耕種與養(yǎng)殖塘為主，整體地勢較平坦，高差僅有0～10m，且地表水相對豐富，地層有沙土及黏性土等，厚度一般在0～16m；最后是沖積河谷，屬于淤泥質(zhì)土，埋深在22～26m。

2 橋梁結(jié)構(gòu)設計

2.1 整體設計

在橋位處設置一座全長557m，橋面寬度為10.0m，跨徑組成為 5×25+5×25+ （65+120+65） +2×25m 的橋梁。整體結(jié)構(gòu)為：引橋上部采用25m 預應力混凝土先張工字梁，下部橋墩采用樁柱式橋墩，兩岸橋臺采用座板臺；主橋上部采用預應力混凝土V 形墩剛構(gòu)橋，下部采用V 形空心墩，過渡墩采用墻式墩，基礎均采用承臺樁基礎。引橋采用預制吊裝施工；主橋0號塊采用托架現(xiàn)澆，其余梁段采用懸臂澆筑施工。該橋平面位于緩和曲線、圓曲線以及直線上，墩臺徑向設置，主橋橋型如圖1 所示。橋梁橫斷面布置：0.5m（護欄）+1.0m（硬路肩兼作人行道）+7.0m（車行道）+1.0m（硬路肩兼作人行道）+0.5m（護欄）=10.0m。

2.2 上部結(jié)構(gòu)

按照該項目的施工條件與建設要求，主橋上部結(jié)構(gòu)采用預應力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)，跨徑布置為65+120+65m，箱梁為單箱單室截面，箱梁根部梁高6.5m，高跨比為1∶18.46，跨中梁高為2.8m，高跨比為1∶42.86，0 號塊以外箱梁底板按二次拋物線變化。箱梁頂板寬10.0m，底板寬度為5.0m，翼緣板懸臂長2.5m，橋面設2.0%的雙向橫坡，由鋪裝厚度進行調(diào)整形成，箱梁頂板按水平設計；箱梁頂板厚度為0.28m；箱梁底板厚度從跨中的0.27m 按直線變化到箱梁根部的1.1m；箱梁腹板厚度在0～2 號梁段為85cm，3 號梁段為85～70cm，4～8 號梁段為70cm，9號梁段為70～50cm，10～12 號梁段及邊跨與中跨合龍段為50cm，邊跨現(xiàn)澆梁段為50～60cm。0號塊設兩道厚200cm 橫隔板，邊跨端部設厚150cm 橫隔板，箱梁合龍段設200cm 厚橫隔板，箱梁采用縱向及豎向預應力體系，邊中跨底板束采用先長后短對稱均勻張拉。

主橋箱梁采用懸臂掛籃施工，各單T 箱梁除0 號塊外分為12對梁段，箱梁縱向分段長度為3×3.5m+6×4.0m+3×4.5m，0 號塊長22.0m，中跨合龍段長度為2.0m，邊跨現(xiàn)澆段長度為3.92m，梁段最大重量為141.0t，掛籃自重按80t考慮。

2.3 下部結(jié)構(gòu)

橋梁的下部結(jié)構(gòu)包括橋臺、主橋橋墩、引橋橋墩、過渡墩等。兩岸橋臺均采用座板臺、承臺樁基礎，樁基按摩擦樁設計，采用機械成孔的施工方案。主橋橋墩整體呈現(xiàn)V 形外觀，結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其斜墩尺寸規(guī)格是2.0m×5.0m；承臺厚度為3.5m，基礎采用6Φ200cm 的鉆孔灌注樁。主橋過渡墩采用墻式墩，承臺厚度為3.0m，基礎采用4Φ180cm 的鉆孔灌注樁。樁基礎均按嵌巖樁設計，有助于提高橋梁整體穩(wěn)定性。引橋橋墩采用樁柱式墩，鉆孔灌注樁直徑為1.2m，如果實際施工中發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與設計參數(shù)不符，應立即與設計方聯(lián)系[2]。

2.4 附屬結(jié)構(gòu)

在橋梁兩側(cè)設置鋼筋混凝土護欄，每隔3～5m 設置一道假縫，假縫寬度為3mm，深度控制在20mm，在墩頂?shù)闹行奈恢茫舫?0mm 寬斷縫。本項目的橋面處理，鑒于工字梁的現(xiàn)澆橋面板原本便擁有鋪裝功能，所以不再單獨設置鋪裝層，而在箱梁部分的橋面，需設置0.1m厚現(xiàn)澆層。根據(jù)現(xiàn)行公路橋梁支座的相關(guān)要求，本項目先張工字梁采用板式橡膠支座，主橋邊支點采用盆式橡膠支座。另外，公路橋梁項目還需考慮排水的問題，本項目直接運用PVC 管道進行集中收集與排放。臺后搭板長度為8m。

2.5 其他設計

本項目在設計過程中，基于橋梁安全性考慮，主要考慮抗震與耐久度、預應力防腐三個方面的問題。

（1）橋梁抗震問題。為降低地震災害給橋梁造成傷害，提升整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，主要采取的加強措施有：將結(jié)構(gòu)中相對薄弱的部分進行強化；提升橋梁不同構(gòu)件之間的整體聯(lián)系性，注重配筋的處理，以增加橋梁結(jié)構(gòu)的延性；為避免在地震中發(fā)生落梁的情況，在墩臺蓋梁及橋臺臺帽處加設防震擋塊，同時，在橋臺及分聯(lián)墩處都留有充足的縱向空間；在保障橋梁整體結(jié)構(gòu)具備較高抗震性能的基礎上，盡可能多地布設耗能裝置，達到抗震作用；注意施工縫的處理，保障相應位置的處理強度[3]。

（2）耐久度的設計。按照實際的環(huán)境條件進行結(jié)構(gòu)劃分。根據(jù)該橋梁工程的環(huán)境狀態(tài)，把海洋對于橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性影響分成多個區(qū)域，而為保障橋梁結(jié)構(gòu)的耐久度，設計采取了兩個處理方案，具體為：優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性，選擇海工高性能混凝土材料；適當加大結(jié)構(gòu)保護層的厚度參數(shù)，搭配適宜的構(gòu)造處理，并確保達到裂縫限制標準。另外，在特殊情況下，可額外增加其他的耐久性處理。該公路橋梁項目，設計基準期為100 年，其中混凝土材料的水膠比以及膠凝材料的最低用量、抗氯離子的滲透水平，根據(jù)構(gòu)件所處的位置設計不同的參數(shù)。以承臺及橋墩為例，其混凝土材料的水膠比不能超過0.35；膠凝材料的用量不能少于400kg/m3；氯離子的擴散系數(shù)需在2.5×10-12m2/s。各構(gòu)件保護層耐久性的設計主要在厚度上作出調(diào)整。一方面，上部結(jié)構(gòu)分成主梁底板下緣與頂板上緣、防撞護欄（附屬構(gòu)件），其中前兩項均選擇C50 混凝土，護欄采用C35 混凝土，三者保護層厚度參數(shù)為35mm。另一方面，下部結(jié)構(gòu)，其中蓋梁及墩柱等都采用C40 混凝土，保護層厚度參數(shù)為45mm。而在承臺及樁基等部分，混凝土均采用C35混凝土，承臺的保護層厚度參數(shù)為65mm；樁基的保護層厚度參數(shù)為75mm。對于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，為提升其整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需控制收縮與水化熱的程度。對此可采取的處理方式為：降低膠凝材料用量，采用低水化熱產(chǎn)生均勻的膠凝材料；調(diào)整外加劑摻量，延長混凝土凝結(jié)時間，推遲混凝土水化熱峰值出現(xiàn)時間；混凝土澆筑后應盡可能推遲與海水接觸時間（至少14d）。

（3）預應力防腐設計。在現(xiàn)場灌漿期間，借助真空技術(shù)，輔助完成壓漿。對于預埋的管材成孔階段，要求使用的波紋管必須滿足相關(guān)規(guī)定。其中，塑料材質(zhì)的波紋管，需運用原始的粒狀原料，不可添加再生料。同時，波紋管應平滑光潔，在管壁上不能出現(xiàn)氣泡、硬塊與其他各類機械性損傷。而波紋管環(huán)的基本剛度至少要達到60kN/m2，管壁厚度要達到2mm。

3 橋梁施工要點

3.1 下部結(jié)構(gòu)

橋梁下部結(jié)構(gòu)的設計施工，關(guān)鍵要強調(diào)樁基礎、墩臺與支座。

（1）樁基礎的現(xiàn)場施工時，在灌注混凝土材料環(huán)節(jié)中，為使成型結(jié)構(gòu)符合設計參數(shù)，需利用有效方式加固鋼筋骨架，避免灌注時發(fā)生上浮的問題。支承部分對應好中線，保證骨架位置準確，在橋梁墩柱與樁基部分的主要受力區(qū)域，各條鋼筋需錯開設置，接頭部分如采取搭接的方式，要求受力截面積占比在25%以內(nèi)，如采用焊接或者擠壓接頭，該比例控制在50%以內(nèi)即可。鋼筋直徑不小于22mm時，需利用鋼筋擠壓連接器處理。本項目中運用的鋼筋骨架，鑒于施工跨度較大，所以建議采取分段制作的方式，具體劃分長度按照實際的吊裝情況設計，保障不出現(xiàn)變形等問題。在骨架外側(cè)需布置墊塊，用于確定保護層厚度，而墊塊的縱向間距控制在2m，每個樁周圍需至少設置4個，骨架的上部安裝吊環(huán)，方便起吊。樁基可采用沖擊鉆進行成孔，相鄰兩孔建議不要同時鉆孔或澆筑混凝土，以免攪動孔壁造成串孔或斷樁。在澆筑混凝土材料之前，必須全面清孔。此外，在水下部分澆筑作業(yè)時不可出現(xiàn)暫停的情況，避免引發(fā)夾層事故，同時，注重混凝土初凝與上升導管的控制，以免由于導管上升速度過快，使樁身和水體接觸，形成夾層；反之，如果上升速度偏慢，會造成埋管太深，無法順利拔出[4]。

（2）墩臺與支座。墩臺上需設置和制作配套的墊石，在施工前，先確定好各構(gòu)件的質(zhì)量及強度。墩臺施工過程中要準確測量預埋墊石、鋼板等的標高，而墩臺整體的垂直度偏差需控制在0.1%以下，其頂部與底部的偏差在10mm內(nèi)。為保障混凝土結(jié)構(gòu)的美觀性，需用鋼模板，鋼模板與支架都要具備一定剛度，支架基礎需加以固定?，F(xiàn)場施工期間，需關(guān)注溫度條件、支架變形等實時狀態(tài)，以免在初凝階段出現(xiàn)明顯的變形與裂縫病害。在承臺的施工處理中，所有支架與模板等均需對照設計圖紙實行全面檢查，保障尺寸準確，沒有雜物。承臺的尺寸偏大，容易產(chǎn)生較多的水化熱，所以要注意調(diào)整部分工藝，如添加適量粉煤灰等，降低結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差，預防形成裂縫。

3.2 上部結(jié)構(gòu)

3.2.1 引橋部分的工字梁預制

混凝土澆筑需一次性完成，且單次連續(xù)澆筑時長需在6h以內(nèi)，并且在使用拌和物時，要確保其內(nèi)部空氣含量在3%～4.5%，并且模板與鋼筋溫度需控制在5～35℃。施工中采取全過程管理，避免有漏漿及漏振等情況。對于新舊混凝土結(jié)合作業(yè)面，需鑿毛5～10mm，并保障作業(yè)面維持在適宜的濕潤程度，保障結(jié)合效果。

3.2.2 主橋箱梁

鑒于應用懸臂掛籃施工，所以要求結(jié)構(gòu)在保障輕巧的同時，還要保證剛度達標。為此，需提前試壓，在確認結(jié)構(gòu)撓度與強度均符合設計參數(shù)后才能進行拼裝。之后，通過預壓與加載試驗，確定整體結(jié)構(gòu)的承載性能。在懸臂澆筑過程中，處理墩身時，需確定各個臨時固結(jié)件的質(zhì)量。0 號塊設置于墩頂托架上，所以澆筑時要確保托架本身的強度與剛度。考慮到0 號塊的體積偏大，且設置的預應力管道和鋼筋數(shù)量及密度均較高，現(xiàn)場作業(yè)時，要額外注意管道位置以及振搗動作。在掛籃完成后，從2 號梁段開始，一直到12號梁段，依次開展懸臂澆筑。在確認混凝土的強度達到90%，同時齡期至少有5 日，兩項條件均滿足的情況下，才能組織下一步施工。

3.2.3 鋼筋施工技術(shù)

在需接長的部分，應規(guī)避承受應力偏大的區(qū)域，如果由于特殊情況斷開，需要重新連接鋼筋，要注意焊接部分的長度與品質(zhì)。如果構(gòu)造的鋼筋和骨架的位置有沖突，需在確保后者點位不變的情況下合理改變前者位置。在本項目中，除特別表述需要焊接處理的鋼筋外，其余鋼筋節(jié)點可選擇機械連接的方式。如果鋼筋本身的直徑在36mm 以內(nèi)，并且現(xiàn)場施工條件較差，在技術(shù)條件允許的情形下，可利用綁扎處理。對于焊接處理的鋼筋，如果鋼筋直徑達到12mm，需運用單面焊接的方式[5]。

3.3 附屬結(jié)構(gòu)

①護欄，要滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范，并需在梁體支架全部拆掉后才能開始作業(yè)。另外，現(xiàn)場要控制好伸縮縫的寬度，注意留出槽口。而在斷縫及伸縮縫的位置，利用適宜的材料進行填充，不可出現(xiàn)多余砂漿。②預埋件，施工中應保證其測量位置的準確性。

4 結(jié)語

新馬單大橋?qū)砂毒用窀玫剡B接起來，進一步完善當?shù)氐慕煌ňW(wǎng)絡。根據(jù)該項目的施工設計需要，該橋梁為V 形墩剛構(gòu)橋，該項目施工時，嚴格按照建設工序及設計標準進行施工，提前確定安全風險點，做好預防工作，在保障施工質(zhì)量的同時，確保了作業(yè)安全性，最終很好地完成了施工任務。