山區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工技術(shù)

陳誠， 杜磊， 杜晶

(1.中交第二航務(wù)工程局有限公司， 湖北 武漢 430012； 2.中咨華科交通建設(shè)技術(shù)有限公司)

連續(xù)剛構(gòu)橋兼具連續(xù)梁橋和T形剛構(gòu)的受力特點(diǎn)，墩身與主梁形成連續(xù)剛架，承受上部結(jié)構(gòu)及車輛荷載，主梁多為連續(xù)箱形結(jié)構(gòu)，其跨度通常設(shè)計(jì)為100～300 m，工程造價(jià)較其他橋型經(jīng)濟(jì)，在山區(qū)應(yīng)用廣泛。連續(xù)剛構(gòu)橋上部結(jié)構(gòu)0#塊多采用托架法施工，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段多采用后支點(diǎn)掛籃進(jìn)行施工，邊中跨合龍段多采用吊架法或掛籃法進(jìn)行施工，邊跨現(xiàn)澆段多采用支架法、托架法進(jìn)行施工。

受限于山區(qū)復(fù)雜地形，山區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋通常橋墩較高且處于陡坡狹窄地形，部分剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段設(shè)計(jì)長度大，支架法施工面臨風(fēng)險(xiǎn)大和不經(jīng)濟(jì)問題，托架法在邊跨現(xiàn)澆段長度較大時(shí)安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)高且過渡墩偏載情況嚴(yán)重。因此有必要針對山區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋特點(diǎn)，結(jié)合邊跨現(xiàn)澆段所處地形地貌、梁段結(jié)構(gòu)形式、梁段尺寸、過渡墩高、邊跨合龍方法等，分析邊跨現(xiàn)澆段施工方法適用范圍及具體施工步驟。

1 工程概況

貴州魏家寨特大橋主橋?yàn)?88+160+88) m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋，橋面寬為16.5 m，箱梁根部高為10 m，端部高為3.6 m。箱梁采取后支點(diǎn)菱形掛籃懸澆施工，懸澆梁段分別為8×3.5 m、4×4.0 m和6×4.5 m，邊中跨對稱懸澆施工71 m(18個(gè)節(jié)段)，邊中跨合龍段長度均為2 m。邊跨現(xiàn)澆段長度為7 m，最大懸臂長度為4.65 m，邊跨現(xiàn)澆段及邊跨合龍段梁高不變化。箱梁設(shè)置3向預(yù)應(yīng)力，通過邊跨現(xiàn)澆段和邊跨合龍段的預(yù)應(yīng)力有頂板縱向束ST1～ST4、底板縱向束SB1～SB2；通過中跨合龍段的預(yù)應(yīng)力有頂板CT1～CT2束、底板CBP和CB束，邊中跨合龍束均通過齒塊錨固于頂?shù)装濉?/p>

主墩高度分別為103 m和93 m，為雙肢空心薄壁墩形式，墩間設(shè)系梁，截面尺寸為10 m×3.5 m。引橋和主橋間設(shè)置過渡墩，墩身采用等截面空心薄壁墩，截面尺寸為8.0 m×3.0 m，過渡墩最大墩高為55 m。魏家寨特大橋橋型布置見圖1。

圖1 魏家寨特大橋橋型布置圖(單位：cm)

2 邊跨現(xiàn)澆段施工方法

針對55 m高墩處長7 m邊跨現(xiàn)澆段施工擬定以下4種施工方案，下文分別介紹其施工步驟、適用范圍及施工優(yōu)缺點(diǎn)。

2.1 方案1：支架法施工

方案1采用落地支架進(jìn)行施工，支架立面布置見圖2，主要施工步驟如下：① 承臺(tái)及墩柱施工時(shí)預(yù)埋柱底埋件和扶墻埋件；② 人工挖孔灌注樁施工；③ 搭設(shè)落地少支架和翼板滿堂支架，鋪設(shè)模板；④ 鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道、支座安裝；⑤ 混凝土澆筑；⑥ 設(shè)置剛性支撐利用掛籃進(jìn)行邊跨合龍，混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后張拉邊跨合龍束；⑦ 利用掛籃進(jìn)行中跨合龍。

圖2 59.2 m支架立面布置圖(單位：cm)

2.2 方案2：托架法施工

方案2采用托架進(jìn)行施工，托架布置見圖3，主要施工步驟如下：① 墩柱及蓋梁施工時(shí)預(yù)埋托架錨板錨筋；② 安裝托架和翼板滿堂支架，鋪設(shè)模板；③ 鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道、支座安裝；④ 過渡墩另一側(cè)同步配重，混凝土澆筑；⑤ 設(shè)置剛性支撐利用掛籃進(jìn)行邊跨合龍，混凝土強(qiáng)度達(dá)到后張拉邊跨合龍束；⑥ 利用掛籃進(jìn)行中跨合龍。

圖3 7 m現(xiàn)澆段大懸臂托架布置示意圖(單位：mm)

2.3 方案3：吊架法施工

方案3將邊跨現(xiàn)澆段和邊跨合龍段采用吊架同步施工，為規(guī)避邊跨現(xiàn)澆段施工造成T構(gòu)不平衡彎矩過大，改變合龍順序，先進(jìn)行中跨合龍形成門式剛架抵抗不平衡施工彎矩。吊架布置見圖4，主要施工步驟如下：① 邊中跨對稱懸澆至18#塊；② 中跨合龍，混凝土強(qiáng)度達(dá)到后張拉中跨合龍束；③ 吊架和翼板支架安裝，鋪設(shè)模板系統(tǒng)；④ 鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道、支座安裝；⑤ 邊跨現(xiàn)澆段和邊跨合龍段混凝土澆筑；⑥ 混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后張拉邊跨合龍束。

圖4 現(xiàn)澆段和合龍段整體施工吊架布置示意圖(單位：cm)

2.4 方法4：不平衡梁段法施工

方案4采取設(shè)計(jì)變更的方式，將邊跨增加3.5 m懸澆節(jié)段(即19#塊)，邊跨合龍段相應(yīng)向邊跨移動(dòng)3.5 m，邊跨現(xiàn)澆段長度縮短為3.5 m，邊跨18#塊懸澆預(yù)應(yīng)力延伸至19#塊錨固。邊跨19#塊采取掛籃懸澆法進(jìn)行施工，減短后的邊跨現(xiàn)澆段采取墩頂小托架施工，邊跨合龍段采取掛籃進(jìn)行合龍。邊中跨不平衡彎矩采取中跨配重方式解決。不平衡梁段法施工示意圖見圖5，減短后邊跨現(xiàn)澆段托架施工示意圖見圖6，主要施工步驟如下：① 邊中跨對稱懸澆至18#塊；② 邊跨掛籃前移，中跨17#、18#塊設(shè)置配重水箱，施工邊跨19#塊； ③ 懸澆19#塊時(shí)，同步安裝邊跨現(xiàn)澆段托架和翼板支架，鋪設(shè)模板系統(tǒng)；④ 鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道、支座安裝；⑤ 邊跨現(xiàn)澆段混凝土澆筑；⑥ 設(shè)置剛性支撐利用掛籃進(jìn)行邊跨合龍，混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后張拉邊跨合龍束；⑦ 中跨不對稱懸澆配重解除；⑧ 利用掛籃進(jìn)行中跨合龍。

圖5 不平衡梁段法施工示意圖(單位：cm)

圖6 3.5 m現(xiàn)澆段托架示意圖(單位：cm)

3 方案比選

3.1 方案對比分析

針對幾種連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工方案，從方案設(shè)計(jì)、是否配重、合龍順序、安全性、施工成本方面進(jìn)行綜合對比分析，結(jié)果如表1所示。

表1 邊跨現(xiàn)澆段施工方案對比分析

3.2 方案優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍

3.2.1 支架法(方案1)優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍

(1) 施工優(yōu)缺點(diǎn)

① 能適應(yīng)7 m長梁段施工，過渡墩只承受墩頂梁段荷載，過渡墩側(cè)無需采取配重措施；② 現(xiàn)澆段下地形坡度大，需要施工4根10 m長直徑為1 m的挖孔灌注樁。且鋼結(jié)構(gòu)支架施工材料耗費(fèi)大，不經(jīng)濟(jì)；③ 支架高度達(dá)到59.2 m，溫度對支架變形影響大，支架設(shè)計(jì)需考慮溫度影響，確保梁段線形；④ 邊跨合龍時(shí)支架承受合龍段一半荷載，受力簡明。

(2) 適用范圍

當(dāng)橋面高度低，過渡墩底處地形地質(zhì)條件好，地基承載力良好，邊跨現(xiàn)澆段長度較長時(shí)較為適用。邊跨現(xiàn)澆段根據(jù)實(shí)際條件亦可選擇滿堂支架法進(jìn)行施工。

3.2.2 托架法(方案2)優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍

(1) 施工優(yōu)缺點(diǎn)

① 7 m節(jié)段現(xiàn)澆大型托架對預(yù)埋件施工的預(yù)埋位置和施工質(zhì)量要求高，是該方案重大風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)；② 墩高較高時(shí)，托架支點(diǎn)反力給墩頂帶來較大彎矩，墩身混凝土有出現(xiàn)拉應(yīng)力風(fēng)險(xiǎn)，混凝土澆筑時(shí)通常需在過渡墩另一側(cè)進(jìn)行配重，配重需配合混凝土澆筑速度以規(guī)避偏載風(fēng)險(xiǎn)；③ 較支架法節(jié)省基礎(chǔ)處理及支架搭設(shè)材料，經(jīng)濟(jì)性好；④ 托架法荷載組合復(fù)雜，特別是溫度效應(yīng)對托架產(chǎn)生附加應(yīng)力不便于計(jì)算；托架和空心墩預(yù)埋件和預(yù)埋件處混凝土受力需進(jìn)行專項(xiàng)計(jì)算。

(2) 適用范圍

當(dāng)現(xiàn)澆段下地形地質(zhì)復(fù)雜、橋面高度高、現(xiàn)澆段長度較短時(shí)較為適用?，F(xiàn)澆段過長對過渡墩偏壓嚴(yán)重需采取配重壓載時(shí)不推薦使用該方法。

3.2.3 吊架法(方案3)優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍

(1)施工優(yōu)缺點(diǎn)

① 同步澆筑邊跨合龍和邊跨現(xiàn)澆段。施工方法簡單，能節(jié)約工期；② 中跨先行合龍要求高，與傳統(tǒng)合龍順序不一致，邊跨現(xiàn)澆段和合龍段施工增大了邊跨施工階段荷載，而中跨先行合龍減小了主梁彎矩，主梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力需進(jìn)行大量計(jì)算來復(fù)核；③ 邊跨現(xiàn)澆段和邊跨合龍段長度累計(jì)達(dá)9 m，對吊架材料強(qiáng)度和剛度要求高，吊架設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，通常不經(jīng)濟(jì)；④ 主梁預(yù)應(yīng)力整體布置無需調(diào)整，但需在中跨合龍段預(yù)應(yīng)力施工完成后進(jìn)行邊跨現(xiàn)澆段及合龍段施工；⑤ 需考慮采取一定的措施以保證9 m長的混凝土梁一端支撐在墩頂上(不動(dòng)支點(diǎn))，另一端支撐在懸臂梁上(動(dòng)支點(diǎn))，梁體線形及梁體不開裂。

(2) 適用范圍

當(dāng)現(xiàn)澆段下地形地質(zhì)復(fù)雜、橋面高度高、現(xiàn)澆段和合龍段累計(jì)長度較長時(shí)適用。該方案通常需要設(shè)計(jì)和監(jiān)控單位參與計(jì)算，確保成橋線形。

3.2.4 不平衡梁段法(方案4)優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍

(1) 施工優(yōu)缺點(diǎn)

① 設(shè)計(jì)和計(jì)算工作量大，懸臂端主梁承受額外荷載，需重新復(fù)核0#塊處混凝土應(yīng)力增量，同時(shí)需調(diào)整新澆懸澆段內(nèi)預(yù)應(yīng)力，以滿足主梁受力要求并保證梁體線形；② 該方案雖然不改變邊中跨合龍順序，但中跨配重+邊跨懸澆同步控制施工難度大，配重過程為動(dòng)態(tài)過程，需減少對梁段擾動(dòng)；③ 采取邊跨增加懸澆段方法減小了邊跨現(xiàn)澆段長度，改善了現(xiàn)澆段托架施工對墩柱偏載情況，現(xiàn)澆段托架施工不用在過渡墩對稱壓載；④ 規(guī)避了超大托架施工安全風(fēng)險(xiǎn)，也極大地減少了托架施工材料，經(jīng)濟(jì)效益好。

(2) 適用范圍

當(dāng)現(xiàn)澆段設(shè)計(jì)長度較長，若采用超大托架且過渡墩需要配重施工時(shí)可考慮采用此方法，該方法不是常規(guī)施工方法，通常在方案1、2、3均不適用時(shí)采用。一般情況多是通過設(shè)計(jì)變更增加懸澆段以減少合龍段長度，設(shè)計(jì)變更工作量大。設(shè)計(jì)階段亦可考慮改變合龍順序，以抵抗邊跨不平衡梁段附加結(jié)構(gòu)彎矩，規(guī)避配重施工。

3.3 方案比選

通過對4種施工方案設(shè)計(jì)難度、優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍等進(jìn)行對比分析，結(jié)合現(xiàn)場情況進(jìn)行方案比選(表2)。

表2 方案比選結(jié)果

除前期設(shè)計(jì)變更工作外，方案4施工最為簡便經(jīng)濟(jì)，施工關(guān)鍵點(diǎn)為不平衡澆筑過程同步配重施工，變更設(shè)計(jì)需驗(yàn)算主梁混凝土增量，是否造成主梁不利拉應(yīng)力產(chǎn)生。

4 不平衡梁段法施工過程分析

采用Midas/Civil進(jìn)行魏家寨特大橋施工階段分析，建立3跨連續(xù)剛構(gòu)整體計(jì)算模型，計(jì)算模型包括橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)，分別模擬施工階段中梁段澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、掛籃荷載施加、橋面施工等，進(jìn)行施工階段分析。重點(diǎn)分析18#塊施工完成及新增3.5 m懸澆段(19#塊)T構(gòu)應(yīng)力和位移變化，18#塊中跨配重通過作用在18#塊端的集中荷載和附加彎矩進(jìn)行模擬。

4.1 不平衡梁段配重懸澆施工過程分析

采取方案4施工，需要分析19#塊127 t不平衡梁段配重施工是否造成梁段拉應(yīng)力產(chǎn)生，同時(shí)分析不平衡梁段懸澆時(shí)T構(gòu)梁段的位移變化(圖7、8)。

圖7 18#、19#塊懸澆完成梁單元應(yīng)力變化

圖8 18#、19#塊懸澆完成梁單元位移變化

由圖7可知：19#塊懸澆完成，梁段0#塊、1#塊壓應(yīng)力減小，2#～17#塊壓應(yīng)力增大，18#塊壓應(yīng)力減小，最大壓應(yīng)力為11.3 MPa，最小壓應(yīng)力為0.55 MPa，梁段無拉應(yīng)力出現(xiàn)。

由圖8可知：19#塊懸澆完成，梁單元位移較18#塊施工完成Z方向位移整體增大，最大達(dá)到77.8 mm，較18#塊施工完成位移增加54.8 mm，這就需要在施工過程中調(diào)整梁段預(yù)拱度或增設(shè)預(yù)應(yīng)力，以確保成橋線形。

4.2 主梁預(yù)應(yīng)力調(diào)整

在主跨增加配重措施，同時(shí)要對主梁懸臂施工線形設(shè)置及控制進(jìn)行調(diào)整，才能滿足全橋成橋線形。主橋線形依據(jù)監(jiān)控指令預(yù)抬梁面標(biāo)高來確保合龍口標(biāo)高一致，節(jié)段應(yīng)力通過調(diào)整局部預(yù)應(yīng)力達(dá)到目的。

主梁預(yù)應(yīng)力縱向T束在18#塊末端使用連接器接長，接長預(yù)應(yīng)力沿橋梁縱向直線布置，在新增3.5 m懸澆段張拉錨固。主梁其余預(yù)應(yīng)力布置不變。

5 結(jié)論

以魏家寨特大橋邊跨現(xiàn)澆段施工方案為例，歸納總結(jié)了山區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工方案，并給出各種施工方案施工步驟、施工優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，得出以下結(jié)論：

(1) 邊跨現(xiàn)澆段施工方法多樣，方法選取可依據(jù)實(shí)際情況考慮，但需綜合考慮方案設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度、施工成本、施工安全風(fēng)險(xiǎn)等因素，有針對性地分析選取。

(2) 不平衡梁段施工方法能有效減短邊跨現(xiàn)澆段長度，減弱過渡墩邊跨現(xiàn)澆段托架施工時(shí)的偏載，該方法屬于設(shè)計(jì)優(yōu)化的一種施工方法。該方法需增加模型分析工作量，同時(shí)新澆梁段位移增量大，可采取調(diào)整預(yù)拱度和增設(shè)預(yù)應(yīng)力方式進(jìn)行克服；另外新增懸澆段施工時(shí)需在中跨同步配重，對過程控制要求高。采用該方法施工需加強(qiáng)施工監(jiān)控，以減小施工質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)。