掛籃懸澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁設(shè)計(jì)與施工探討

張河錦

（余姚市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 寧波 315040）

1 工程概況

蘭江大橋所跨姚江為規(guī)劃限制Ⅲ級(jí)航道，通航凈寬60 m，凈高7 m，設(shè)計(jì)最高通航水位1.32 m，河道與路線交角為100°，橋梁采用正交布置，主橋布跨為（55+90+55）m，橋址區(qū)地層上部為粉質(zhì)黏土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，其下為砂類土，底層為粉質(zhì)黏土夾砂礫及不同風(fēng)化程度的安山玢巖。其主橋橋型如圖1 所示。

圖1 主橋橋型圖（單位：cm）

2 橋梁構(gòu)造設(shè)計(jì)

2.1 主梁梁高的擬定

蘭江大橋主橋上部結(jié)構(gòu)為（55+90+55）m 三跨PC 變截面連續(xù)箱梁，變截面箱梁梁底曲線的選擇，主要可以改善主梁截面受力，對(duì)截面應(yīng)力狀況較為敏感，如L/4 附近斷面的主應(yīng)力指標(biāo)尤為明顯，所以合理選擇梁底線形，是做好連續(xù)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要前提。目前一般將拋物線參數(shù)取值為1.5～2。

根據(jù)以上情況，蘭江大橋箱梁根部梁高采用5.5 m，跨中梁高采用2.5 m，箱梁梁高從跨中2.5 m至距主墩中心1.75 m 處按1.8 次拋物線變化。其梁高尺寸構(gòu)造如圖2 所示。

圖2 梁高尺寸構(gòu)造（單位：cm）

2.2 主梁橫斷面的擬定

蘭江大橋主橋由上、下行分離的兩個(gè)單箱雙室箱型截面組成，橋梁的寬度根據(jù)總體設(shè)計(jì)及功能定位確定，并結(jié)合《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行擬定，本項(xiàng)目設(shè)置單向3 車道+非機(jī)動(dòng)車道，單幅全寬18.25 m，懸臂3.125 m，箱梁底寬12 m。其標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖3 所示。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位：cm）

2.3 其余構(gòu)造尺寸的擬定

主橋梁高及斷面尺寸基本確定后，頂板、底板、腹板的厚度，應(yīng)充分結(jié)合箱室跨度、三向預(yù)應(yīng)力鋼束的布置空間及主梁的受力需要合理選擇。根據(jù)本項(xiàng)目的初步配束估算，結(jié)合鋼束布置最為密集的0 號(hào)塊鋼束斷面布置，蘭江大橋頂板厚0.28 m，設(shè)2%的橫坡；底板寬12.00 m，厚度由0.28 m 從跨中至距主墩中心3.25 m 范圍按1.8 次拋物線變化成0.7 m；腹板厚度1～7 號(hào)塊為0.70 m，10～13 號(hào)塊為0.50 m，在8～9號(hào)塊件范圍內(nèi)由0.7m 按直線變化到0.5 m。翼緣板懸臂長(zhǎng)為3.125 m，二次漸變厚度，端部厚0.18 m，中部厚度0.4 m，根部厚0.65 m。除在主墩及邊墩頂分別設(shè)置一道厚2.5 m 和1.5 m 的橫梁外，其余部位均不設(shè)橫隔板。

3 橋梁配筋設(shè)計(jì)

3.1 縱向預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)

懸澆連續(xù)梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括縱向頂板束、腹板束，邊、中跨底板束，合龍束。其中，縱向頂板束、腹板束布置的根數(shù)與布置方式及節(jié)段數(shù)量息息相關(guān)。根據(jù)本項(xiàng)目的節(jié)段劃分及鋼束布置形式，鋼束斷面布置如圖4 所示。

圖4 鋼束斷面布置圖（單位：cm）

3.2 豎向預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)

豎向預(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)主要起到抗剪及改善主拉應(yīng)力的作用。其布置要點(diǎn)主要在于應(yīng)與腹板中心居中或者對(duì)稱布置，避免對(duì)腹板產(chǎn)生預(yù)偏心作用引起次內(nèi)力，導(dǎo)致腹板出現(xiàn)水平縱向裂縫。同時(shí)，腹板束為梁高范圍內(nèi)布置，鋼束長(zhǎng)度較短，預(yù)應(yīng)力損失較大，容易引起豎向預(yù)應(yīng)力的較大損失甚至失效。

本項(xiàng)目采用傳統(tǒng)φ32 mm 的精軋螺紋鋼（縱向布置間距0.75 m），錨具變形、鋼束回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失較難控制。目前隨著高強(qiáng)鋼棒等新材料的應(yīng)用，其低回縮量（≤1 mm）的特點(diǎn)，可有效減少預(yù)應(yīng)力損失，提高可靠性。筆者認(rèn)為，該材料值得在短束預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)進(jìn)行推廣。

3.3 橫向預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)

橫向預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)主要取決于箱梁懸臂長(zhǎng)度及箱室的跨度。經(jīng)查閱相關(guān)案例，目前此類橋梁的懸臂長(zhǎng)度普遍取值范圍為2.5～4.5 m，除早期個(gè)別小于3 m的案例采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外，其余均設(shè)置了橫向橋面板預(yù)應(yīng)力。

本項(xiàng)目懸臂為3.125 m，懸臂根部厚度為0.65 m，設(shè)計(jì)采用3φs15.2 鋼絞線，間距0.75 m 布置。筆者結(jié)合本橋橋面板計(jì)算分析對(duì)比得知，橋面板受力控制的關(guān)鍵因素在于懸臂的大小及懸臂根部的尺寸，建議預(yù)應(yīng)力橋面板設(shè)計(jì)時(shí)，懸臂根部尺寸不小于0.6 m較為妥當(dāng)。

4 設(shè)計(jì)要點(diǎn)及施工注意事項(xiàng)

4.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討

4.1.1 合理邊中比的確定

通常此類結(jié)構(gòu)的布跨，首先會(huì)根據(jù)跨越河道、被交路或其他構(gòu)造物確定橋梁主跨L。此時(shí)從結(jié)構(gòu)合理性角度出發(fā)，邊跨跨徑宜采用（0.55～0.62）L 較為適宜。

若邊中比過(guò)小，將會(huì)導(dǎo)致邊支點(diǎn)出現(xiàn)負(fù)反力，需對(duì)邊支點(diǎn)進(jìn)行壓重。若邊中比過(guò)大，將會(huì)增加邊跨支架現(xiàn)澆段的長(zhǎng)度，不僅增加了施工成本，也降低了掛籃的使用率，并且一定程度上會(huì)對(duì)邊跨受力產(chǎn)生不利影響，故在主橋布跨時(shí)，合理的邊中比尤為重要。若橋墩布置位置受限，導(dǎo)致邊中比過(guò)大或者過(guò)小，應(yīng)采取有效的技術(shù)措施確保結(jié)構(gòu)的安全及合理性。

4.1.2 三向預(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)及細(xì)節(jié)

三向預(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行布置，但在設(shè)計(jì)過(guò)程中，容易出現(xiàn)鋼束打架的情況。當(dāng)然，隨著BIM 軟件在工程中的應(yīng)用，對(duì)于碰撞檢查起到了很好的核查作用，此類問(wèn)題會(huì)逐漸減少。

目前在建項(xiàng)目關(guān)于保護(hù)層的控制方面，施工單位往往傾向于正向誤差，故在構(gòu)造尺寸擬定中適當(dāng)增加頂?shù)装?、腹板厚度，?duì)鋼束布置及混凝土下料振搗意義重大。

對(duì)于預(yù)應(yīng)力張拉方面，應(yīng)秉承縱向、橫向、豎向的理念。另外，為了改善節(jié)段間的縱向收縮裂縫及施工工期，建議混凝土強(qiáng)度及彈性模量達(dá)到85%及7d齡期即可張拉節(jié)段縱向鋼束。

4.1.3 0 號(hào)塊臨時(shí)錨固系統(tǒng)設(shè)計(jì)

近年來(lái)，懸澆連續(xù)梁傾覆的案例仍時(shí)有發(fā)生，發(fā)生該事故的直接原因就是0 號(hào)塊錨固體系的失效。目前0 號(hào)塊臨時(shí)錨固體系在設(shè)計(jì)階段不夠重視或者由施工單位自行設(shè)計(jì)施工，一定程度上帶來(lái)了橋梁施工過(guò)程中的傾覆隱患，所以應(yīng)充分重視臨時(shí)固結(jié)設(shè)計(jì)，明確偏載工況，臨時(shí)支墩布置時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離中支點(diǎn)，以提升傾覆力矩，增強(qiáng)抗傾覆能力。值得注意的是，為了利于臨時(shí)固結(jié)支墩的設(shè)計(jì)，建議在下部結(jié)構(gòu)承臺(tái)尺寸設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增大縱橋向?qū)挾?，便? 號(hào)塊及臨時(shí)固結(jié)體系的施工。

4.2 施工注意事項(xiàng)探討

4.2.1 主墩承臺(tái)、墩身基坑施工

掛籃懸澆連續(xù)梁主墩承臺(tái)往往尺寸較大，基坑深度較深，在深基坑施工時(shí)應(yīng)按照審批后的基坑施工方案執(zhí)行。必要時(shí)委托第三方對(duì)基坑設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)算，同時(shí)嚴(yán)格控制基坑周邊臨時(shí)堆載指標(biāo)，合理設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確?；拥氖┕ぐ踩?。

4.2.2 施工過(guò)程中鋼束張拉

施工過(guò)程中，因掛籃主體及行走系統(tǒng)的存在，往往無(wú)法及時(shí)張拉豎向及橫向預(yù)應(yīng)力。鑒于實(shí)際施工情況，建議豎向及橫向預(yù)應(yīng)力張拉滯后節(jié)段應(yīng)控制在2 個(gè)以內(nèi)，特別是橋面板橫向預(yù)應(yīng)力，因大跨度箱梁懸臂尺寸往往較大，長(zhǎng)時(shí)間處于非預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，若臨時(shí)荷載堆放控制不嚴(yán)，將帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患，故應(yīng)盡早張拉。

對(duì)于縱向鋼束張拉方面，因節(jié)段施工周期較短，建議在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度、彈模、齡期后，即可進(jìn)行張拉，然后掛籃前移就位，再進(jìn)行管道灌漿，一來(lái)可節(jié)約工期，二來(lái)可減小管道壓漿料初凝前的擾動(dòng)。

4.2.3 合龍段施工

在合龍段施工時(shí)，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙的要求，一般應(yīng)按照先邊后中的合龍方式，并按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行配重，在一天氣溫較低時(shí)邊澆筑混凝土邊卸載。

邊跨合龍時(shí)，待勁性骨架鎖定后，即可解除邊支點(diǎn)支座的臨時(shí)縱向約束，確保支座正常滑移。

0 號(hào)塊臨時(shí)固結(jié)解除時(shí)機(jī)與中跨合龍段施工的先后順序應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求執(zhí)行，若需改變，應(yīng)征得設(shè)計(jì)單位的同意，并符合監(jiān)控計(jì)算模型的工序及指令單要求，方可進(jìn)行下一步施工。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于大跨度掛籃懸澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，雖然設(shè)計(jì)技術(shù)及施工工藝都較為成熟，但無(wú)論在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)方面，還是在施工過(guò)程控制中，仍有諸多值得細(xì)化和注意的內(nèi)容。

（1）在此類橋梁設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理確定主橋的邊中比，使橋梁處于良好的受力狀態(tài)，確保結(jié)構(gòu)的合理性及經(jīng)濟(jì)性。

（2）構(gòu)造尺寸的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)三向預(yù)應(yīng)力鋼束布置的需要，結(jié)合耐久性的設(shè)計(jì)要求，除滿足規(guī)范計(jì)算指標(biāo)要求外，還應(yīng)充分考慮混凝土澆筑質(zhì)量的可控性；在下部結(jié)構(gòu)尺寸擬定時(shí)，應(yīng)充分考慮0 號(hào)塊支模體系、臨時(shí)固結(jié)體系、塔吊等施作空間，宜采用永臨結(jié)合，為后期施工提供良好的條件，此舉亦可增加施工過(guò)程中的安全度和施工質(zhì)量的可靠性。

（3）雖然前期設(shè)計(jì)階段對(duì)于鋼束、鋼筋的碰撞檢查可有效地避免鋼筋沖突，但現(xiàn)場(chǎng)依舊難免會(huì)出現(xiàn)交叉，如鋼束錨固平彎區(qū)與豎向預(yù)應(yīng)力的沖突、橫梁區(qū)域骨架與鋼束的沖突等，施工時(shí)應(yīng)分清鋼筋主次、以次避主、適當(dāng)調(diào)整的原則。

（4）節(jié)段施工的懸澆箱梁，因頂板頂面施工平整度質(zhì)量較難保證，且在節(jié)段施工過(guò)程中需逐段修正掛籃立模標(biāo)高。成橋后橋梁立面呈現(xiàn)出折線狀，形成一定的積水帶，導(dǎo)致橋面鋪裝產(chǎn)生早期破壞，故高性能混凝土等新材料在橋面鋪裝的應(yīng)用方面值得進(jìn)一步思考。