大跨度預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆橋梁簡(jiǎn)支箱梁施工技術(shù)研究

李學(xué)鈺/ LI Xueyu

（中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司，北京 101300）

采用現(xiàn)澆橋梁簡(jiǎn)支箱梁施工技術(shù)進(jìn)行整體橋梁施工，是目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的一種橋梁施工工藝，主要進(jìn)行大跨度預(yù)應(yīng)力橋梁技術(shù)工程施工。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的大跨度預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆橋梁簡(jiǎn)支箱梁施工技術(shù)設(shè)計(jì)方案。不過(guò)最近幾年，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)城市立交橋、過(guò)街天橋等橋梁的修建也越來(lái)越多，橋梁跨度也隨之越來(lái)越大。然而在有些情況下，由于不能對(duì)施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析和研究，從而造成了一些工程事故的頻發(fā)，其中大跨度橋梁的坍塌事故也占據(jù)了一定的比重。由于高速鐵路的大量應(yīng)用，因此有必要對(duì)國(guó)內(nèi)大多數(shù)高速鐵路橋梁采用的混凝土簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力箱梁的施工技術(shù)進(jìn)行深入的研究。施工技術(shù)的優(yōu)劣直接影響到工程的質(zhì)量，要想提高高速鐵路箱梁的施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，降低工程造價(jià)，就需要一種優(yōu)良的施工技術(shù)，并加以改進(jìn)，從而產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。例如安徽省休寧縣寧河大橋就采用了簡(jiǎn)支箱梁現(xiàn)澆技術(shù)進(jìn)行施工，具有一定的施工效果[1]。因此，本文現(xiàn)提出大跨度預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆橋梁簡(jiǎn)支箱梁施工技術(shù)研究。

1 工程概況

某大跨度橋梁的區(qū)段18～25 號(hào)墩的橋跨為跨徑的四跨預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆橋梁簡(jiǎn)支箱梁，下端采用自壓樁基和自重橋墩，上端為兩幅分開(kāi)的單箱單室箱梁，兩側(cè)箱體上翼緣間距為5cm，上端為兩幅分開(kāi)的單箱單室箱梁。箱梁的寬度為12.67m，底部寬度為6.3m，在橫橋方向上，箱梁的底部是水平的，頂部是3%的單向斜率，它是由不同高度的腹板構(gòu)成的，箱梁的中心軸為130m，中間的跨度為3.5m，在21、22 號(hào)橋墩的支點(diǎn)處，梁的高度為6.8m，兩側(cè)的跨度為2.8m，面板的厚度為25～40cm，底部的厚度為30～58cm，梁下弦為一條圓曲線，底部的厚度也為一條圓曲線。腹板厚度在45～65cm 之間。

在中支點(diǎn)21、22 號(hào)墩的兩端和130m 的跨距上，分別設(shè)置一塊厚度為155cm 的隔板。在各橫梁中間開(kāi)有一個(gè)貫穿入料孔。箱梁在縱向和橫向方向上均采用雙向預(yù)應(yīng)力。箱形梁頂板、腹板及底板縱向綁扎用15-655 鋼索，橫梁使用23mm 的預(yù)應(yīng)力鋼絲條，在22、23 號(hào)墩的1～4 號(hào)墩附近，設(shè)垂直預(yù)應(yīng)力筋，使用的是IV 級(jí)冷拉式垂直預(yù)應(yīng)力筋。梁身混凝土采用C45，滿足新規(guī)范C 級(jí)要求。

2 大跨度預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆橋梁簡(jiǎn)支箱梁施工技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 搭設(shè)混凝土結(jié)構(gòu)模板支架

伴隨著交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，不僅是汽車(chē)的數(shù)量在迅速增長(zhǎng)，同時(shí)汽車(chē)的載重也在不斷地增大，大量的橋梁因?yàn)樵O(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低，設(shè)計(jì)承載力達(dá)不到目前的交通需求，已經(jīng)出現(xiàn)了不同程度的病害，無(wú)法滿足使用要求，必須降低使用標(biāo)準(zhǔn)，或者對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和加固。本文介紹了一種基于大跨度預(yù)應(yīng)力的現(xiàn)澆橋梁施工方法[2]。目前，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家和學(xué)者們對(duì)該計(jì)算模式的確定還存在著諸多疑問(wèn)，難以形成共識(shí)，導(dǎo)致該方法不能得到廣泛應(yīng)用，直接影響到施工的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[3]。因此，對(duì)橋梁的混凝土結(jié)構(gòu)模板的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法進(jìn)行深入的研究就顯得尤為重要?，F(xiàn)澆橋梁簡(jiǎn)支箱梁的施工流程為：支架搭設(shè)→鋪設(shè)底?！惭b鋼筋→澆筑混凝土→預(yù)應(yīng)力張拉→管道壓漿→澆封梁端混凝土。

基于升板式建筑結(jié)構(gòu)群柱穩(wěn)定性的研究結(jié)果，推導(dǎo)出多層排架模板模型。將多層排架組合在一起，將其簡(jiǎn)化為等代柱模型，每一端都有鉸接。等代柱模型以多層柱模型的排架柱高度為長(zhǎng)度的計(jì)算值，以每一根排架柱的剛度之和為剛度的計(jì)算值[4]。這一類(lèi)型的排架模板簡(jiǎn)單明了，便于實(shí)踐運(yùn)用，并具有很好的可視性。這種設(shè)計(jì)方法所需的長(zhǎng)度比規(guī)范所要求的要大得多，因此所得到的穩(wěn)定承載力也比規(guī)范所要求的要小得多，在許多情況下都會(huì)出現(xiàn)偏離。所有的計(jì)算模式都要依賴(lài)于實(shí)際施工項(xiàng)目，只有這樣才具有現(xiàn)實(shí)的意義。到目前為止，這種方法均缺乏實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的支撐。目前對(duì)大跨度現(xiàn)澆橋梁工程的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法，基本上都是按照工程規(guī)范進(jìn)行施工[5]。

在工程中，超過(guò)5m的混凝土模板支架結(jié)構(gòu)，在每隔5 排立桿的同時(shí)，從頂層向下，每隔3 個(gè)步距設(shè)置一道水平剪刀撐，在模型中只設(shè)置了水平向剪刀撐，對(duì)相對(duì)桿間距不同與步距不同展開(kāi)了對(duì)比分析[6]。作用在該混凝土模板支架上的荷載包括：靜荷載、風(fēng)荷載、活荷載，可以計(jì)算出該支架的穩(wěn)定性，其計(jì)算公式如下。

其中，φ代表軸心受壓支架的穩(wěn)定系數(shù)，n表示支架的軸心壓力設(shè)計(jì)值，q表示混凝土模板支架抗壓強(qiáng)度計(jì)算值。

施工前對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)和安全培訓(xùn)，提高模板支架搭設(shè)的效率和安全性。

2.2 現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁預(yù)應(yīng)力張拉

由于大跨度的現(xiàn)澆橋梁簡(jiǎn)支箱梁的混凝土質(zhì)量比較大，因此采用了連續(xù)澆筑的方法。第一次凝固前需要完成全部混凝土澆筑。在對(duì)箱梁混凝土進(jìn)行澆筑時(shí)，按照腹板、底板、腹板、頂板依次澆筑的順序進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉的施工。圖1 為簡(jiǎn)支箱梁澆筑混凝土的橫切示意圖。

圖1 簡(jiǎn)支箱梁澆筑混凝土

在橋梁施工過(guò)程中，應(yīng)采取預(yù)應(yīng)力整體張拉的方法。張拉時(shí)，要使起重器的軸心、工作錨桿和工具錨桿的中心線一致。在張拉前，對(duì)鋼絞線和錨桿的種類(lèi)和數(shù)量進(jìn)行了合理的選擇，并選用了具有2 000MPa，公稱(chēng)直徑13m 的低松弛高強(qiáng)度鋼絞線。錨桿選擇了M08-3 型和M12-1 型圓錨及與之相匹配的附件。預(yù)應(yīng)力管道在錨固后，通過(guò)焊接的方法將錨固好。在簡(jiǎn)支箱梁的混凝土全部澆注完畢，其強(qiáng)度在設(shè)計(jì)強(qiáng)度85%以上，并且混凝土齡期至少5 天以上后，才能張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋。在簡(jiǎn)支箱梁中，所有預(yù)應(yīng)力鋼筋都要在兩頭同時(shí)張拉，并且要把張拉應(yīng)力控制在設(shè)計(jì)應(yīng)力的80%以上。在張拉時(shí)，應(yīng)對(duì)張拉的應(yīng)力與伸長(zhǎng)進(jìn)行有效的控制。張拉完畢后，進(jìn)行注漿，用C45 水泥壓漿，并在注漿完畢后，對(duì)注漿質(zhì)量進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，并對(duì)注漿后的水泥強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試。

最后的張拉工作是在簡(jiǎn)支箱梁的彈性模量達(dá)到100%強(qiáng)度后，混凝土的強(qiáng)度也達(dá)到了預(yù)定的數(shù)值之后完成的。當(dāng)張拉力到達(dá)預(yù)定強(qiáng)度后，在5min 內(nèi)維持負(fù)載，并計(jì)算出活塞外露時(shí)出現(xiàn)的數(shù)值。根據(jù)上述情況，對(duì)張拉的實(shí)際延伸量進(jìn)行了計(jì)算。當(dāng)延伸值與預(yù)定值的偏差超過(guò)5%時(shí)，應(yīng)找出造成偏差的原因，并采取切實(shí)有效的對(duì)策。

2.3 安裝墩上鋼斜撐

在大跨度施工方案比選時(shí)，參建各方同意將橋域基礎(chǔ)鉆孔灌注樁施工平臺(tái)上的鋼管樁改造為鋼斜撐，使邊跨的80m 支點(diǎn)跨徑降低到60m。這樣既可將簡(jiǎn)支箱梁80m 分解成60m，方便用浮吊拼裝，又可借鑒65m 跨徑內(nèi)的現(xiàn)澆橋梁頂推施工經(jīng)驗(yàn)，用此方法成功地嘗試并完成了大跨度簡(jiǎn)支箱梁的施工。圖2 為橋梁工程上的鋼斜撐示意圖。

圖2 鋼斜撐

在進(jìn)行大跨度預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆簡(jiǎn)支橋梁頂推施工時(shí)，不僅確保了頂推施工跨徑不超過(guò)45m，而且還有效地減小了頂推施工時(shí)在支點(diǎn)和跨中處梁的內(nèi)力峰值。取消了橋跨臨時(shí)墩的設(shè)置，避免了臨時(shí)搭設(shè)的施工難度、風(fēng)險(xiǎn)以及額外的成本投入，從而減小了對(duì)施工地區(qū)原有地質(zhì)和水文的擾動(dòng)，更好的減小了對(duì)橋下車(chē)輛和船舶通行的影響。進(jìn)一步發(fā)揮橋域臺(tái)架施工平臺(tái)的功能，利用損壞臺(tái)架施工的鋼支座，建立鋼斜撐，減少鋼構(gòu)件的安裝、拆卸和搬運(yùn)。施工完成后，該斜撐易于拆卸，且可循環(huán)使用，可有效降低工程造價(jià)的成本。

工程要保證梁內(nèi)支座鋼板與支座同時(shí)進(jìn)行安裝，并將四角螺栓固定好，以確保底模與支座之間不存在漏漿。為了保證支座能夠被安裝到預(yù)定的位置，在制梁之前，必須用全站儀放出支撐墊石上的中心線，并將支座周?chē)舷碌装宓闹行狞c(diǎn)用紅鉛筆標(biāo)出。

2.4 施工結(jié)果與討論

在指定的簡(jiǎn)支箱梁區(qū)域進(jìn)行施工，此時(shí)橋梁支架結(jié)構(gòu)施工示意圖如圖3 所示。

圖3 橋梁支架結(jié)構(gòu)

橋梁支架連接部分覆蓋完整，與墻體連接外觀良好，本文設(shè)計(jì)的大跨度預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆橋梁簡(jiǎn)支箱梁施工技術(shù)的施工性能良好。為了進(jìn)一步獲取該橋梁工程的施工數(shù)據(jù)，使用檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，得到7 處不同測(cè)點(diǎn)的箱外裂縫分別為：3.25mm、3.74mm、2.69mm、5.17mm、8.61mm、4.92mm、6.48mm，均小于最大允許裂縫10mm。

3 結(jié)語(yǔ)

大跨度預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆橋梁簡(jiǎn)支箱梁施工技術(shù)方法是一種切實(shí)可行的施工工藝，其施工質(zhì)量進(jìn)度、安全和成本均優(yōu)于目前普遍采用的懸臂橋梁法施工工藝，是一種切實(shí)可行、先進(jìn)的施工工藝，值得在大跨度預(yù)應(yīng)力等斷面連續(xù)梁橋施工中推廣使用，本文對(duì)該工程的施工方案進(jìn)行多方面優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)該養(yǎng)護(hù)與加固工程施工工藝的分析，對(duì)同類(lèi)橋梁的養(yǎng)護(hù)與加固具有一定的借鑒意義。以保證施工工程的順利實(shí)施以及過(guò)程中的安全、穩(wěn)定性。