青島益佳碼頭大橋預應力混凝土連續梁懸臂施工

許志強 賀艷麗 李 劍

(1.中交鐵道勘察設計院有限公司，北京 100088; 2.中科院建筑設計研究院有限公司，北京 100190)

1 工程概況

青島益佳碼頭大橋為青島益佳碼頭重點工程。大橋東邊連接黃島燃料油碼頭平臺，西邊連接黃島燃料油儲藏庫，為青島益佳碼頭上重要的管線橋。青島益佳碼頭大橋設計為9.45 m寬，橋跨布置為(56+5×85+56)m懸臂施工預應力混凝土變截面連續箱梁。橋面高程海側為11.5 m，內陸為9.5 m，橋梁高程均勻變化，橋面縱坡0.372%，橫坡為雙向1.5%。

2 采用的規范、標準

1)大連理工大學土木建筑設計研究院提供的初步設計文件及報告;2)青島市工程咨詢院提供的《初步設計評估報告》;3)南京水利科學研究院提供的《引橋結構波浪物理模型試驗報告》;4)JTG B01-2003公路工程技術標準;5)JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范;6)JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范;7)JTJ 004-89公路工程抗震設計規范;8)JTJ 041-2000公路橋涵施工技術規范;9)JTJ 267-98港口工程混凝土結構設計規范。

3 主要的技術標準

3.1 荷載標準

1)工藝管線荷載。工藝管線滑動管墩分為PS和S型，縱向間距為10 m。固定墩設置于引橋墩頂橋面上，編號AS1～AS6和GS1～GS6。荷載指標見表1。

表1 工藝管線荷載

2)活載。人行荷載3.0 kN/m2，汽車荷載按照公路Ⅱ級進行計算。

3)波浪力。依據《引橋結構波浪物理模型試驗報告》成果進行計算。

3.2 地震基本烈度

地震動峰值加速度為0.15g;地震動反應譜特征周期為0.40 s;抗震設防烈度為7度。

3.3 設計水位

設計高水位4.32 m，設計低水位0.47 m;極端高水位5.52 m，極端低水位－0.83 m。

3.4 波浪

極端高水位時 H1%=3.83 m，平均周期 T=10.9 s。

4 結構形式

4.1 橋梁橫向布置

青島益佳碼頭大橋為單幅橋面。橋面橫向布置為0.2 m(欄桿)+0.2 m+1.43 m(S，GS 管線墩)+3.5 m(單車道)+3.52 m(PS，AS 管道墩)+0.4 m+0.2 m(欄桿)，合計寬度 9.45 m。

4.2 主橋

青島益佳碼頭大橋為(56+5×85+56)m預應力混凝土變截面連續箱梁，橋梁全長537 m，全橋總布置見圖1。橋梁截面采用預應力混凝土變高度，變截面單箱單室箱形梁，箱梁截面見圖2，圖3。

圖1 全橋總布置圖

圖2 跨中橫斷面

圖3 支點橫斷面

4.3 梁部設計

上部結構采用單箱單室直腹板箱形截面，中支點梁高5.0 m，端部梁高2.5 m，梁底線形按二次拋物線變化。邊跨滿堂現澆段長12.5 m，每跨合龍段長2.0 m，梁高均為2.5 m。墩上支點長2.0 m，梁高為5.0 m。全橋分11個梁段進行澆筑，0號塊長度為9.0 m，1號～6號每個梁段的長度為3.5 m，7號～10號每個梁段的長度為4.0 m。箱梁頂板寬9.45 m，底板寬5.05 m，兩側懸臂板長2.2 m，懸臂板端部厚0.2 m，根部厚0.53 m。箱梁頂板厚度為0.28 m，底板厚度為 0.28 m ～ 0.80 m，中墩處局部加厚到1.4 m。中支點處設置橫隔板，板厚為 2.0 m，設置 1.2 m ×1.0 m人孔;邊支點處端橫梁厚度為1.2 m;合龍段中間設置厚0.3 m橫隔板，設置1.0 m ×1.0 m 人孔。

4.4 預應力體系

梁體采用縱向預應力體系，其中腹板縱向預應力鋼束采用15-φs15.2 和 12-φs15.2，頂板縱向預應力鋼束采用 6-φs15.2，底板縱向預應力鋼束采用 13-φs15.2，錨具分別為 OVM15-15，OVM15-13，OVM15-6，OVM15-12錨具，錨下張拉控制應力為1 339.2 MPa。預應力采用頂、底板及腹板布束方式且盡量靠近腹板布置。

4.5 臨時固結設計

臨時支撐體系由支撐工字梁與15-2預應力體系共同組成，是箱梁懸臂施工中的主要受力構件，當主梁兩懸臂偶爾出現不對稱荷載作用時，臨時支撐體系是保證本橋施工安全及懸臂傾覆穩定并參與結構受力，支撐工字梁的尺寸、規格可由施工單位自行選擇，但必須保證支撐體系的強度、剛度和可拆卸性。臨時固結見圖4，預應力鋼束一端埋置在橋墩內(預埋錨具、波紋管、螺旋筋)，另一端在箱梁底板內張拉錨固。預應力鋼束應在橋墩兩側對稱，同步張拉。臨時支撐拆除亦應對稱均衡，無損結構及外觀。

圖4 臨時固結立面圖

5 結構分析

橋梁結構分析采用橋梁博士結構分析軟件，全橋共離散為318個單元，319個節點，全橋劃分了45個施工階段，按A類預應力混凝土構件計算，施工步驟如下:

1)施工基礎及橋墩，包括臨時固結及支座墊石預埋構件。在橋墩上安裝耐久性鋼支座和臨時支座。在12號～17號墩兩側搭設支架，并進行支架預壓以消除非彈性變形;立模澆筑0號塊件;待混凝土強度達到90%后，張拉臨時固結鋼絞線和精軋螺紋鋼，張拉W0a，W0b鋼束。2)張拉臨時固結錨固鋼筋;在0號塊件上拼裝掛籃，墩身兩側對稱懸澆1號塊件;待1號梁段混凝土強度達到90%后，張拉W1a，W1b鋼束。3)掛籃前移就位，對稱懸澆2號塊件;待2號梁段混凝土強度達到90%后，張拉W2a，W2b鋼束;依次循環，對稱懸澆3號～9號塊件，張拉W3～W9;同時搭設邊跨現澆段支架，并進行支架預壓以消除非彈性變形。4)掛籃前移就位，對稱懸澆10號塊件;待10號梁段混凝土強度達到90%后，張拉W10a，W10b鋼束;待支架沉降穩定后現澆邊跨段。5)拆除全部掛籃，安裝邊跨合龍段勁性骨架和掛籃;支架上現澆邊跨合龍段;混凝土強度達到90%后張拉邊跨預應力鋼束T1，T2，B1～B6;拆除現澆段支架和邊跨掛籃。6)安裝中跨合龍段1的掛籃，并在掛籃內安裝勁性骨架;澆筑中跨合龍段1混凝土;混凝土強度達到90%后，解除12號，17號橋墩的臨時固結措施;張拉12號～13號，16號～17號梁段跨中鋼束CT，CB1～CB5。7)安裝中跨合龍段2的掛籃，并在掛籃內安裝勁性骨架;澆筑中跨合龍段2混凝土;混凝土強度達到90%后，解除13號，16號橋墩的臨時固結措施;張拉13號～14號，15號～16號梁段跨中鋼束CT，CB1～CB5。8)安裝中跨合龍段3的掛籃，并在掛籃內安裝勁性骨架;澆筑中跨合龍段3混凝土;混凝土強度達到90%后，解除14號，15號橋墩的臨時固結措施;張拉14號～15號梁段跨中鋼束CT，CB1～CB5。9)拆除中跨合龍段掛籃;現澆箱梁封錨混凝土;施工橋面防水層及橋面鋪裝;安裝兩側伸縮縫，最后成橋。

施工階段主梁應力變化見圖5～圖10。

圖5 懸臂施工時主梁應力圖

圖6 邊跨合龍主梁應力圖

圖7 2，6跨合龍時主梁應力圖

圖8 3，5跨合龍時主梁應力圖

圖9 全橋合龍主梁應力圖

圖10 二期荷載主梁應力圖

運營階段應力見圖11，圖12。

圖11 長期效應下主梁應力圖

圖12 短期效應下主梁應力圖

通過結構分析滿足預應力混凝土A類構件需要。

6 設計結論

對于港口碼頭連續梁橋的設計，懸臂施工方法具有以下優點:1)效率高、經濟性強;懸臂澆筑可以減少施工機具設備，避免大量支架，吊裝等程序，一次成型，簡化了橋梁施工程序。由于施工的主要作業都是在掛籃中進行，實現機械化和循環重復作業，容易實現連接及中跨合龍，有利于高效率工作和保證施工質量;2)線形好，節段澆筑采用長線法，長線法是在按梁底曲線制作的底模上分段澆筑混凝土的方法，能保證梁底線形;3)誤差小，懸臂澆筑機械化程度高，便于在施工中不斷調整節段誤差，提高施工精度。但懸臂施工橋梁由于施工階段與使用階段內力變化較大，混凝土的收縮徐變會產生較大撓度，故在設計時要對結構的收縮徐變有充分的認識，施工時嚴格控制橋梁合龍時溫度，混凝土澆筑的齡期，讓收縮徐變產生的撓度在可控范圍之內。

[1] JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力鋼筋混凝土橋涵設計規范[S].

[2] 張繼堯，王昌將.懸臂澆筑預應力混凝土連續梁[M].北京:人民交通出版社，2004.

[3] 李傳習，夏桂云.大跨度橋梁結構的計算理論[M].北京:人民交通出版社，2001.

[4] 段明德.預應力混凝土橋施工仿真分析徐變計算[J].鐵道學報，1998(5):91-97.