淺析三山南橋設計與施工

吳 念

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北武漢 430071）

1 工程概況

三山南橋舊橋位于佛山市南海區三山港櫓尾撬水道上，是連接三山與南海、順德各地的主要通道，該橋對三山港的開發建設具有重大的社會與經濟意義。

該舊橋于1991年10月動工，1993年2月完工。隨著廣東經濟的發展，原橋上通行的載重車輛日益增加，舊橋汽車-20級的荷載等級標準偏低，同時，舊橋主跨跨徑為40 m，主跨橋墩位于河床中心，不能滿足櫓尾撬水道規劃Ⅵ級航道最小凈寬60 m的要求，為了滿足航運規劃和橋梁通行能力的要求，三山南舊橋必須拆除，在舊橋橋位附近另外新建新橋。

新建三山南橋橋涵設計荷載采用公路—I級，主橋分上下行兩幅橋，每幅橋梁寬度16.2m，主橋為45 m+70 m+45 m預應力混凝土連續梁結構，連續梁總體布置見圖1所示。

主橋單幅橋在兩個主墩上按“T構”用掛籃分段對稱懸臂澆筑施工。全橋按對稱懸臂澆筑→邊跨合攏→中跨合攏順序進行施工。

2 主要技術標準

（1）道路等級:公路-Ⅰ級。

（2）人群荷載：3.5 kN/m2。

（3）設計車速：60 km/h。

（4）車道數：雙向6車道。

（5）地震動峰值加速度0.1 g，對應地震基本烈度Ⅶ度。

（6）設計洪水頻率：1/100。

（7）通航標準：Ⅵ級。通航凈寬不小于62 m，通航凈高不小于6.0 m。

（8）被交防洪堤、防洪堤路凈高4.5 m。

（9）被交環堤路、橋下掉頭車道凈高5.0 m。

（10）橋梁寬度：主橋寬34 m，為雙向6車道，3.5 m人行道＋12.0 m行車道＋0.5 m墻式護欄＋2 m中央分隔帶＋0.5 m墻式護欄＋12.0 m行車道＋3.5 m人行道＝34 m；引橋不設人行道，寬28 m，0.5 m墻式護欄＋12.0 m行車道＋0.5 m墻式護欄＋2 m中央分隔帶＋0.5 m墻式護欄＋12.0 m行車道＋0.5 m墻式護欄＝28 m。

3 主橋上部結構設計與計算

3.1 結構尺寸

主橋上部結構為（45+70+45）m三跨預應力變截面連續箱梁，由上、下行分離的兩個單箱雙室箱型截面組成，其橫斷面見圖2所示。單個箱體頂板寬16.20 m，厚0.28 m，設2%的橫坡；底板寬10.8 m，厚度從跨中至距主墩中心3.75 m范圍按二次拋物線由0.25 m變化成0.6 m，橫橋向底板保持水平；箱梁根部梁高4.0 m，跨中梁高2.0 m，箱梁梁高從距跨中1.0 m至距主墩中心1.75 m處按二次拋物線變化；腹板厚度0～6號塊為0.65 m，8～10號塊為0.45 m，在7號塊范圍內由0.65 m按直線變化至0.45 m；翼緣板懸臂長為2.7 m，端部厚0.18 m，根部厚0.65 m。除在主墩墩頂設置一道厚2.5 m的橫梁，邊跨端部設厚1.5 m的橫梁外，其余部位均不設橫梁。主橋箱梁混凝土強度等級采用C50，按全預應力構件設計。

3.2 結構計算

3.2.1 計算模型的建立

主橋上部結構計算模型采用平面桿系單元，采用MIDAS/CIVIL 2010進行分析計算。全橋共劃分66個單元，67個節點。全橋結構計算模型見圖3所示。

3.2.2 計算參數的取值

C50混凝土：容重：26 kN/m3；

彈性模量：3.45×104MPa。

基礎不均勻沉降：1.0 cm。

箱梁整體升溫：+25℃。

箱梁整體降溫：-20℃。

豎向日照溫差：T1=14℃,T2=5.5℃，豎向日照反溫差為正溫差乘以-0.5。

管道摩擦系數：μ＝0.17。

管道偏差系數：κ＝0.0015。

錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮值（一端）：6 mm。

相對濕度：80%。

混凝土加載齡期：7d。

3.2.3 計算結果

按規范JTG D62-2004有關規定對各種荷載進行不同的荷載組合，對結構的施工階段應力、持久狀況承載能力極限狀態、正常使用極限狀態、短暫狀況應力均進行了驗算。通過計算，施工階段應力驗算最大壓應力為12.07 MPa，最大拉應力為0.53 MPa，分別滿足相應的應力限值18.14 MPa和2.44 MPa。承載能力極限狀態驗算最大彎矩和剪力分別為72280 kN·m和25465 kN，分別小于相應結構抗力103513 kN·m和41498 kN。正常使用極限狀態正截面抗裂驗算均未出現拉應力，斜截面主拉應力為0.73 MPa，小于拉應力限值1.06 MPa。因此，施工階段應力驗算、承載能力極限狀態驗算，以及正常使用極限狀態驗算均滿足規范相應要求。

4 施工過程中出現的問題及處理

三山南橋于2010年下半年開始施工，在施工的過程中，出現了以下幾個方面的問題，通過各參建單位的討論研究，這些問題基本都得到了解決。

（1）部分樁基施工時實際地質情況與地質資料不符。三山南橋主橋和引橋樁基都是按嵌巖樁進行設計，樁底要求進入中風化或微風化巖層。但是，佛山地區地質情況比較復雜，在施工的過程中先后出現了巖層里有裂隙，有夾層等不良地質情況，主墩8#橋墩還出現了同一承臺下6根樁的地質情況有較大差別的情況，給現場施工及樁基終孔的判定增加了難度，最后只能按照設計單位提供的終孔原則（按設計圖紙中要求的樁基入巖深度來控制）進行判斷終孔，導致有較多的樁基都進行了加長。對于這種地質條件比較復雜的地區，在綜合考慮各種因素后，設計時可考慮采用摩擦樁，以減少后續施工過程中的變更。

（2）設計交樁時提供的控制點被破壞。該項目為重建項目，設計交樁的控制點（除去部分已遭破壞的控制點）基本上都位于原有老路上，施工時由于不能封閉原有交通，也沒有對控制點進行很好的保護，導致部分控制點被破壞，最后只能采用加密的控制點對路線的高程進行控制。對于控制點位置的選擇，應該盡量選擇不易被破壞的位置。同時在施工的開始階段，應該對設計提供的控制點進行復測并加強保護，根據施工的需要加密控制點，每隔一定的時間就應該重新對控制點進行復測，以便提供準確的測量數據。

（3）主梁懸臂施工時掛籃的剛度不夠。掛籃施工通過專家評審會后，在實際的施工過程中發現澆筑混凝土后，掛籃底模同一截面不同位置高程存在一定的差別（同一截面的不同位置底板高程是應一樣的），并且連續幾個節段都出現這種問題。經參建各方討論認為：雖然該項目主梁懸臂施工采用的掛籃在其他的項目成功應用過，也通過了專家評審，但是，由于該項目采用的掛籃是舊掛籃，掛籃使用的鋼材存在一定的銹蝕和缺陷等問題，導致掛籃的實際剛度沒有達到理論的計算值，吊帶和底模縱梁剛度不足，最后，通過增加手拉葫蘆減小吊帶的受力，增加底模縱梁的支撐點，從而使掛籃的剛度有了一定的提高，為主梁的順利合攏打下了基礎。因此，懸臂施工掛籃的設計是關鍵，該項目采用的掛籃較笨重，掛籃自身重量較大，對掛籃整體的剛度也有一定的影響，設計施工時應該合理設計掛籃的結構形式，盡量采用輕型掛籃。

（4）懸臂施工時混凝土的養護不到位。主橋箱梁懸臂施工時是夏天，白天氣溫比較高，晝夜溫差較大，施工單位采用在澆筑的混凝土表面鋪麻袋，灑水養護，結果箱梁頂板頂面和箱室內腹板還是出現了一些微裂縫，經過分析，認為裂縫造成的原因主要是混凝土的干縮引起的，施工單位在養護灑水的時候是每隔2 h灑水一次，但是白天氣溫比較高，澆筑的混凝土還是會出現間斷的無水養護的狀態。鑒于這種情況，最后采用水管一天24 h不間斷供水灑水，并指派專人進行管理的方式，使混凝土的養護到位，裂縫明顯減少。

5 結語

三山南橋主橋為預應力混凝土連續梁結構，采用掛藍懸臂澆筑施工，施工工藝成熟，本文通過介紹其設計參數的取值，主橋上部結構的整體計算，以及在后期施工過程中出現的一些問題和解決方法，為同類橋梁的設計和施工提供了一些參考。

[1]JTGD62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[2]JTGD60-2004，公路橋涵設計通用規范[S].

[3]范立礎，橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2004.

[4]范立礎，預應力混凝土連續梁橋[M].北京：人民交通出版社，2004.