施工超方對連續剛構橋的影響研究

韓 冰

(中交三公局第二工程有限公司，北京 100023)

預應力混凝土連續剛構具有悠久的歷史，在我國起步較晚，但是發展迅速。自從20世紀80年代成功修建廣東洛溪大橋以來，大跨度預應力混凝土連續剛構橋建設得到了很快的發展。國內已建成的重慶石板坡長江大橋復線橋、虎門大橋輔航道橋和蘇通長江大橋輔航道橋跨徑分別達330 m，270 m和268 m。我國修建的該類橋型，不論從跨徑還是從數量上都居世界前列。

目前國內外預應力混凝土連續剛構橋出現的開裂、下撓以及承載能力不足等問題已經普遍引起了工程界的注意，已經有不少的研究人士對這問題進行了探討，但是還就某些問題仍然沒有一致的結論，然而超方問題對連續剛構各種病害有明顯的影響，為了分析超方對于連續剛構的影響，本文采用有限元程序建立泓農澗河特大橋主橋連續剛構模型，主要目的是分析不同程度超方對于橋梁的影響，為橋梁施工提供經驗借鑒。

1 超方原因

預應力連續剛構施工中，箱梁底板和頂板在施工中沒有上模，在缺少施工監控工作的情況下，為保持由若干節段組成的箱梁頂面順暢，容易導致底板及頂板超方。施工中模板尺寸一般以設計尺寸控制，當現澆箱梁后箱梁自重會對模板產生作用力，導致模板變形，最終引起結構超方。腹板超方主要是由于模板剛度不足，引起跑模現象;相應地可能產生腹板混凝土保護層厚度增加。腹板模板一般采用拉桿控制腹板內外模板，但是如果模板自身剛度不足則可能引起遠離拉桿處的模板局部變形，使得現澆腹板呈現波浪形，引起腹板超方。橋面鋪裝超方主要原因是調平層超方，如果施工橋梁頂板平整度沒有得到很好的控制，則必然需要更厚的調平層才能達到調平目的，導致橋面鋪裝超方。某大橋橋面鋪裝設計為8 cm水泥混凝土，后期檢測發現大部分橋面調平層超厚8 cm左右，即超厚了1倍，對結構受力和變形有明顯的影響。

2 實橋基本資料

2.1 實橋概況

弘農澗河特大橋主橋為三門峽至靈寶快速干道上采用懸臂澆筑施工法修建的預應力混凝土連續剛構橋，跨徑布置為82 m+3×150 m+82 m，全長614 m。主橋上部結構為預應力混凝土變截面箱梁形式，橋寬2×19.45 m，橫橋向布置:2×(3 m人行道+0.5 m右側路緣帶+4×3.75 m行車道+0.5 m左側路緣帶+1/2中央分隔帶)=39 m。箱梁為單箱單室截面，箱梁頂寬19.45 m，底寬9.15 m，懸臂長5.15 m，墩頂處梁高10 m，梁端及跨中梁高3.5 m，箱梁梁高按照1.6次拋物線變化。腹板厚從跨中至根部采用0.6，0.8，1.0 分 3 段漸變。從跨中至梁端根部底板厚為0.32 m～0.9 m，按照1.6次拋物線漸變，主梁橫斷面如圖1所示。在0號塊、跨中合龍段和箱梁端部設置橫隔板。

圖1 主梁橫斷面構造圖

2.2 施工階段劃分

1)施工階段計算原理。選擇合理計算圖式是準確分析線形的基礎。在一個標準梁段i施工過程中，采用:掛籃前移，模板定位;綁扎鋼筋、澆筑混凝土、養生;張拉預應力、壓漿3個工況模擬。在澆筑梁段i混凝土階段就激活梁段i單元，自然也就計入了梁段i混凝土濕重對梁段i前端節點產生的撓度。但需要正確處理自重的加載時間及混凝土的養護、加載齡期，使之與實際施工一致。

2)施工階段劃分。本橋采用掛籃懸臂現澆施工法，0號塊長12m，箱梁單“T”澆筑劃分為19對梁段，從根部至跨中箱梁縱向分段長度為:2 m+6×3.0 m+12×4.0 m，邊跨、次邊跨及跨中合龍段長度均為2.0 m。懸澆梁最大重量為285.3 t，掛籃自重按100 t考慮。

2.3 計算參數

弘農澗河特大橋主橋采用C60混凝土，主橋箱梁0號塊、封錨混凝土采用C60聚酯纖維混凝土，橋面鋪裝采用4 cm厚中粒式瀝青混凝土+6 cm厚粗粒式瀝青混凝土+環氧瀝青防水層+8 cm C50水泥混凝土調平層。箱梁設縱、橫、豎三向預應力，縱向預應力鋼束分為頂板束、腹板下彎束、底板束和底板備用束。縱向、橫向、豎向鋼束均采用 Фs15.2鋼絞線。豎向預應力在16號 ～22號，16′號～20′號梁段內采用15-2鋼絞線束，其余梁段均采用15-3鋼絞線束。箱梁豎向預應力在每側腹板內按雙排布置。

3 計算結果對比分析

本文考慮連續剛構施工中現澆箱梁超方5%，10%和15%三種情況，并在現澆箱梁超方5%的情況下考慮橋面鋪裝超方10%，30%和50%。

3.1 對成橋撓度的影響

現澆箱梁超方5%，10%和15%情況下成橋撓度對比見表1，現澆箱梁超方5%的情況下考慮橋面鋪裝超方10%，30%和50%情況下成橋撓度對比見表2，由表1和表2可知，箱梁超方和橋面鋪裝超方對連續剛構成橋跨中撓度均有明顯的影響，使得成橋撓度大于設計狀態，對連續剛構橋產生不利影響。

表1 箱梁超方成橋變形對比 mm

表2 橋面鋪裝超方成橋撓度對比 mm

3.2 對長期撓度的影響

現澆箱梁超方5%，10%和15%情況下長期撓度對比見表3，現澆箱梁超方5%的情況下考慮橋面鋪裝超方10%，30%和50%情況下長期撓度對比見表4，由表3和表4可知，箱梁超方和橋面鋪裝超方對連續剛構長期撓度均有影響，下撓過大會導致結構開裂，而開裂又加大下撓，二者互相影響，形成惡性循環。

表3 箱梁超方長期變形對比 mm

3.3 對應力的影響

現澆箱梁超方5%，10%和15%情況下成橋應力對比見表5，表6，現澆箱梁超方5%的情況下考慮橋面鋪裝超方10%，30%和50%情況下成橋應力對比見表7，表8，由表5～表8可知，箱梁超方和橋面鋪裝超方對連續剛構成橋應力有不利影響，尤其對于過大的自重可引起主梁的拉應力，導致結構開裂。

表4 橋面鋪裝超方成橋撓度對比 mm

表5 成橋頂板應力(一)

表6 成橋底板應力(一)

表7 成橋頂板應力(二)

表8 成橋底板應力(二)

4 結語

對采用懸臂澆筑的預應力鋼筋混凝土連續剛構，按照不同程度的超方程度分別進行計算及對比分析，得出如下結論:

1)結構超方是連續剛構橋施工中普遍存在的現象，產生這一現象主要原因有:模板剛度不足、頂底板沒有模板和橋面鋪裝調平層偏高三個方面。

2)結構超方對于連續剛構成橋撓度和長期撓度有明顯的影響，導致結構撓度過大，可能引起跨中下撓和開裂現象，二者互相影響，形成惡性循環。

3)結構超方對連續剛構應力有一定的影響，過大的超方可引起結構拉應力，最終導致結構開裂，因此要在施工中控制盡量減小超方量，保證連續剛構的受力狀態符合設計要求。

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