城區橋梁上部結構的設計與施工

彭永利

（湖北省交通規劃設計院 武漢 430051）

鄂東長江公路大橋位于湖北黃石水道上游，橋位北岸為浠水縣散花洲李渡村，南岸為黃石市，橋梁和路線全長為15.15 k m。鄂東長江公路大橋是滬渝高速公路湖北省東段（武黃高速公路和黃黃高速公路）和國家高速公路網大慶至廣州公路湖北段的共用過江通道，為國家重點工程。

大橋全長5.765 k m，南引橋除跨兩處城區道路采用現澆連續箱梁外，余均采用30 m裝配式小箱梁，南引橋長3.502 k m（38～152號墩），占全橋長度的60.7%。本引橋穿越了黃石港區、黃石團城山開發區和鄂州花湖經濟技術開發區。橋梁橫幅寬度33 m，為雙幅分離的平行橋梁。橋跨布置為：90孔×30 m裝配式小箱梁＋27.2 m＋54 m＋27.2 m現澆連續箱梁＋12孔×30 m裝配式小箱梁＋33 m＋54 m＋33 m現澆連續箱梁＋7孔×3 0 m裝配式小箱梁。3 0 m裝配式小箱梁跨度長且跨越城區，是控制性工程之一。

1 結構比選

橋型方案選擇時需要綜合考慮設計、施工、養護、管理等成本效益，分析其安全、環保、運營等社會效益，本著安全、適用、經濟、美觀和有利環保的原則，盡可能做到設計標準化、施工機械化，便于統一集中預制安裝，就地取材、方便運輸、縮短工期、節省工程造價。在橋梁經濟指標相差不大的情況下，重點考慮橋梁的美觀，盡量與自然環境和景觀相協調，選用綜合效益最佳的橋型方案。高速公路上被廣泛使用的橋梁類型為小箱梁、T梁、空心板和現澆箱梁，現澆箱梁工藝要求較多、造價高，僅在預制結構難以實施的情況下使用，綜合目前高速公路的使用情況，引橋上部結構方案比選見表1。

表1 上部結構方案比較表

裝配式小箱梁外形美觀、結構輕巧且具有工廠化和標準化生產等優點，是跨越城區高速公路橋梁具有較強競爭力的優選結構形式，南引橋上部結構綜合各方面因素比較后，推薦采用30 m裝配式小箱梁。

2 結構設計與計算分析

2.1 結構構造

30 m裝配式小箱梁采用多箱單獨預制，簡支安裝，現澆連續接頭的先簡支后連續的結構體系。主梁沿縱向外輪廓尺寸保持不變，每幅橋由5榀箱梁組成，30 m裝配式小箱梁橫幅布置圖見圖1。每榀梁中心高1.8 m，通過頂板傾斜形成橋面橫坡，梁底寬1 m，中梁頂寬2.4 m，邊梁頂寬2.95 m，跨中部分頂板、腹板及底板厚度均為18 c m，梁端頂板厚度18 c m，腹板厚度28 c m，底板厚度25 c m，梁與梁間濕接縫寬75 c m，連續墩頂箱梁通過現澆30 c m厚中橫梁形成結構連續［1］。

圖1 30 m裝配式小箱梁橫幅布置圖（單位：c m）

預應力鋼束采用直徑為Φs15.20 mm的高強、低松弛鋼絞線，技術標準應符合GB／T5225－2003的要求，標準強度為1 860 MPa，計算彈性模量為195 GPa，預應力束表見表2。

表2 預應力束表

2.2 結構計算

選取南引橋一聯5×30 m（一聯4×30 m、3×30 m的受力情況類似）裝配式小箱梁。結構體系為先簡支后結構連續。

2.2.1 計算模型和方法

采用橋梁博士，按直線橋計算，結構離散圖見圖2。全橋共劃分為103個單元，104個節點，其中橋面系單元103個，永久支撐6個，在第4個支點設置豎向和水平約束，其余均設豎向約束。跨中荷載橫向分配系數按剛接梁法計算，支點荷載橫向分布系數按杠桿法計算。

圖2 結構離散圖

2.2.2 計算分析

采用平面桿系結構有限元思想，從預制到結構體系轉換及成橋各階段進行模擬分析。數值模擬時考慮：橋梁所處的環境條件、結構設計的安全等級、主梁跨經及截面形狀、主梁混凝土配合比、預應力束位置、預應力大小、汽車荷載等級、汽車沖擊力、有效溫度、溫度梯度效應、混凝土收縮及徐變、施工順系、拆除臨時支座及支座沉降等因數。主要荷載組合，組合I：結構重力＋預加力＋收縮徐變＋汽車荷載；組合II：結構重力＋預加力＋收縮徐變＋汽車荷載＋有效正溫差＋梯度正溫差＋支座沉降；組合III：結構重力＋預加力＋收縮徐變＋汽車荷載＋有效負溫差＋梯度負溫差＋支座沉降。總體靜力計算按施工階段和使用階段分別進行驗算，主要內容包括承載能力極限狀態驗算、抗裂驗算、應力驗算等。其中最重要的是體系轉換的分析，它是先簡支后結構連續體系設計的關鍵，將直接影響到橋梁的線形及結構的穩定。計算結果表明：結構在各種工況下的驗算結果均滿足規范要求［2］。

3 施工工藝流程與關鍵技術

3.1 主要施工工藝流程

主要施工工藝流程見圖3。

圖3 主要施工工藝流程圖

3.2 小箱梁預制［3］

（1）預制前準備工作。先施工臺座兩端擴大基礎，然后施工臺座及龍門吊軌道基礎，最后進行場地硬化。臺座高25 c m，整個臺座按二次拋物線設置預拱度，跨中預拱度為2 c m。臺座兩邊布置5×5 c m角鐵，以便粘貼止漿帶。在距離兩端臺座1 m處預留30 c m寬的空隙，作為穿起吊鋼絲繩的預留孔道，澆注混凝土時，安裝一塊活動底模。本橋預制場設置在105～110號墩之間。

（2）鋼筋綁扎、波紋管及模板安裝。底板、腹板鋼筋綁扎前，在現場臺座上涂一層地板蠟，在角鐵上粘貼止漿帶，并在臺座側面用油漆標出鋼筋位置。綁扎鋼筋時，安裝好2 c m厚的塑料墊塊。為防止腹板鋼筋傾覆，采取將腹板鋼筋與底板鋼筋電焊連接。底板、腹板模板安裝由龍門吊配合人工進行，2節模板之間用螺栓連接緊密，外模底部穿直徑22 mm拉桿（孔道預埋在臺座內），頂部穿直徑28 mm拉桿。內模2 m 1節，用螺栓牢固連接內模。按設計圖紙位置安裝好波紋管，波紋管接頭處用粘膠帶纏裹嚴密，防止漏漿。內模及外模安裝后，綁扎頂板鋼筋，并安裝好扁波紋管。

（3）混凝土澆注及振搗。混凝土由料斗運至現場，龍門吊吊起料斗入模。混凝土澆注方式從一端向另一端整體階梯形推進。即先澆注一段底板，然后澆注腹板、頂板，如此反復直至澆注完畢。澆注腹板時注意兩邊腹板對稱、分層下料，分層厚度不超過30 c m。采用I16作為壓梁，壓住內模頂部，外邊用花籃螺絲固定在外模上。待混凝土澆注至頂板時，拆除壓梁。底板振搗由工人進入內模中，采用直徑5 c m插入式振搗棒振搗，特別是底板與腹板連接處要仔細振搗密實。腹板振搗采用附著式振搗器和插入式振搗器聯合振搗工藝。附著式振搗器不能空振，必須在有混凝土的部位才能開動附著式振搗器。頂板混凝土振搗采用插入式振搗器振搗。振搗時，振搗棒不能碰撞波紋管、錨墊板及預埋件，錨墊板處混凝土一定要振搗密實。

（4）拆模及養護。當混凝土強度達到2.5 MPa時開始拆除模板，內模采用人工拆除，從小箱梁內拖出。外模拆除時，先拆除上下拉桿和連接螺栓，敲擊木楔，使模板落下，然后由龍門吊吊離。混凝土初凝后，開始灑水養護，養護時間為7 d。頂板上采用覆蓋土工布灑水養護。腹板及底板由工人進入內腔中灑水養護。養護時不能形成干濕交替，必須保持混凝土表面濕潤。

3.3 小箱梁運輸、安裝

（1）小箱梁運輸。小箱梁吊裝采用捆綁式，存梁區設在102～105號墩橋面上。預制場成品梁利用場內2×60 t龍門吊縱移至小車上，運梁小車自行至架橋機吊鉤下方，等待起吊。架橋機采用DF50／150III型，運梁車采用ZXLC120型。小箱梁邊梁重102 t，中梁重97 t，先用龍門吊依次安裝105號～104號～103號～102號（此部分作為存梁區），再用架橋機依次安裝102～38號，110～152號，最后用龍門吊依次安裝105～110號（預制場）。

（2）小箱梁安裝。根據實際放樣的路線中心線和墩中心線里程，在蓋梁頂面標出每孔的縱向中心線和支座中心線等，在支座墊石混凝土達到設計強度后標出小箱梁端位置橫線，并對墊石表面、梁底面清理干凈。架橋機安裝完成并試吊合格后，進行架橋機前移就位工作，首先將行梁移至靠近橫梁處，并增加后端平衡重量，確保其抗傾覆安全系數大于1.5。拆除前支撐，使架橋機呈全懸臂狀態，自動牽引卷揚機，讓架橋機前移，前移至設計位置后，固定好架橋機，并將交叉拉桿收緊，以確保橫向穩定性。小箱梁安裝的順序為：先兩邊，后中間。安裝前應認真清掃混凝土表面，精確地測量出支座安裝的平面位置和高度。小箱梁起吊吊點按設計規定的位置，吊具采用鋼絲繩，在吊裝過程中盡量減少停頓起步次數，下落應平穩，避免架橋機承受過多的沖擊荷載及水平力。小箱梁安裝前，先設置臨時砂箱支座，待一跨安裝完畢后，將架橋機移至下一跨，進行安裝工作。

（3）小箱梁安裝技術措施。架橋機前移時必須將后行梁移至后支腿附近，且行梁上的平車居中移動前必須清除所有障礙。移動時由專人觀察行走情況，行走速度不宜太快，盡量減少時停時移的次數，在移動時發現異常情況，應及時與電控中心聯系，以免造成嚴重后果。在運送過程中，小箱梁在平車中的支撐及固定應高度重視，兩跨之間的縫隙采用砂袋回填，負彎矩區的齒槽需鋪設鋼板，保證小箱梁運輸安全。在吊安過程中，應保證吊具的強度和剛度絕對滿足要求，盡量做到操作的連續性和平穩性。

3.4 簡支變連續體系轉換

結構體系轉換的重點是要保證梁體均勻、同步下降，支座同時受力。具體施工步驟如下。

（1）在橋面墩頂附近布置測量點（標尺），精確抄平并作好初始值記錄。

（2）人員組織落實，進行技術交底，交代操作要點。箱梁安裝就位后，將橋面板鋼筋及端橫梁鋼筋臨時焊接。澆注連續接頭、中橫梁及兩側與頂板負彎矩束同長度范圍內的橋面板，混凝土用手推車運至澆注地點，插入式振搗器振搗密實，灑水養護。待混凝土養護至設計強度的95%后，按先短束后長束的順序張拉頂板負彎矩預應力束，采用逐根兩端對稱張拉，并灌漿封錨。接頭施工完畢后，由每聯跨中向支點澆注剩余部分橋面板濕接逢。

（3）張拉連續鋼束后，由1聯兩邊跨開始對稱向中跨落梁，在每個墩兩側對稱進行，下落方法是打開砂孔，緩慢均勻地放出砂筒中的砂，以便小箱梁平穩均勻下落。臨時支座采用砂箱（卸荷砂筒）制作，比永久支座高10 mm，以便拆除。砂箱采用鋼管制作而成，內填干砂，砂筒與頂心之間間隙用瀝青填塞，防止砂子受潮。根據小箱梁和架橋機荷載計算，每個砂箱承載力為1 000 k N，為保證小箱梁安裝后不沉降，臨時支座在安裝前進行預壓。每榀小箱梁每端設2個臨時支座（伸縮縫一側直接安裝永久支座）。同時將永久支座安裝于墩頂接頭中心下的支座墊石上。

（4）測量橋面量點標高，作好記錄，并檢查梁體混凝土有無裂紋或損壞.資料匯總分析，總結經驗，指導下一步施工。

小箱梁形成連續梁后，方可拆除臨時支座，先兩邊后中間，其方法是敲、鑿或用氧氣焊槍燒割。

4 結語

（1）對30 m裝配式小箱梁的計算分析，驗證了在承載能力極限狀態下與正常使用極限狀態下的受力性能，其結構的強度、剛度等各項指標滿足規范要求，結構安全、可靠。

（2）對30 m裝配式小箱梁主要施工流程與關鍵工藝的闡述，為同類橋梁各施工環節的質量控制提供參考。

（3）目前南引橋已建成通車，該橋安全狀況良好。小箱梁外形美觀、結構輕巧，便于標準化、工廠化批量預制，現場拼裝施工，是城區橋梁優選結構類型之一。

［1］ 湖北省交通規劃設計院.鄂東長江公路大橋兩階段施工圖設計［Z］.武漢：湖北省交通規劃設計院，2007.

［2］ JTG D62－2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］ JTG／T F20－2011公路橋涵施工技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2011.