變截面連續(xù)梁橋支架整體現(xiàn)澆設(shè)計與施工

趙胤儒, 劉青松, 秦清波

(1.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，湖北武漢 430010;2.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

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變截面連續(xù)梁橋支架整體現(xiàn)澆設(shè)計與施工

趙胤儒1, 劉青松2, 秦清波1

(1.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，湖北武漢 430010;2.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

【摘要】隨著橋梁建設(shè)的快速發(fā)展，施工工期要求越來越高，連續(xù)梁橋施工經(jīng)常會將常規(guī)懸臂掛籃施工調(diào)整為整體支架現(xiàn)澆施工。針對支架整體現(xiàn)澆施工方法，以南水北調(diào)中線工程焦庵村跨渠公路橋(35+60+35)=130 m為例，介紹連續(xù)梁支架整體現(xiàn)澆的設(shè)計和施工，為同類橋梁支架現(xiàn)澆的設(shè)計和施工提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】整體現(xiàn)澆；預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋；設(shè)計施工

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋具有結(jié)構(gòu)剛度大、行車平順舒適、伸縮縫少、養(yǎng)護(hù)簡單、宜與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，已成為公路建設(shè)中最主要的橋型之一。目前連續(xù)梁橋主要的施工方法有懸臂澆筑和拼裝、支架節(jié)段和整體現(xiàn)澆、頂推法和轉(zhuǎn)體施工等。支架整體現(xiàn)澆與其它方法相比，施工工期短，施工方法簡單，主梁線型控制容易保證，整體外觀整潔美觀。

南水北調(diào)中線工程焦庵村跨渠公路橋由于諸多原因?qū)е麻_工時間滯后，影響南水北調(diào)中線工程總干渠通水的進(jìn)度要求，須對原懸臂掛籃施工方案進(jìn)行調(diào)整以滿足渠道通水進(jìn)度要求。焦庵村跨渠公路橋為渠道挖方后形成，橋址周圍地勢平坦且橋墩不高，現(xiàn)有交通發(fā)達(dá)，主梁預(yù)計施工季節(jié)為春季，綜合技術(shù)與經(jīng)濟(jì)比較后將原懸臂掛籃施工方案調(diào)整為支架整體現(xiàn)澆施工方案。

1工程介紹

焦庵村跨渠公路橋位于河南省方城縣焦庵村，橋梁橋軸線與南水北調(diào)中線總干渠中心線呈60.6°斜交，為減小跨渠建筑物阻水面積、影響渠道過水能力，采用大跨度橋梁跨越總干渠。綜合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)后，橋梁結(jié)構(gòu)布跨為35+60+35=130.0 m，橋?qū)?.2 m，荷載等級為公路-Ⅰ級，單箱單室箱形截面。主梁箱梁截面根部梁高3.6 m，高跨比為1/16.67；跨中梁高1.8 m，高跨比為1/33.33。箱梁頂板寬9.2 m，底板寬5.0 m，翼緣板懸臂長為2.1 m。箱梁變高度節(jié)段按1.8次拋物線變化，墩頂根部設(shè)置厚200 cm橫隔板，邊跨端部設(shè)厚120 cm的橫隔板。箱梁采用雙向預(yù)應(yīng)力體系。主梁腹板距主墩中心距離15.0 m以內(nèi)寬度為70 cm, 其余腹板寬度為50 cm。其橋型布置如圖1所示，主梁橫斷面如圖2所示。

圖1　焦庵村跨渠公路橋橋型布置(單位: cm)

圖2　焦庵村跨渠公路橋主梁橫斷面

2主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1主梁分段設(shè)計

由于該橋主梁施工方法的調(diào)整主要目的是節(jié)約主梁施工工期，所以在滿足工程質(zhì)量的前提下達(dá)到節(jié)約施工工期的目的，必須考慮主梁澆筑規(guī)模和對應(yīng)的質(zhì)量風(fēng)險程度對工期

的影響。主梁節(jié)段長度規(guī)模和澆筑次數(shù)直接影響現(xiàn)澆方案主梁施工周期，若主梁分段越長，則施工風(fēng)險越高，質(zhì)量控制越難；主梁分段短，施工風(fēng)險低，質(zhì)量控制容易保證。綜合現(xiàn)場混凝土供應(yīng)能力、當(dāng)?shù)啬_手架和勞動力資源、施工季節(jié)等因素后，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度比較一次澆筑、兩次澆筑和多次澆筑和懸臂澆筑后，選擇工期最短、技術(shù)可行、風(fēng)險可接受、質(zhì)量可控的一次性整體澆筑法(表1)。即全橋僅一個混凝土澆筑倉號，倉號長130 m、寬9.2 m，混凝土倉面積為1 196 m2，混凝土總量1 211 m3。

表1　主梁施工方案比較

2.2主梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計

支架整體現(xiàn)澆施工無法將主梁負(fù)彎矩鋼束分散錨固于節(jié)段截面上，須借助齒塊或槽口來錨固部分鋼束。為減少齒塊數(shù)量和增強(qiáng)箱梁整體穩(wěn)定性，須盡量采用通長鋼束并錨固于梁端，同時將部分腹板鋼束穿出腹板錨固于箱梁底板槽口內(nèi)。為抵抗支座處的剪力能力，將部分通長鋼束在通過支座一定距離后調(diào)為斜向下彎鋼束。

根據(jù)多年對橋梁病害的觀測和統(tǒng)計，連續(xù)梁橋在1/4或3/4橋跨處腹板易出現(xiàn)45°的斜裂縫，其主要原因是截面主拉應(yīng)力過大[1]。斜裂縫的出現(xiàn)會損傷結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，縮短結(jié)構(gòu)壽命，降低結(jié)構(gòu)耐久性。設(shè)計上要預(yù)防這種結(jié)構(gòu)性裂縫，最直接有效的辦法就是在1/4或3/4橋跨附近范圍內(nèi)布置下彎鋼束或設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力，提高箱梁的抗剪能力，限制腹板中的主拉應(yīng)力，阻止腹板斜裂縫產(chǎn)生和發(fā)展[2]。主梁縱向鋼束布置如圖3所示。

圖3　1/2跨主梁縱向鋼束布置

鋼束張拉須待主梁混凝土強(qiáng)度及彈性模量均達(dá)到設(shè)計值的90%后進(jìn)行張拉。鋼束設(shè)計張拉順序為：頂板負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力鋼束→腹板縱向鋼束→頂板通長束→中跨底板鋼束→豎向預(yù)應(yīng)力。同一批鋼束張拉順序為：先長束后短束且對稱同步張拉。

2.3主梁豎向預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計

近年來實(shí)踐證明單純靠豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋來克服主拉應(yīng)力的做法是不可靠的[3]。溯其原因主要由于箱梁的高度有限，豎向預(yù)應(yīng)力筋的長度短，高強(qiáng)度精軋螺紋粗鋼筋的伸長量有限，施工時張拉控制措施不到位，在錨固時稍有不慎會造成回縮量偏大，預(yù)應(yīng)力損失較大。在雙向應(yīng)力作用下，腹板主應(yīng)力計算公式如下[3]：

主梁腹板在考慮豎向預(yù)應(yīng)力后的應(yīng)力莫爾圓如圖4中的實(shí)線，豎向預(yù)應(yīng)力提供的豎向應(yīng)力σy失效后主梁的應(yīng)力莫爾圓會變成圖4中的虛線，將會導(dǎo)致混凝土主梁主應(yīng)力出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)主拉應(yīng)力超出容許值，主梁將會出現(xiàn)裂縫。因此在縱向受力計算時，建議不考慮豎向預(yù)應(yīng)力筋的作用，僅把豎向預(yù)應(yīng)力筋作為應(yīng)力儲備，能有效防止腹板裂縫的產(chǎn)生。

圖4　主梁腹板應(yīng)力莫爾圓

在腹板內(nèi)設(shè)置一組豎向預(yù)應(yīng)力筋，橋縱向間距50 cm設(shè)置一組，豎向預(yù)應(yīng)力筋采用標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度785 MPa、直徑為32 mm的精軋螺紋鋼。豎向預(yù)應(yīng)力筋采用單端張拉，控制張拉力536.6 kN。

2.4裂縫控制措施

超出設(shè)計許可的結(jié)構(gòu)裂縫會對主梁的耐久性和承載力構(gòu)成很大的威脅，因此應(yīng)在設(shè)計和施工中進(jìn)行控制，預(yù)防裂縫產(chǎn)出和阻止產(chǎn)生后的裂縫發(fā)展。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁裂縫按其形成主要有：荷載裂縫、溫度裂縫、收縮裂縫、基礎(chǔ)變形裂縫和鋼筋銹蝕裂縫[3],主要表現(xiàn)如下：一是主梁彎剪作用下腹板的45°斜裂縫；二是后張預(yù)應(yīng)力齒塊錨固區(qū)齒塊劈裂作用產(chǎn)生的裂縫；三是預(yù)應(yīng)力彎曲轉(zhuǎn)向時在彎曲徑向力效應(yīng)引起法向混凝土表面裂縫；四是由于混凝土早期水化熱引起的溫度裂縫和后期收縮裂縫。

根據(jù)JTG D62—2004《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》[4],截面抗剪承載力主要由斜截面混凝土和箍筋提供的抗剪承載力、彎起普通鋼筋和彎起預(yù)應(yīng)力三部分組成。設(shè)計除增加腹板厚度外，還可將鋼束下彎至箱梁底板，以增強(qiáng)截面抗剪能力，預(yù)防45°斜裂縫產(chǎn)生。

在齒塊范圍內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的普通鋼筋來抑制鋼束對齒塊劈裂拉力形成的齒塊劈裂裂縫。通過沿鋼束波紋管彎曲平面內(nèi)外法向設(shè)置防崩鋼筋，防崩鋼筋須做成“U”形箍筋，用卡住在彎曲平面內(nèi)外法向的最外緣鋼筋方式可以預(yù)防鋼束彎曲徑向效應(yīng)裂縫產(chǎn)生。

通過選擇低水化熱的水泥和加強(qiáng)后期保溫保濕養(yǎng)護(hù)，防治混凝土早期產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂紋。在不降低混凝土強(qiáng)度的前提下，通過骨料降溫和優(yōu)化混凝土配合比控制混凝土水化熱，同時在水化熱嚴(yán)重的主梁根部區(qū)域設(shè)置直徑為6 mm的鋼筋焊網(wǎng)片，增強(qiáng)混凝土表面的抗裂性[5]。

3施工方案設(shè)計

3.1支架基礎(chǔ)處理

須在搭設(shè)腳手架范圍內(nèi)的原地面進(jìn)行整平碾壓，然后填筑25～40 cm厚的級配碎石，分層攤鋪碾壓。碾壓方式由兩側(cè)向中間碾壓，遵循先輕后重、先慢后快的原則，每次碾壓橫向重疊寬度不小于40 cm，縱向橫縫搭接不小于2 m，要求級配碎石壓實(shí)度大于96 %，碾壓后表面應(yīng)平整。碾壓完畢后的地基承載力不應(yīng)小于200 kPa，在其表面澆筑15 cm厚的C20混凝土墊層進(jìn)行找平，設(shè)置±2 %的橫向排水坡度，并在支架搭設(shè)范圍外分別設(shè)置截水溝。

3.2支架方案

支架應(yīng)構(gòu)造簡單、受力明確，并且安裝和拆除方便。本橋采用常規(guī)定型碗扣式鋼管支架，滿堂紅方式布置。支架須按1.2倍所承受的梁體和模板重量進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓荷載的分布應(yīng)模擬實(shí)際受力情況，支架預(yù)壓應(yīng)消除支架體系的非彈性變形，檢驗支架體系的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。預(yù)壓荷載分三級加載，即0.6、0.8和1.0倍預(yù)壓荷載，預(yù)壓荷載加載完后須靜壓24 h且每隔4 h觀測變形值不大于2 mm，方可視為穩(wěn)定。

支架預(yù)壓遵循整體均勻受力的原則，即預(yù)加荷載時應(yīng)整體、均勻、分層進(jìn)行疊加，嚴(yán)禁從支架一端開始堆高、加載，防治支架偏心受壓，造成支架變形甚至支架倒塌的安全事故。支架拆除遵循由跨中向橋墩對稱同步拆除。

3.3模板施工方案

箱梁外模采用定型鋼模板，橫梁和內(nèi)模采用小角鋼與竹膠板組合模板。施工時應(yīng)保證模板支架的強(qiáng)度和剛度，防止變形。外露面底板和側(cè)面的模板，特別是預(yù)應(yīng)力張拉齒塊模板應(yīng)按要求安裝附著式振動器，以確保混凝土的澆筑質(zhì)量。模板與混凝土接觸面應(yīng)涂刷隔離劑，保證模板板面光潔平整、接縫嚴(yán)密不漏漿。

3.4混凝土水化熱控制措施

大體積混凝土中的水泥膠凝材料用量是水化熱大小的主要因素，因此在設(shè)計配合比時應(yīng)在保證混凝土強(qiáng)度和耐久性的前提下盡量降低水泥用量，以緩解水化熱。大體積溫度裂縫形成和擴(kuò)展的主要因素有：水泥品牌及使用量、配合比設(shè)計、外加劑、設(shè)計配筋、施工工藝和養(yǎng)護(hù)條件。

水泥品種選用水化熱低的礦渣水泥,適度摻入粉煤灰和其它外加劑的“雙摻”技術(shù)置換相同質(zhì)量的水泥。骨料選用級配良好的較大粒徑骨料。優(yōu)化混凝土配合比，控制對水灰比、最大水泥用量，骨料降溫，以降低混凝土水化熱[11]。

降低骨料出倉溫度，混凝土的攪拌采用二次投料的水泥砂漿裹料的攪拌工藝，以降低攪拌時的初始溫度和水灰比，并控制混凝土入模溫度在40℃以下。加強(qiáng)混凝土監(jiān)控，監(jiān)測內(nèi)部溫度場變化情況，建立溫度控制預(yù)警系統(tǒng)，以便采用相應(yīng)的降溫措施，確保不產(chǎn)生過大的溫度應(yīng)力。

在水化熱較大的主梁根部設(shè)置表面鋼筋網(wǎng)，以減緩混凝土的收縮，限制裂縫的發(fā)展。

3.5混凝土澆筑方案

混凝土入模時間選擇在全天最低溫，養(yǎng)生期間配合專用水車和人員保證保溫保濕養(yǎng)護(hù)。倉面內(nèi)的混凝土澆筑順橋向由低向高、多工作面分層澆筑作業(yè)，橫橋向應(yīng)對稱平衡澆筑[5]。主梁混凝土采用縱向分段和豎向分層澆筑，每相鄰混凝土澆筑時間間隔應(yīng)小于前段混凝土初凝時間。

4結(jié)束語

連續(xù)梁大節(jié)段支架現(xiàn)澆方法設(shè)計與施工必須密切配合，綜合人力、物力和財力，兼顧橋址地理位置、橋梁規(guī)模、施工措施選擇節(jié)段澆筑規(guī)模。支架現(xiàn)澆與其它施工方法相比，主要以下幾點(diǎn)特征：

(1)施工工期短，施工難度低，施工措施簡單但繁雜，主梁線性容易保證。

(2)占用大量的臨時用地，一次性投入大量人力、物力和財力，養(yǎng)護(hù)面大，支架地基須處理。

(3)常規(guī)掛籃施工支點(diǎn)負(fù)彎矩鋼束采用節(jié)段截面張拉，而一次性整體支架現(xiàn)澆部分鋼束須借助齒塊進(jìn)行錨固，因此須加強(qiáng)齒塊的設(shè)計，防止齒塊劈裂裂縫。

(4)一次性整體現(xiàn)澆與兩次現(xiàn)澆或多次現(xiàn)澆方法的選取主要根據(jù)現(xiàn)場混凝土的供應(yīng)能力、倉面面積、主梁施工時的日晝溫度變化幅度等綜合考慮。

參考文獻(xiàn)

[1]朱漢華，陳孟沖，袁迎捷.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫分析與防治[M].人民交通出版社，2006.

[2]石雪飛，楊琪，阮欣.已建大跨徑PC梁橋過量下?lián)霞伴_裂處治技術(shù)[M].人民交通出版社，2010.

[3]凌廣.整體現(xiàn)澆大跨度連續(xù)梁橋設(shè)計要點(diǎn)[J].交通科技，2012, 251(2)：54-57.

[4]JTG D62-2004 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[5]鮑衛(wèi)剛,周泳濤.預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋梁設(shè)計施工技術(shù)指南[M].北京：人民交通出版社，2009.

[6]蘇國明.一聯(lián)多孔連系梁大節(jié)段快速施工設(shè)計[J].鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2013(9)：50-53.

[作者簡介]趙胤儒(1982～),男,工學(xué)碩士,工程師，主要從事橋梁設(shè)計與咨詢；劉青松(1981～)，男，工學(xué)碩士，工程師，主要從事橋梁與隧道設(shè)計、咨詢；秦清波(1980～)，男，工學(xué)碩士，高級工程師，主要從事橋梁設(shè)計與咨詢。

【中圖分類號】U445.469

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

[定稿日期]2015-10-26