長聯大跨預應力連續梁分段施工設計

穆　偉，廖崇慶，劉　杰，田　璐

（1.重慶中設工程設計股份有限公司，重慶市 404100；2.上海市政交通設計研究院有限公司，上海市 200030；3.中鐵工程設計咨詢集團鄭州設計院，河南 鄭州　50000）

長聯大跨預應力連續梁分段施工設計

穆偉1，廖崇慶2，劉杰3，田璐3

（1.重慶中設工程設計股份有限公司，重慶市 404100；2.上海市政交通設計研究院有限公司，上海市 200030；3.中鐵工程設計咨詢集團鄭州設計院，河南 鄭州50000）

在滿堂支架澆筑的工法中，長聯連續梁受長鋼束預應力損失、一次澆筑方量過大等因素控制需要逐段施工。通過具體橋型案例對比分析，揭示分段方式的合理選取、分段施工的內力及配束特點、線形控制要求及張拉順序優化措施等，對類似橋型施工有參考意義。

逐段施工；預應力；連續梁；滿堂支架

0　引言

滿堂支架工法廣泛應用于橋梁的建設中，在橋梁高度較低、無水或水流較小、枯水期較長及橋下空間有條件的橋跨區域經常采用，其具備造價較低、施工難度小、工期短、效率高等特點。對于一般的混凝土連續梁橋，橋聯長不大的情況下一般均采用一次澆筑、一次階段成橋的快速施工方式；對于聯長較長跨度較大的連續梁，受長鋼束預應力損失、混凝土澆筑設備、可連續澆筑方量的限制等因素無法一階段成橋，必須采用分段施工的工法。分段施工工法其同樣具備滿堂澆筑工法施工周期相對較短、設備要求簡單等優點，但是分段工法也有其不同與滿堂一階段成橋及懸臂掛籃法的內力特點。根據其內力特點相應的線性控制和配束，以及張拉要求等，本文將以神木新區窟野河二號橋為案例分析其特點。

1　工程概況

神木新區窟野河二號橋為神木縣新區連接東西濱河片區的一條關鍵通道，主橋跨越窟野河，窟野河為全寬近400 m季節性河流，西側主橋跨越西濱河路后順接，東側接規劃道路。道路標準全寬為22 m，上下行分離式雙幅橋，單幅橋全寬11 m，兩個車行道+3 m人行道。設計荷載采用城市—A級［1］，主橋部分跨度布置為（47+74+74+47）m+3×56 m+ 3×56 m共三聯（見圖1），其中（47+74+74+47）m聯為上跨西側濱河路的控制聯。梁部采用預應力混凝土變截面連續箱梁，橋墩為圓端形實體墩，基礎根據地質情況分別采用擴基及群樁基礎。本次主要分析（47+74+74+47）m聯（見圖2），其單幅橋寬為11 m，梁部為單向雙室豎直腹板截面，梁底二次曲線變高度，為營造本橋梁底曲拱的柔美造型，邊跨同樣采用變高設置，端部梁高均為4.0 m，跨中梁高2.2 m。梁部按照預應力A類構件設計［2］，僅設置縱向預應力體系。

2　分階段方式選擇

對于跨度較大的支架現澆法連續梁一般有如下集中分段選擇。

2.1墩頂、跨中分別劃分大節段施工

以48 m+80 m+48 m連續梁為例［3］，其墩頂、跨中及邊跨段均為大節段，中跨設置兩個合攏段。施工順序為同時澆筑墩頂B段和跨中的大節段D，混凝土強度達到要求后張拉預應力。腹板的預應力通過連接器在合攏段處接長，澆筑合攏段，達到強度后張拉預應力，腹板預應力接長至梁端，澆筑邊跨大節段A，強度達到后張拉剩余部分的預應力。圖3為梁體分段布置圖。

其特點為：（1）鋼束接頭處較多（見圖4），合攏段較多，構造處理復雜，施工周期較長。（2）張拉施工中隨著預應力的逐步張拉，支架受力變化很大，B段支架反力向墩中心位置集中，D段支架反力向兩端位置集中。根據相關資料及計算顯示，中墩旁兩側托架在施工中最大受力為12 000 kN，中間段最大反力7 300 kN，支架反力較為集中。上述特殊位置需特殊處理，采用勁性支架支撐。（3）支架等臨時工程投入較多。

圖1　全橋橋型布置圖（單位：mm）

圖2　（47+74+74+47）m聯梁立面布置圖（單位：mm）

圖3　梁體分段布置圖（單位：mm）

圖4　鋼束布置圖一

2.2大節段懸臂及合攏方式［3］

如圖5、圖6所示，取消了跨中階段的澆筑張拉階段，全部梁部均有大節段的懸臂0號塊，并逐段拼接1號、2號塊，再行施工各中跨及邊跨合攏段。

其特點為：（1）減少了跨中節段的施工，避免了跨中支架的加強處理，適用于跨中墩高較高情況。（2）成橋過程類似于懸臂澆筑法，中墩兩側的支架反力大大增加，并需要墩梁臨時固結，采用勁性骨架合攏段設置。（3）短束配置為主（見圖7），鋼束齒塊數量劇增，施工不便。

2.3逐段接長施工的方法

神木新區窟野河二號橋為一聯四跨，中跨74 m，橋墩較低，且橋址區地質情況尚可。鑒于以上分段方案的特點，采用逐段施工、鋼束逐段接長張拉的方式處理。相比前兩種分段方式，其降低了支架在張拉施工過程中的反力集中，降低了支架的難度及臨時工程投入；鋼束接頭少，構造較簡單；可降低中墩頂附近的控制負彎矩，受力合理；配束以腹板長鋼束為主，減少了短束的操作不便。見圖8～圖12。

圖5　梁體分段施工步驟圖一

圖6　梁體分段施工步驟圖二

圖7　鋼束布置圖二（單位：mm）

圖8　梁體分段施工步驟圖A

圖9　梁體分段施工步驟圖B

圖10　梁體分段施工步驟圖C

圖11　第一段鋼束布置圖

圖12　第二段鋼束布置圖

具體分段情況根據聯長為全橋劃分為兩個兩段，分段位置取中墩右側14 m左右。

3　逐段施工內力特點

梁體最終成橋的受力狀態與不同的工法關系緊密，對于該橋四跨一聯的預應力連續梁控制位置一般均為中墩墩頂位置的負彎矩。為了對比方案的合理性，采用一階段成橋與逐段施工工法的彎矩內力標準值來對比分析其特點。對于此種跨度的連續梁而言，其最大控制彎矩中自重的權重很大，為其決定性因素，主要對比在成橋自重作用下的彎矩及標準組合的情況。計算分析采用橋博軟件建立模型分析，不同的順序采用不同的邊界方式處理，結果見圖13～圖16。

圖13　一階段成橋的自重彎矩圖（單位：kN·m）

圖14　一階段成橋的彎矩標準組合圖（單位：kN·m）

圖15　逐段成橋的自重彎矩圖（單位：kN·m）

圖16　逐段成橋的彎矩標準組合（單位：kN·m）

由以上分析可以明顯看出，逐段施工的自重（包括二期）下中墩頂控制負彎矩降低了22%，甚至比次邊墩的控制彎矩還小。在成橋標準組合彎矩下，中墩墩頂負彎矩降低了15%，而且與兩側的次邊墩控制彎矩相當。一階段成橋的組合彎矩明顯表現出中墩突出的特點。由此可見，逐段施工的方式從梁部控制性位置的受力情況來講是有利于一階段成橋的，類推可知逐段施工工法其控制性位置負彎矩更小于上文提到前兩種節段劃分方式，其受力是更合理的。

究其原因我們可從兩個角度來解釋：其一，根據無應力狀態控制法理論，逐段施工時在分段處有在第一個施工階段完畢時所形成的轉角及豎向位移，其位移是融入第二階段的，而區別于一階段成橋的無應力狀態量［4］，故其內力差異。其二，從宏觀幾何變形的角度定性分析，在分段處第一個施工階段所形成的位移可理解為此處的梁部位移的釋放及剛度的降低，由此引起成橋后中墩處梁部剛度的降低，故其分配彎矩降低。

4　梁部構造及縱向計算分析

4.1構造及配束

梁部的構造處理注意在分段處附近梁體腹板需要適當加厚以滿足鋼束接長的構造要求，并且需要考慮接縫處接長器對鋼束線性的要求。根據該橋的施工分段方式確定鋼束配置采用連續腹板束為主、局部短束加強的方式。腹板長鋼束采用17-15.2鋼絞線，局部短鋼束采用15-15.2，12-15.2。第一段的腹板束錨固在梁體分段處，可采用兩端張拉。本段的鋼束張拉完畢后，澆筑后一段的梁體并相應接長腹板束至另一梁端，待混凝土強度達到后再行張拉。此種以腹板長鋼束為主的配束方式和逐段施工的工法較為合理，其可大大減少梁體內的短鋼束所形成的齒塊、槽口等，施工方便［5］。見圖17、圖18。

圖17　腹板連續鋼束布置圖

圖18　頂底板短束布置圖

4.2建模及計算

主梁分析采用橋博軟件建立模型分析（見圖19），全橋共劃分為132個單元，預應力及邊界條件的輸入與施工階段相對應。由于橋面橫向寬度較小，僅采用縱向預應力體系，梁部混凝土標號C50，按照預應力混凝土A［2］類構件控制。

圖19　模型圖

經計算取控制斷面處上下緣的應力情況見表1。

表1　主梁主要計算結果表MPa

由表1可見，滿足規范［2］的相關要求，根據分析其剛度也滿足規定相關要求。

5　線形特點及張拉順序優化

對于滿堂支架工法一階段成橋的橋型而言，其澆筑及成橋是連續施做的，全橋的剛度是連續形成的，故不存在位移發生突變及調整的情況，僅需在跨度較大剛度較小的情況下根據成橋狀態結構提前設置部分預拱度即可，不需考慮施工過程的不同影響。該橋由于采用了逐段施工、逐段張拉的滿堂支架工法施做，需要分析分段處在預應力逐段張拉情況下的位移情況，以便于線性的控制。考慮到該橋的分段特點，在自重及預應力的張拉過程中，第一個施工階段的累計位移，特別是對于分段處的位移會累計到下一個施工階段，并控制該橋的線形。根據分段情況主要分析在第一個施工階段下的位移特點。

由圖20可看出第一個施工階段在分段處的位移趨勢，特別是在分段處的位移上翹突變情況。分析第一個施工階段的情況可知，在自重作用下分段處產生一個上翹的位移峰值。布置于中墩附近的腹板長鋼束的錨固位置以及中墩頂的短鋼束，其均會產生在分段處的上翹，對于其趨勢是加劇的。對于跨度不大的連續梁逐段施工時此位移較小，但是隨著跨度的增加，鋼束的增強，此效應越加明顯。由于該橋中墩處的腹板束及短束均是根據運營狀態下的疊加效應配置，墩頂部的短束對于施工階段的工況是過量的，腹板長鋼束則需張拉。

圖20　第一段施工完畢位移（單位：cm）

鑒于此特點，為了該橋線形的平順必須控制其第一個施工階段產生的不利位移，特別是在分段處的上翹位移。考慮采用以下途徑解決：（1）調整主梁的預應力張拉順序，主墩墩頂的短鋼束在第一個施工階段不張拉，待第二段梁施工后再行張拉，以減小分段處的位移突變；（2）根據調整后第一階段位移情況在適當位置特別是分段處設置部分反向預拱度以抵消此效應。

6　結語

（1）逐段施工的長聯預應力連續梁受力較為合理，其控制性負彎矩均小于一階段成橋及其他分段施工工法，利于梁高控制及引線工程。

（2）相比長懸臂或其他分段方式，逐段施工的受力特點可使其支架反力集中情況削弱，減小對支架的受力要求，相應臨時工程要求較低，方便施工。

（3）腹板長鋼束、局部補充短鋼束的配束方式適用于此工法，且可大量減少齒板、槽口等不便施工操作的構造。

（4）通過合理調整分段處合適的張拉順序保證橋梁線形的平順。

［1］CJJ 11-2011，城市橋梁設計規范［S］.

［2］JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土設計規范［S］.

［3］蘇國明.一聯多孔連續梁大節段快速施工 ［J］.鐵道標準設計，2013（9）:50-53.

［4］秦順全.橋梁施工控制-無應力狀態法理論與實踐 ［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［5］范立礎.橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，1996.

U445

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1009-7716（2016）06-0146-04

2016-01-13

穆偉（1985-），男，河南駐馬店人，高級工程師，從事橋梁設計及巖土工程工作。