庫區橋梁方案比選與設計施工技術

龔臻 李升甫， 李翠平 何云勇，

（1.四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610041； 2.西南交通大學，四川 成都 610031；3. 中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031）

一、項目概況

青衣江發源于四川邛崍山脈巴朗山與夾金山之間的蜀西營（海拔高程4930m），經寶興、雅安、洪雅、夾江于樂山草鞋渡處匯入大渡河。青衣江流域水力資源蘊藏量大，水電開發和建設條件好。華能雨城電站位于雅安市多營鎮，該段青衣江河道已成為庫區，兩岸多營鎮和對巖鎮居民多采用碼頭輪渡方式溝通，或繞行十幾公里從上下游其他橋梁通行。雅安市通過精準扶貧、落實“渡改橋”專項工程，擬建設多營大橋，跨越青衣江庫區，以消除江河渡口船舶渡運安全隱患，改善兩岸居民出行條件，減少迂回，降低社會綜合成本，提高路網整體效益，促進雅安交通運輸發展。

該橋連接線起于國道318線多營繞城與玉屏街平交口，改造玉屏街、金蓮街，于多營南端設大橋跨越青衣江至對巖埡口，下穿在建雅康高速，與國道108線平交并止于國道108線，路線全長1.613km，其中多營大橋長590.75m，橋型布置為10×30+(75+130+75)m預應力混凝土現澆連續箱梁，多營岸接線長641.5m，對巖岸接線長351m。建成后擬撤銷搭溝漩渡口。

圖1 擬建大橋位置圖

二、橋型方案比選

多營青衣江大橋橋位與河道基本正交，河面寬約260m，主河槽靠近對巖一側，多營一側為逐漸抬升的河灘。橋位下游約500m為華能雨城電站壩址，電站壩頂高程600.50m，運行水位596.00m～597.50m，受電站蓄水影響，流速較緩，水深15m～18m。根據橋位處于庫區的特點，考慮地形、地質、行洪、施工條件，擬定了3個橋型比選方案。

方案一，10×25m小箱梁+8×40mT梁；柱式墩臺，樁基礎，如圖2所示。跨越河道處橋梁采用40m跨徑T梁，外掛裝飾板，形成拱式橋外觀，水中樁基采用搭設鋼棧橋鉆孔法施工。該方案結構簡潔、工藝成熟、施工快捷方便、造價約7675.5萬元。缺點是庫區深水中有28個橋墩樁基，水深從5m逐漸變化到17m，鋼棧橋規模大，設置長度約280m，樁基施工對環境影響較大且景觀效果較差。

方案二，9×30m小箱梁+（85+150+85）m矮塔斜拉橋；主橋橋墩采用設分水尖的矩形墩，引橋下部結構柱式墩臺，樁基礎，如圖3所示。橋塔高約20m，每個橋塔對稱布置11對斜拉索。主墩在河道范圍，對應的水深分別為6.2m和14.0m，需在河中搭設鋼棧橋和鋼平臺，樁基和承臺采用鉆孔法配合鋼吊箱施工。該方案橋梁外形挺拔、景觀效果較好，主橋梁高較小，深水中橋墩基礎減少為8個，對環境影響小，鋼棧橋規模小，設置長度約130m，造價約9428.8萬元，但施工較復雜、工期較長，后期需換索，養護費用較高。

方案三，10×30m小箱梁+（75+130+75）m懸澆連續箱梁；主橋橋墩采用設分水尖的矩形墩，引橋下部結構柱式墩臺，樁基礎，如圖4所示。主墩也在河道范圍，對應的水深分別為8.8m和15.2m，施工措施和方案二類似。該方案橋梁外形剛勁、美觀大方，主橋整體性好、易于養護、施工工藝成熟，深水中橋墩基礎也減少為8個，對環境影響較小，鋼棧橋規模較小，設置長度約145m，造價約8335.5萬元。經比選，推薦采用深水基礎較少，工程造價適中的懸澆連續梁作為實施方案。

圖2 方案一：主橋混凝土T梁立面圖

圖3 方案二：主橋矮塔斜拉立面圖

圖4 方案三：主橋懸澆連續箱梁立面圖

三、主橋結構設計

（一）箱梁結構

箱梁0號塊長11.2m，每個主墩“T”構沿縱橋向分為15個對稱的節段，分別為2.9m，7×3.5m，7×4.4m，合龍段長2.4m，邊跨現澆段長8.65m。0號塊采用墩旁托架現澆，1號～15號塊采用掛籃懸澆，邊跨現澆段采用落地支架施工，合龍段采用吊架或落地支架均可。懸臂澆注節段最大控制重量1816kN，掛籃自重按900kN考慮。

箱梁采用單箱單室箱型截面，頂板寬12.1m，頂板設2%橫坡，底板寬7m，水平布置。跨中及邊跨現澆段梁高3m，墩頂0號塊梁高8.0m。腹板厚度有100cm、70cm、50cm3種。底板在墩頂支座處厚240cm，其余從110cm漸變至32cm。梁高和底板厚度均按1.6次拋物線變化。

（二）預應力體系

縱向預應力設置了頂板束、下彎束、底板束、合龍束、預備束，均采用φs15.2鋼絞線，兩端張拉。頂板束錨固在腹板與承托交界處，下彎束錨固在截面中性軸附近，懸澆節段完成即張拉。底板束錨固在下齒塊，合龍之后分批張拉。合龍束錨固在上齒塊，與底板束的張拉順序綜合考慮。預備束孔位預留，根據施工情況確定是否設置。

橫向預應力采用直線方式布束，在0號塊范圍采用M15-5鋼絞線，其余部位按間距50cm布置M15-2鋼絞線，單根張拉力195.3kN。豎向預應力在主梁腹板內按間距50cm布置M15-3鋼絞線，底板錨固，頂板張拉，每束張拉力為585.5kN。由于豎向鋼束長度較短，為減小損失，采用了低回縮量錨具。

（三）鋼束張拉順序

箱梁為三向預應力結構，采用掛籃懸澆方式施工，縱向頂板束和下彎束可在已澆混凝土強度達到90%以上且齡期大于5天后對稱張拉，但該節段的橫向和豎向鋼束此時不張拉，而是采用“滯后張拉”的方式。通過計算分析，橫向和豎向束滯后縱向束一個節段，其效應能更加均勻地分布到相鄰的幾個梁段上，使得永存預應力與標準值的偏差小于10%，對提高主梁橫向抗彎能力和腹板抗剪能力效果較好。當掛籃懸澆到最后一個節段，其橫向和豎向鋼束也先不張拉，而是等待合龍段混凝土澆注后，再一起張拉。

（四）下部結構

如圖5所示，主墩采用鋼筋混凝土實心墩，橫橋向7.0m，縱橋向4.0m，墩身在洪水位下設置分水尖。主墩底部與承臺連接，承臺厚4.0m，平面尺寸11×9.5m，下設4根直徑2.5m的鉆孔灌注樁；墩頂與主梁通過支座相連。交界墩也采用實心墩，橋墩厚度為2.5m，承臺厚3.5m，下設4根直徑1.8m樁基。

圖5 主橋斷面圖

四、主橋上部結構計算分析

計算分析采用MIDAS/Civil軟件，主梁采用空間梁單元模擬，支座采用彈性連接模擬。梁體結構視為均質彈性體，不考慮結構材料的非線性，如圖6所示。計算模型荷載考慮自重、二期恒載、預應力荷載、溫度作用、公路I級車道荷載、不均勻沉降等。自重系數采用1.04，由程序自動計算。相對濕度：80%；溫度作用（合龍溫度20℃，結構體系溫差取±20℃。溫度梯度取T1=14℃，T2=5.5℃。基礎變位：主墩處沉降均按1cm考慮。掛籃自重按800kN考慮。

如圖7、8所示，主梁持久狀況下正截面抗彎承載力、斜截面抗剪承載力均滿足要求。如圖9、10所示，在荷載短期效應組合工況下，主梁正常使用極限狀態的正截面未出現拉應力，斜截面最大主拉應力小于1.1MPa，正截面和斜截面抗裂驗算均滿足要求。如圖11、12所示，正常使用階段，主梁持久狀態下正截面最大壓應力小于17.8MPa，斜截面最大主壓應力小于21.4MPa，均滿足要求。

圖6 主橋結構有限元計算模型

圖7 主梁正截面抗彎承載能力效應-抗力包絡圖

圖8 主梁斜截面抗剪承載能力效應-抗力包絡圖

圖9 主梁正常使用極限狀態正截面抗裂驗算

圖10 主梁持久狀況斜截面抗裂驗算

圖11 主梁持久狀況正截面法向壓應力驗算

圖12 主梁持久狀況斜截面主壓應力驗算

五、施工技術分析

（一）連續箱梁施工工藝

1.0號梁段施工

當主橋墩完成后，墩頂0號梁段擬在墩頂設置相應的臨時固結支座，設置相應的臨時鋼管支撐。由于0號梁段高度為8m，長11.2m，混凝土數量較大，預應力管道密集，為減輕托架負荷和保證混凝土澆注質量，豎向可分層澆注，但最多分為2層，分層位置宜設在頂板倒角下1m處，應保證新老混凝土的結合質量和加強養生。

2.懸臂澆注梁段

在0號梁段兩端安裝掛籃，掛籃安裝完畢后進行預壓測試，并記錄預壓時的彈性變形曲線，以盡可能消除非彈性變形和獲得標高控制數據。各梁段要求一次澆注完成，保持對稱平衡施工，不對稱重量不得大于100kN。每個T上用兩個掛籃同時澆注箱梁節段。施工順序為移動掛籃、綁扎鋼筋澆注節段、張拉頂板束，有豎向預應力的節段滯后一個節段張拉豎向預應力，如此反復進行到兩側澆注至15號節段，在邊跨側采用施加水箱配重。邊跨現澆段采用搭架施工，先合龍邊跨，張拉邊跨頂底板束，最后合龍中跨，張拉中跨頂底板束，施工橋面鋪裝和護欄等二期恒載。

3.邊跨現澆段

由于該橋整體高度均不高，邊跨現澆段采用在交界墩旁設置落地滿堂支架澆注的方式施工。施工前需對支架進行預壓，根據支架的彈性變形和施工控制要求，確定底模標高。邊跨底板束張拉時，需保證箱梁和支架間水平向自由變形。

4.合龍段施工

箱梁合龍，即由懸臂體系轉換為連續體系，是控制全橋受力狀態和線型的關鍵工序，因此合龍順序和工藝都必須嚴格控制。全橋分兩個合龍階段，第一階段同時合龍兩個邊跨；第二階段合龍中跨，其施工順序和過程如下。

邊跨合龍：施工完成15號和邊跨現澆梁段后，在合龍段兩側設水箱作平衡重，合龍段兩側水箱容水重量相當于合龍段所澆混凝土重量，中跨對應壓重。安裝邊跨合龍段勁性骨架，在一天的低溫時段澆注邊跨合龍段，邊澆混凝土邊同步等效放水，待混凝土強度大于90%設計強度后，混凝土養護齡期不小于5天，張拉頂底板合龍束。拆除邊跨現澆段托架，準備中跨合龍。

中跨合龍：在中跨兩懸臂端將掛籃改裝為吊架(吊架重不超過300kN)，并在懸臂端設水箱作平衡重，合龍段兩側水箱容水重量相當于合龍段所澆混凝土重量。在溫度處于15℃至20℃時，焊好合龍骨架，綁扎合龍段鋼筋。在第二天清晨3時左右當天溫度最低時澆注合龍段混凝土，邊澆混凝土邊同步等效放水。待混凝土強度達到設計強度的90%以上時，混凝土養護齡期不小于5天，按順序張拉縱向頂底板束，拆除吊架后張拉橫、豎向預應力。

5.連續梁體系轉換

對于跨域河堤的連續箱梁當主橋墩完成后，主墩與主梁臨時固接；采用臨時墊塊承受壓力與普通鋼筋錨固承受彎矩產生的拉力。墩頂0號梁段可在墩頂預埋牛腿支承的托架上施工，預埋牛腿及托架應認真設計驗算。主墩鋼筋必須伸入梁體內120cm以上，并注意埋入0號塊豎向預應力鋼筋。澆注混凝土前應對托（支）架進行堆載預壓，采用的預壓重等同于每延米墩頂塊件一期恒載重。0號梁段施工可采用兩次澆注，澆注完成后，組拼施工掛籃，懸臂澆注法對稱施工主梁。搭架現澆邊跨現澆段，先邊跨合龍，再中跨合龍，拆除0號塊臨時支座及相應臨時支承，完成體系轉換。

（二）下部結構施工方法

連續箱梁主墩和交界墩采用翻模施工；主橋基礎采用鉆孔灌注法施工；主墩承臺采用圍堰立模現澆施工。

主橋基礎的施工宜安排在枯水期進行，承臺采用圍堰隔水立模現澆施工，承臺混凝土體積較大，設計采用冷卻水管或低水化熱水泥施工，減少水化熱，防止混凝土開裂。先在承臺位置進行圍堰后，再在其上安置鉆機，成孔后采用水下灌注混凝土的方式完成樁基施工，為了有效提高灌注樁的質量，應盡量選用帶有長護筒的鉆孔灌注樁的機械設備，尤其對處于河床內的樁基礎，力求把鋼護筒深入基巖，以便在清水中灌注水下混凝土，確保灌注樁的成孔尺寸及混凝土的澆注質量。

六、結語

多營青衣江大橋位于雨城電站庫區影響范圍內，橋墩基礎多位于深水區，通過對簡支T梁、大跨連續梁、矮塔斜拉橋3種橋型的對比分析，推薦采用了上部結構受力明確、整體性好、工藝成熟，下部結構深水基礎少、施工難度小，后期養護成本低，造價適中，環境影響小，景觀效果較好的大跨連續梁方案；并進行了計算分析和結構設計，提出了合適的預應力布置形式、張拉方式，合龍順序，體系轉換時機；總結了基礎采用鋼護筒，承臺采用鋼吊箱，上部梁體采用支架、托架和掛籃的施工方法。