預制懸拼變截面連續(xù)剛構(gòu)的設計與施工技術研究

晏江馳

(浙江省交通規(guī)劃設計研究院有限公司，浙江 杭州 310031)

1 緒 論

1.1 預制節(jié)段拼裝研究現(xiàn)狀

預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁在跨越大河、溝谷等地形的橋梁設計中應用較廣，具有跨越能力大、施工無體系轉(zhuǎn)化、施工工藝成熟、橋梁整體性好、行車平順性好、造價低等優(yōu)點。傳統(tǒng)懸澆變截面連續(xù)剛構(gòu)施工工藝成熟，但存在施工周期長，施工場地安全風險較大，施工質(zhì)量較難控制等問題，預制拼裝施工相比傳統(tǒng)的懸臂澆筑工藝施工周期大大縮減，提高施工區(qū)域及其周圍的安全性，施工質(zhì)量好，上部結(jié)構(gòu)幾何線形容易控制，以最大限度降低施工對社會交通車道的擠占、加快施工進度，減輕施工對周邊環(huán)境的影響，減少工人長時間高空作業(yè)，降低施工風險等，本文結(jié)合新安江特大橋的設計與施工，淺談懸拼連續(xù)剛構(gòu)的設計及施工體會。

橋梁節(jié)段預制拼裝至今已有60多年的歷史，其背景乃二戰(zhàn)后，歐洲為迅速修建大戰(zhàn)期間破壞的橋梁，設計出許多開創(chuàng)性的橋梁工法，經(jīng)濟且高效的自動化橋梁工法應用而生。上世紀80年代以來，各國學者對節(jié)段施工體外預應力結(jié)構(gòu)進行了細致深入的研究。

近十幾年內(nèi)，北美、西歐、日本等國相繼制定發(fā)布了節(jié)段梁設計和施工的相關規(guī)范和規(guī)程。目前我國的節(jié)段預制拼裝技術運用相對較少，更多的是采用滿堂支架現(xiàn)澆和懸臂澆筑等方案。因此有必要針對我國公路建設的需要，對高速公路預制拼裝橋梁設計和施工進行較為全面的分析研究。

本研究的主要目的是通過建立合理的有限元模型，結(jié)合公路橋梁施工圖設計，對預制節(jié)段拼裝結(jié)構(gòu)從施工到成橋，再到運營等全過程的受力進行較全面的計算分析，研究預制節(jié)段拼裝體外預應力混凝土箱梁的計算設計過程，并從設計、施工、管理等各個關鍵環(huán)節(jié)和工序采取一系列行之有效的質(zhì)量保證措施及手段，從而保障預制節(jié)段梁的結(jié)構(gòu)設計更合理、施工控制水平更高、施工質(zhì)量更有保障，為預應力混凝土懸拼連續(xù)剛構(gòu)橋的設計、施工、管理等方面取得寶貴的工程實踐經(jīng)驗。以期推動預制節(jié)段拼裝結(jié)構(gòu)在我國公路建設中更廣泛的應用。

1.2 項目概況

新安江特大橋位于浙江省建德市，是浙江省建德至金華高速公路跨新安江的一座特大橋，規(guī)劃四級航道，凈寬90 m，凈高7 m，主橋跨徑為75 m+130 m+75 m連續(xù)剛構(gòu)，主橋主墩墩高約20 m，主墩及采用V型薄壁墩。本高速公路有另外一處跨越蘭江的橋梁同樣采用75 m+130 m+75 m連續(xù)剛構(gòu)。從增加模板利用率的角度出發(fā)，將兩處連接剛構(gòu)統(tǒng)一預制，進行預制懸拼的施工方法，可以減少施工時間，降低或避免工人長時間高空作業(yè)，減少施工危險等。

2 節(jié)段梁計算

2.1 計算模型

主橋上部結(jié)構(gòu)的采用midas civil 2012進行結(jié)構(gòu)分析計算。主梁共劃分94個單元，橋墩劃分為44個單元，承臺劃分為2個單元。

結(jié)構(gòu)離散圖如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)離散圖

2.2 計算特點

相比懸澆箱梁計算，預制拼裝節(jié)段梁的計算有以下不同，首先，預制懸拼節(jié)段梁的特點是普通鋼筋不相連，對于全預應力構(gòu)件設計來說，這對應力的影響基本忽略不計，但是對于承載能力極限狀態(tài)的抗力影響較大，常規(guī)懸澆箱梁計算時考慮普通鋼筋的作用，而預制拼裝節(jié)段梁不考慮普通鋼筋對截面抗力的貢獻，以本項目為例，該作用達到抗力的5%左右，目前國內(nèi)對于預制懸拼強度折減系數(shù)尚未深入研究，建議參考美國AASHTO規(guī)范相關內(nèi)容；其次懸澆箱梁傳統(tǒng)做法大多全部使用體內(nèi)束，而預制拼裝節(jié)段梁采用體內(nèi)體外混合配束的方式，一般來講，體內(nèi)束滿足箱梁自重及橋面系自重的作用，體外束則考慮汽車活載的作用，在計算過程中，控制好施工階段梁體的應力，施工階段梁體壓應力儲備控制在1 MPa以內(nèi)。

3 構(gòu)造設計

3.1 構(gòu)造尺寸

(1)箱梁一般構(gòu)造及特點

主梁形式為預應力混凝土箱梁。預應力混凝土箱梁采用單箱單室截面，頂板寬12.5 m，底板寬7 m，兩側(cè)翼緣各寬2.75 m。墩頂處梁高為7.8 m，邊跨端部的梁高為3.2 m。梁底曲線為二次拋物線。與傳統(tǒng)懸澆箱梁相比，預制懸拼箱梁有所不同，首先除了0#塊和現(xiàn)澆濕接縫采用現(xiàn)澆外，其余所有的節(jié)段均采用預制節(jié)段，包括合攏節(jié)段。其次考慮到變截面箱梁預制節(jié)段數(shù)較多，而截面高度的不斷變化，導致模板需求量很大，傳統(tǒng)懸澆箱梁的底板從跨中到根部是不斷變厚的，預制節(jié)段梁由于受力的需要也設置了底板從跨中到根部的變厚，但是通過處理，保證每個預制節(jié)段的底板等厚，使得施工變得相對簡單。

(2)預應力布置

縱向預應力鋼束分為體內(nèi)束和體外束兩種，體內(nèi)束設置了頂板束、底板束、腹板束三種；體外束設置了邊跨束和中跨束。頂板橫向預應力鋼束采用15-3型鋼束，采用單端張拉方式。本箱梁不設置豎向預應力鋼束。

3.2 剪力鍵

預制梁段兩端設置凹凸交替的剪力鍵，用于傳遞梁段間剪切力。預制梁段近主墩支座端為凸形剪力鍵，遠主墩支座端為凹形剪力鍵，在濕接縫兩側(cè)均為凹形剪力鍵。剪力鍵是節(jié)段間傳遞剪力、便于施工定位、保證節(jié)段匹配的重要構(gòu)造措施。通常設在箱梁底板、腹板和頂板上。有時也設在翼板上。密齒剪力鍵一般在4 cm厚左右，太小則不利于混凝土粗骨料澆筑;太大不便于節(jié)段表面鋼筋布置。

4 施工過程及注意事項

4.1 施工注意事項

(1)箱梁節(jié)段預制

箱梁節(jié)段在預制場地采用短線法預制，塊件預制采用連續(xù)澆注，即依次澆注相鄰塊件，已澆好的塊件可以作為相鄰澆注塊件的端模。梁段在預制場放置時間不少于3個月，施工組織設計時應留出足夠場地。箱梁豎曲線可由高精度的折線擬合形成，具體由施工單位和監(jiān)控單位根據(jù)施工工藝而確定該曲線，通過梁段上下緣長度不同形成豎曲線，梁段預制過程中建議保持一個端面為正交面。接縫采用環(huán)氧樹脂密復式剪力鍵齒，預制箱梁節(jié)段時，接縫間需滿涂隔離劑，利于節(jié)段脫離。

(2)預制節(jié)段箱梁安裝

節(jié)段間匹配面的粘結(jié)劑采用環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑的配合比、配制方法、物理力學性能以及固化時間等應由施工單位根據(jù)不同的溫度等現(xiàn)場作業(yè)條件結(jié)合相關試驗確定。膠層保持均勻，厚度控制在2～3 mm，在拼接時需妥善處理預應力波紋管孔口，可粘貼一塊厚約10 mm的海綿墊圈(經(jīng)環(huán)氧樹脂浸泡)或其他可靠措施，以防止壓漿時漏漿及匹配面處串孔、堵孔現(xiàn)象。節(jié)段拼裝時的臨時預應力采用精軋螺紋鋼筋予以施加，臨時預應力必須滯后縱向預應力五個節(jié)段才能拆除，以保證施工任何階段主梁接縫處不小于0.3 MPa壓應力。

5 結(jié) 論

(1)通過本文研究，對新安江預應力混凝土懸拼連續(xù)剛構(gòu)橋從設計、施工、管理等各個關鍵環(huán)節(jié)和工序采取一系列有效的質(zhì)量保證措施和手段，橋梁施工控制水平得以提高，得出全橋梁頂實測標高曲線趨勢與設計值標高曲線趨勢大致相同，全橋線形比較順暢;實測應力值與理論應力值也比較吻合，梁體應力狀態(tài)正常。本文研究為預應力混凝土懸拼連續(xù)剛構(gòu)橋的設計、施工、管理等方面提供了一些實用的的工程經(jīng)驗。

(2)通過本文研究表明，變截面連續(xù)剛構(gòu)橋梁成功的采用了節(jié)段預制拼裝技術，并對預制節(jié)段連續(xù)剛構(gòu)橋梁成橋過程的受力機理和施工及管理過程總結(jié)出了一些經(jīng)驗，對同類橋梁的設計及施工具有一定的參考價值。并為其在國內(nèi)的推廣奠定了一定的基礎。