連續剛構橋橋面同步施工方案可行性分析

薛家偉，張偉斌，董世賦，焦衛寧

1.湖北省交通規劃設計院股份有限公司，湖北 武漢 430051 2.中建三局工程設計有限公司，湖北 武漢 430074 3.湖北省城建設計院股份有限公司，湖北 武漢 430051 4.中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安 710065

1 工程概況

大福河大橋是某高速公路上的一座大型橋梁，其主橋跨越大福河。大福河大橋主橋采用跨徑組合為（65+120+65）m的預應力混凝土變截面連續剛構橋，橋梁主跨布置及箱梁一般構造如圖1～圖3所示。

圖1 橋梁主跨布置圖（單位：cm）

圖2 邊跨箱梁一般構造圖（單位：cm）

圖3 中跨箱梁一般構造圖（單位：cm）

2 上部結構施工方案

2.1 原施工方案

大福河大橋主橋箱梁采用掛籃懸臂施工工藝，主要施工順序如下：（1）完成橋墩施工后在托架上現澆0號塊。（2）依次由墩頂向跨中對稱、平衡懸臂澆筑箱梁，混凝土齡期及強度滿足設計要求后張拉頂板縱向預應力鋼束、相應腹板下彎鋼束、豎向預應力鋼筋及橫向預應力鋼束，當懸臂施工至最后1～2個梁段時，同時架設邊跨現澆段托架及托架預壓，現澆邊跨現澆段梁段。（3）懸臂澆筑梁段施工完成后，拆除懸臂施工掛籃，形成最大單“T”狀態。（4）合龍段澆筑應選擇一天中氣溫較低的時間進行，合龍溫度為15～18℃，嚴格按照施工圖中的合龍順序進行合龍，邊跨合龍前應在懸臂端附加和合龍段混凝土相等的壓重，可采用水箱蓄水法，以方便加載和卸載。（5）待邊跨合龍段混凝土齡期及強度滿足設計要求后張拉相應的縱橋向預應力鋼束、豎向預應力鋼筋及橫向預應力鋼束。（6）安裝中跨合龍段吊架。在中跨兩懸臂端施加中跨合龍段壓重，壓重取中跨混凝土重量的一半。安裝中跨勁性骨架，張拉合龍束，澆筑合龍段混凝土并同步等量減少配重。（7）待中跨合龍段混凝土齡期及強度滿足設計要求后，張拉相應的縱橋向預應力鋼束、豎向預應力鋼筋及橫向預應力鋼束。（8）全橋合龍完成后，去掉吊架，并進行橋面系及防幢墻的施工。

2.2 橋面同步施工方案

為保證工期要求，對大福河大橋原有施工方案進行優化，以加快施工進度。優化重點為在主梁各節段施工過程中同步施工兩側防撞護欄及現澆調平層，防撞護欄及調平層施工滯后主梁懸臂3個節段，具體內容如下：（1）主梁按原有施工方案懸臂施工至6#節段，待6#節段張拉完畢、掛籃前移到位后，對稱現澆0#～3#節段兩側防撞護欄及混凝土調平層?，F澆橋面層分兩次澆筑，第一次先現澆防撞護欄，第二次再現澆混凝土調平層。（2）主梁按原有施工方案懸臂施工至9#節段，待9#節段張拉完畢、掛籃前移到位后，對稱現澆4#～6#節段兩側防撞護欄及混凝土調平層?，F澆橋面層分兩次澆筑，第一次先現澆防撞護欄，第二次再現澆混凝土調平層。（3）主梁按原有施工方案懸臂施工至12#節段，待12#節段張拉完畢、掛籃前移到位后，對稱現澆7#～9#節段兩側防撞護欄及混凝土調平層?，F澆橋面層分兩次澆筑，第一次先現澆防撞護欄，第二次再現澆混凝土調平層。（4）主梁按原有施工方案懸臂施工至15#節段，待15#節段張拉完畢、掛籃前移到位后，對稱現澆10#～12#節段兩側防撞護欄及混凝土調平層?，F澆橋面層分兩次澆筑，第一次先現澆防撞護欄，第二次再現澆混凝土調平層。（5）主梁按原有施工方案懸臂施工至18#節段，待18#節段張拉完畢、掛籃前移到位后，對稱現澆13#～15#節段兩側防撞護欄及混凝土調平層?，F澆橋面層分兩次澆筑，第一次先現澆防撞護欄，第二次再現澆混凝土調平層。（6）主梁按原有施工方案進行邊、中跨合龍施工，待邊、中跨合龍完畢后，再一次性現澆剩余節段兩側防撞護欄及混凝土調平層，最后進行瀝青鋪裝。大福河大橋全橋共15個節段，施工順序按（1）～（4）、（6）進行施工。

3 方案優化可行性分析

3.1 成橋線形對比

采用橋梁分析軟件對大福河大橋的施工全過程進行模擬，通過對比分析，驗證橋面同步施工方案的可行性。通過理論計算，原方案施工和橋面同步施工在二期鋪裝完畢后的累計位移值對比結果如圖4所示。

圖4 兩種方案二期鋪裝完畢后累計位移對比圖

由圖4可知，與原方案施工相比，橋面同步施工主要對邊跨合龍口和跨中合龍口的線形影響較為明顯，其變化趨勢為邊跨下撓，最大值發生在邊跨合龍口，為7mm；主跨上拱，最大值發生在中跨合龍口，為11mm。通過分析可知，橋面同步施工對全橋線形影響不大。

3.2 應力對比

通過理論計算，原方案施工和橋面同步施工在施工過程中應力對比結果如圖5～圖7所示。

圖5 6#節段施工完畢（0#～3#節段橋面施工完畢）應力對比圖

圖6 中跨合龍后剩余橋面施工完畢應力對比圖

圖7 二期鋪裝完畢應力對比圖

由圖5可知，6#節段施工完畢后，與原方案施工相比，橋面同步施工時主梁根部附近區域應力變化較為明顯，其中上緣應力減小，最大值為-0.1MPa；下緣應力增加，最大值為0.1MPa。同理，9#節段施工完畢后，與原方案施工相比，橋面同步施工時主梁根部附近區域應力較為明顯，其中上緣應力減小，最大值為-0.2MPa；下緣應力增加，最大值為0.2MPa。12#節段施工完畢后，與原方案施工相比，橋面同步施工時主梁根部附近區域應力較為明顯，其中上緣應力減小，最大值為-0.5MPa；下緣應力增加，最大值為0.4MPa。15#節段施工完畢后，與原方案施工相比，橋面同步施工時主梁根部附近區域應力較為明顯，其中上緣應力減小，最大值為-0.9MPa；下緣應力增加，最大值為0.8MPa。

由圖6可知，中跨合龍剩余橋面施工完畢后，與原施工方案相比，橋面同步施工時主梁根部以及中跨合龍段附近區域應力變化較為明顯，其中主梁根部上緣應力減小，最大值為-1.1MPa，下緣應力增加，最大值為1.2MPa；跨中上、下緣應力均減小，最大值為-0.9MPa。

由圖7可知，二期鋪裝（瀝青施工）完畢即成橋狀態，結構應力整體差值不大，變化最明顯處發生在跨中，上、下緣應力均增加，最大值為0.7MPa。

分析原因如下：（1）由圖5可知，與原方案施工相比，橋面同步施工導致橋面荷載增加，相同工況懸臂狀態下主梁上、下緣應力出現變化，根部附近最為明顯，截面上緣應力減小，下緣應力增加；隨著橋面荷載逐漸增大，根部附近應力變化也越明顯。（2）由圖6可知，中跨合龍后及橋面施工（防撞護欄及混凝土調平層）完畢，橋面荷載加載完畢，此時主梁根部附近區域應力變化最為明顯，上緣應力減小，最大值為-1.1MPa，下緣應力增加，最大值為1.2MPa。（3）由圖7可知，待瀝青鋪裝完畢，橋面荷載大小一致，主梁根部區域應力基本一致，主跨跨中應力變化較為明顯，上、下緣應力均增加，最大值為0.7MPa。

4 結束語

文章通過對跨徑組合為（65+120+65）m的預應力混凝土變截面連續剛構橋在主梁各節段施工過程中同步施工兩側防撞護欄及現澆調平層的橋面同步施工方案進行了施工過程模擬計算，對橋面同步施工方案和原施工方案在二期鋪裝完畢后的累計位移及施工過程中的應力進行了對比分析，進而對橋面同步施工方案的可行性進行了研究。研究結果表明，橋面同步施工方案是可行的，為連續剛構橋加快施工速度、縮短工期提供了一種新方法。