節(jié)段橋梁設(shè)計(jì)與施工的關(guān)鍵問題

趙 逵

（黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

引言

節(jié)段橋梁施工技術(shù)具有對環(huán)境交通影響小、對施工的地理位置要求低、施工工期短等優(yōu)點(diǎn)，可基本實(shí)現(xiàn)無支架化施工，不影響現(xiàn)有交通，特別適合于對環(huán)境要求極高的城市橋梁的施工。本文就節(jié)段橋梁在設(shè)計(jì)方面存在的問題及具體施工方法進(jìn)行了簡要的探討。

1 節(jié)段橋梁預(yù)制拼裝法

首先，可以大幅度的縮短工期。與現(xiàn)澆箱梁相比，在進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)施工的同時(shí)即可進(jìn)行節(jié)段的預(yù)制。如果采用工廠化預(yù)制與混凝土低溫蒸汽養(yǎng)護(hù)技術(shù)，每一節(jié)段的生產(chǎn)周期可縮短到1天。另外，由于采用了新型的特種架橋機(jī)設(shè)備進(jìn)行節(jié)段的逐跨拼裝，一跨箱梁的架設(shè)時(shí)間約為7天，大大縮短了施工周期。

其次，減小對環(huán)境的影響。節(jié)段拼裝時(shí)占用的地面道路較少，施工過程中對地面交通與行人的干擾也較小，特別適合城市范圍內(nèi)的高架橋梁施工，除采取必要的安全措施外，可保持原有的交通運(yùn)行，提高了文明施工程度。

再次，節(jié)段預(yù)制拼裝工藝可保證橋梁的線型美觀。由于預(yù)制時(shí)采用密貼鑲合匹配澆筑法，而且整根梁的每個(gè)節(jié)段由同一套模板澆筑而成，保證了梁體的線型一致。

節(jié)段預(yù)制拼裝工藝目前還存在一些局限性，減少這些局限因素應(yīng)是今是改進(jìn)和提高的目標(biāo)。

設(shè)備一次性投入大。施工中涉及的主要設(shè)備包括預(yù)制模板、小平車、架橋機(jī)等，工廠化的預(yù)制模板包括能夠自動脫模的內(nèi)、側(cè)模和自動找平的底模，這些都需要由專業(yè)的制造工廠進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造。

另外，通用性較差。在節(jié)段預(yù)制拼裝施工中，模板系統(tǒng)和架橋機(jī)是一筆極大的投資，只有達(dá)到一定的工程量，才能達(dá)到一次攤銷的目的。因?yàn)椋刻啄０迨轻槍Ρ敬问┕す?jié)段的長度和橫斷面，如果在以后的施工中運(yùn)用該項(xiàng)工藝，就需對模板和架橋機(jī)進(jìn)行重新改造。

其次，架橋機(jī)對縱坡、線性都有一定的限制條件，當(dāng)橋梁的設(shè)計(jì)參數(shù)不滿足要求時(shí)，將不能采用此項(xiàng)施工工藝。

2 節(jié)段橋梁懸拼拼裝法

節(jié)段橋梁的施工方法很多，但就城市橋梁而言，懸臂拼裝法是具競爭力的方案，即主梁在預(yù)制場地分段預(yù)制，留好預(yù)應(yīng)力孔道，下部結(jié)構(gòu)施工完成后，把梁段運(yùn)到工地拼裝，同時(shí)張拉所需的鋼束。整個(gè)過程的結(jié)構(gòu)體系為先是懸臂結(jié)構(gòu)，合龍后形成連續(xù)體系。節(jié)段橋梁的分段長度可根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力要求及施工機(jī)具靈活劃分。

設(shè)計(jì)方面，可采用高標(biāo)號混凝土，預(yù)應(yīng)力體系可多種多樣，計(jì)算機(jī)的使用已使橋梁的結(jié)構(gòu)分析及撓度控制十分簡便。與滿堂支架法相比，結(jié)構(gòu)由簡支到連續(xù)，存在結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換問題，預(yù)應(yīng)力及徐變引起的次內(nèi)力已不容忽視。鋼束既可布置在腹板內(nèi)，也可布置在頂?shù)装鍍?nèi)，結(jié)構(gòu)自重大大降低，跨越能力增強(qiáng)。

施工方面，可以節(jié)省大量的支架、型鋼和模板，混凝土質(zhì)量可以得到保證。對城市橋梁而言，不必用掛籃進(jìn)行張拉鋼束等作業(yè)，只需簡單的移動支架即可。節(jié)段的預(yù)制可與下部構(gòu)造同時(shí)進(jìn)行，一方面大大加快了施工進(jìn)度，另一方面可減少徐變帶來的負(fù)面影響，充分發(fā)揮力筋的高強(qiáng)性能。節(jié)段的安裝可充分利用機(jī)械化設(shè)備，安排在車流量較小的時(shí)段進(jìn)行，對交通影響較小。

但是，節(jié)段式橋梁的技術(shù)要求較高，影響結(jié)構(gòu)的因素較多，施工控制也很嚴(yán)格，對小跨度橋梁由于梁高較低，無工作面張拉連續(xù)力筋，不適宜采用節(jié)段橋梁。

3 節(jié)段橋梁設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵問題

3.1 次內(nèi)力

影響節(jié)段橋梁設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵因素是次內(nèi)力、節(jié)段間的連接、體系轉(zhuǎn)換及高程控制等。節(jié)段橋梁的預(yù)應(yīng)力筋可分懸臂力筋和連續(xù)力筋。結(jié)構(gòu)的次內(nèi)力主要為預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的次內(nèi)力和徐變次內(nèi)力。懸臂力筋只是產(chǎn)生徐變次內(nèi)力，而不產(chǎn)生彈性次內(nèi)力，連續(xù)力筋則產(chǎn)生彈性次內(nèi)力，當(dāng)有多次體系轉(zhuǎn)換時(shí)，也會產(chǎn)生徐變次內(nèi)力。次內(nèi)力(矩)的凈效增加了中間支點(diǎn)處的負(fù)彎矩和跨中正彎矩，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。但次內(nèi)力并非完全不利，連續(xù)結(jié)構(gòu)中，可以把次內(nèi)力有效地使用，從而增加結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。事實(shí)上，在懸臂拼裝階段，支點(diǎn)處的負(fù)彎矩隨懸臂長度增加逐漸增大，剛合龍時(shí)跨中正彎矩很小。正是徐變次內(nèi)力引起內(nèi)力重分配使支點(diǎn)負(fù)彎矩減小，而跨中正彎矩增加，隨著時(shí)間的增長及其它荷載的加入，結(jié)構(gòu)整體受力趨向合理。預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的次內(nèi)力可用力法或等效荷載法計(jì)算。精確計(jì)算徐變次內(nèi)力比較困難，與計(jì)算過程中的有關(guān)假設(shè)與實(shí)際出入較大有關(guān)，但不管采用什么方法，即使計(jì)算結(jié)果偏差較大，也不會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響。

設(shè)計(jì)中，只要優(yōu)化跨度及鋼束布置，合理安排合龍程序，就可充分利用次內(nèi)力的有利方面。

3.2 預(yù)應(yīng)力鋼束布置

節(jié)段橋梁的配束由懸臂力筋和連續(xù)力筋兩部分組成，懸臂力筋布置在頂板、腹板及上梗肋內(nèi)。頂板內(nèi)鋼束常布置成直線形，直接錨固在節(jié)段拼裝面上，腹板內(nèi)鋼束一般為曲線形狀，使鋼束承擔(dān)部分剪力。但有的大跨度橋梁只在頂板布束而不彎入腹腔板內(nèi)，這給施工帶來極大便利。連續(xù)力筋布置在底板內(nèi)，在箱內(nèi)底板上留鋸齒塊張拉錨固鋼束。懸臂拼裝的節(jié)段橋梁，鋼束一般布成短束，彎起力筋只有2個(gè)彎折點(diǎn)，節(jié)段從預(yù)制到安裝，大部分徐變已發(fā)生，因此預(yù)應(yīng)力損失大大減少，可有效地增大永存預(yù)應(yīng)力，使鋼束的高強(qiáng)性能充分發(fā)揮。

懸臂拼裝階段，梁體需布置大量懸臂束，而體系完成后并不需要那么多鋼束，為避免浪費(fèi)，往往需設(shè)臨時(shí)束。體外預(yù)應(yīng)力體系是一種有效嘗試。由于鋼束布置在箱內(nèi)(箱形梁)可以將截面做得更薄，通過控制張拉力，有效地控制及調(diào)整施工中的撓度和預(yù)拱度。但體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)極限承載能力稍低，如何合理地使用，尚需進(jìn)一步研究。

3.3 安裝定位及撓度控制

節(jié)段的拼裝常做成企口縫。腹板企口縫用于調(diào)整高程，頂板企口縫可控制節(jié)段的水平位置，使拼裝迅速就位，并能提高結(jié)構(gòu)的抗剪能力。有的在預(yù)制節(jié)段的底板處設(shè)預(yù)埋件，用以固定拼裝時(shí)的臨時(shí)筋；也有的在腹板拼裝面設(shè)連續(xù)的凹凸榫，頂板上僅留有2個(gè)水平半圓形和2個(gè)垂直梯形槽口的接榫供安裝定位用。

安裝就位時(shí)，宜在拼裝面涂環(huán)氧樹脂，使拼裝面粘接較好。撓度控制往往是設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵問題，所設(shè)的預(yù)拱度必須根據(jù)施工情況及徐變情況作精確分析和計(jì)算，并及時(shí)調(diào)整，一般可通過張拉力筋或控制力筋張拉力調(diào)整，必要時(shí)可用千斤頂調(diào)整，接觸面的接縫間可嵌入較軟金屬(如銅)。城市橋梁由于搭移支架方便，也可在局部布置臨時(shí)支架進(jìn)行調(diào)整。撓度控制不好，不僅影響線形，而且合龍難度較大，必須精心設(shè)計(jì)和施工。

3.4 合龍段的設(shè)計(jì)和施工

懸臂拼裝的節(jié)段橋梁常在跨中留有1.5～2.0m的合龍段，在主梁標(biāo)高調(diào)整后將梁連成整體。一般采用現(xiàn)澆或節(jié)段拼裝合龍，現(xiàn)澆比拼裝施工工期長，工序復(fù)雜，但便于調(diào)整，而拼裝對節(jié)段預(yù)制和拼裝的精度要求較高。

采用懸臂拼裝的PC連續(xù)梁，在技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理，機(jī)械化程度應(yīng)用高，有利于工廠化生產(chǎn)，可滿足業(yè)主對工期和質(zhì)量的要求及日新月異的城市發(fā)展需要，具有較大的優(yōu)越性，而且在同等造價(jià)條件下可以增大跨度，節(jié)省下部工程量。懸臂拼裝法也適用于曲線梁。

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