淺析三山南橋設(shè)計(jì)與施工

吳 念

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北武漢 430071）

1 工程概況

三山南橋舊橋位于佛山市南海區(qū)三山港櫓尾撬水道上，是連接三山與南海、順德各地的主要通道，該橋?qū)θ礁鄣拈_發(fā)建設(shè)具有重大的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)意義。

該舊橋于1991年10月動(dòng)工，1993年2月完工。隨著廣東經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，原橋上通行的載重車輛日益增加，舊橋汽車-20級(jí)的荷載等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)偏低，同時(shí)，舊橋主跨跨徑為40 m，主跨橋墩位于河床中心，不能滿足櫓尾撬水道規(guī)劃Ⅵ級(jí)航道最小凈寬60 m的要求，為了滿足航運(yùn)規(guī)劃和橋梁通行能力的要求，三山南舊橋必須拆除，在舊橋橋位附近另外新建新橋。

新建三山南橋橋涵設(shè)計(jì)荷載采用公路—I級(jí)，主橋分上下行兩幅橋，每幅橋梁寬度16.2m，主橋?yàn)?5 m+70 m+45 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，連續(xù)梁總體布置見(jiàn)圖1所示。

主橋單幅橋在兩個(gè)主墩上按“T構(gòu)”用掛籃分段對(duì)稱懸臂澆筑施工。全橋按對(duì)稱懸臂澆筑→邊跨合攏→中跨合攏順序進(jìn)行施工。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí):公路-Ⅰ級(jí)。

（2）人群荷載：3.5 kN/m2。

（3）設(shè)計(jì)車速：60 km/h。

（4）車道數(shù)：雙向6車道。

（5）地震動(dòng)峰值加速度0.1 g，對(duì)應(yīng)地震基本烈度Ⅶ度。

（6）設(shè)計(jì)洪水頻率：1/100。

（7）通航標(biāo)準(zhǔn)：Ⅵ級(jí)。通航凈寬不小于62 m，通航凈高不小于6.0 m。

（8）被交防洪堤、防洪堤路凈高4.5 m。

（9）被交環(huán)堤路、橋下掉頭車道凈高5.0 m。

（10）橋梁寬度：主橋?qū)?4 m，為雙向6車道，3.5 m人行道＋12.0 m行車道＋0.5 m墻式護(hù)欄＋2 m中央分隔帶＋0.5 m墻式護(hù)欄＋12.0 m行車道＋3.5 m人行道＝34 m；引橋不設(shè)人行道，寬28 m，0.5 m墻式護(hù)欄＋12.0 m行車道＋0.5 m墻式護(hù)欄＋2 m中央分隔帶＋0.5 m墻式護(hù)欄＋12.0 m行車道＋0.5 m墻式護(hù)欄＝28 m。

3 主橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.1 結(jié)構(gòu)尺寸

主橋上部結(jié)構(gòu)為（45+70+45）m三跨預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)箱梁，由上、下行分離的兩個(gè)單箱雙室箱型截面組成，其橫斷面見(jiàn)圖2所示。單個(gè)箱體頂板寬16.20 m，厚0.28 m，設(shè)2%的橫坡；底板寬10.8 m，厚度從跨中至距主墩中心3.75 m范圍按二次拋物線由0.25 m變化成0.6 m，橫橋向底板保持水平；箱梁根部梁高4.0 m，跨中梁高2.0 m，箱梁梁高從距跨中1.0 m至距主墩中心1.75 m處按二次拋物線變化；腹板厚度0～6號(hào)塊為0.65 m，8～10號(hào)塊為0.45 m，在7號(hào)塊范圍內(nèi)由0.65 m按直線變化至0.45 m；翼緣板懸臂長(zhǎng)為2.7 m，端部厚0.18 m，根部厚0.65 m。除在主墩墩頂設(shè)置一道厚2.5 m的橫梁，邊跨端部設(shè)厚1.5 m的橫梁外，其余部位均不設(shè)橫梁。主橋箱梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C50，按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)。

3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.2.1 計(jì)算模型的建立

主橋上部結(jié)構(gòu)計(jì)算模型采用平面桿系單元，采用MIDAS/CIVIL 2010進(jìn)行分析計(jì)算。全橋共劃分66個(gè)單元，67個(gè)節(jié)點(diǎn)。全橋結(jié)構(gòu)計(jì)算模型見(jiàn)圖3所示。

3.2.2 計(jì)算參數(shù)的取值

C50混凝土：容重：26 kN/m3；

彈性模量：3.45×104MPa。

基礎(chǔ)不均勻沉降：1.0 cm。

箱梁整體升溫：+25℃。

箱梁整體降溫：-20℃。

豎向日照溫差：T1=14℃,T2=5.5℃，豎向日照反溫差為正溫差乘以-0.5。

管道摩擦系數(shù)：μ＝0.17。

管道偏差系數(shù)：κ＝0.0015。

錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮值（一端）：6 mm。

相對(duì)濕度：80%。

混凝土加載齡期：7d。

3.2.3 計(jì)算結(jié)果

按規(guī)范JTG D62-2004有關(guān)規(guī)定對(duì)各種荷載進(jìn)行不同的荷載組合，對(duì)結(jié)構(gòu)的施工階段應(yīng)力、持久狀況承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)、短暫狀況應(yīng)力均進(jìn)行了驗(yàn)算。通過(guò)計(jì)算，施工階段應(yīng)力驗(yàn)算最大壓應(yīng)力為12.07 MPa，最大拉應(yīng)力為0.53 MPa，分別滿足相應(yīng)的應(yīng)力限值18.14 MPa和2.44 MPa。承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算最大彎矩和剪力分別為72280 kN·m和25465 kN，分別小于相應(yīng)結(jié)構(gòu)抗力103513 kN·m和41498 kN。正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂驗(yàn)算均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，斜截面主拉應(yīng)力為0.73 MPa，小于拉應(yīng)力限值1.06 MPa。因此，施工階段應(yīng)力驗(yàn)算、承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算，以及正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算均滿足規(guī)范相應(yīng)要求。

4 施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及處理

三山南橋于2010年下半年開始施工，在施工的過(guò)程中，出現(xiàn)了以下幾個(gè)方面的問(wèn)題，通過(guò)各參建單位的討論研究，這些問(wèn)題基本都得到了解決。

（1）部分樁基施工時(shí)實(shí)際地質(zhì)情況與地質(zhì)資料不符。三山南橋主橋和引橋樁基都是按嵌巖樁進(jìn)行設(shè)計(jì)，樁底要求進(jìn)入中風(fēng)化或微風(fēng)化巖層。但是，佛山地區(qū)地質(zhì)情況比較復(fù)雜，在施工的過(guò)程中先后出現(xiàn)了巖層里有裂隙，有夾層等不良地質(zhì)情況，主墩8#橋墩還出現(xiàn)了同一承臺(tái)下6根樁的地質(zhì)情況有較大差別的情況，給現(xiàn)場(chǎng)施工及樁基終孔的判定增加了難度，最后只能按照設(shè)計(jì)單位提供的終孔原則（按設(shè)計(jì)圖紙中要求的樁基入巖深度來(lái)控制）進(jìn)行判斷終孔，導(dǎo)致有較多的樁基都進(jìn)行了加長(zhǎng)。對(duì)于這種地質(zhì)條件比較復(fù)雜的地區(qū)，在綜合考慮各種因素后，設(shè)計(jì)時(shí)可考慮采用摩擦樁，以減少后續(xù)施工過(guò)程中的變更。

（2）設(shè)計(jì)交樁時(shí)提供的控制點(diǎn)被破壞。該項(xiàng)目為重建項(xiàng)目，設(shè)計(jì)交樁的控制點(diǎn)（除去部分已遭破壞的控制點(diǎn)）基本上都位于原有老路上，施工時(shí)由于不能封閉原有交通，也沒(méi)有對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行很好的保護(hù)，導(dǎo)致部分控制點(diǎn)被破壞，最后只能采用加密的控制點(diǎn)對(duì)路線的高程進(jìn)行控制。對(duì)于控制點(diǎn)位置的選擇，應(yīng)該盡量選擇不易被破壞的位置。同時(shí)在施工的開始階段，應(yīng)該對(duì)設(shè)計(jì)提供的控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)并加強(qiáng)保護(hù)，根據(jù)施工的需要加密控制點(diǎn)，每隔一定的時(shí)間就應(yīng)該重新對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，以便提供準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。

（3）主梁懸臂施工時(shí)掛籃的剛度不夠。掛籃施工通過(guò)專家評(píng)審會(huì)后，在實(shí)際的施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)澆筑混凝土后，掛籃底模同一截面不同位置高程存在一定的差別（同一截面的不同位置底板高程是應(yīng)一樣的），并且連續(xù)幾個(gè)節(jié)段都出現(xiàn)這種問(wèn)題。經(jīng)參建各方討論認(rèn)為：雖然該項(xiàng)目主梁懸臂施工采用的掛籃在其他的項(xiàng)目成功應(yīng)用過(guò)，也通過(guò)了專家評(píng)審，但是，由于該項(xiàng)目采用的掛籃是舊掛籃，掛籃使用的鋼材存在一定的銹蝕和缺陷等問(wèn)題，導(dǎo)致掛籃的實(shí)際剛度沒(méi)有達(dá)到理論的計(jì)算值，吊帶和底模縱梁剛度不足，最后，通過(guò)增加手拉葫蘆減小吊帶的受力，增加底模縱梁的支撐點(diǎn)，從而使掛籃的剛度有了一定的提高，為主梁的順利合攏打下了基礎(chǔ)。因此，懸臂施工掛籃的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，該項(xiàng)目采用的掛籃較笨重，掛籃自身重量較大，對(duì)掛籃整體的剛度也有一定的影響，設(shè)計(jì)施工時(shí)應(yīng)該合理設(shè)計(jì)掛籃的結(jié)構(gòu)形式，盡量采用輕型掛籃。

（4）懸臂施工時(shí)混凝土的養(yǎng)護(hù)不到位。主橋箱梁懸臂施工時(shí)是夏天，白天氣溫比較高，晝夜溫差較大，施工單位采用在澆筑的混凝土表面鋪麻袋，灑水養(yǎng)護(hù)，結(jié)果箱梁頂板頂面和箱室內(nèi)腹板還是出現(xiàn)了一些微裂縫，經(jīng)過(guò)分析，認(rèn)為裂縫造成的原因主要是混凝土的干縮引起的，施工單位在養(yǎng)護(hù)灑水的時(shí)候是每隔2 h灑水一次，但是白天氣溫比較高，澆筑的混凝土還是會(huì)出現(xiàn)間斷的無(wú)水養(yǎng)護(hù)的狀態(tài)。鑒于這種情況，最后采用水管一天24 h不間斷供水灑水，并指派專人進(jìn)行管理的方式，使混凝土的養(yǎng)護(hù)到位，裂縫明顯減少。

5 結(jié)語(yǔ)

三山南橋主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，采用掛藍(lán)懸臂澆筑施工，施工工藝成熟，本文通過(guò)介紹其設(shè)計(jì)參數(shù)的取值，主橋上部結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算，以及在后期施工過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題和解決方法，為同類橋梁的設(shè)計(jì)和施工提供了一些參考。

[1]JTGD62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTGD60-2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[3]范立礎(chǔ)，橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2004.

[4]范立礎(chǔ)，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京：人民交通出版社，2004.