連續拱型剛構橋施工方案研究

黃 輝 涂滿明

（中鐵大橋局股份有限公司設計分公司 武漢 430050）

某火車站站房高架橋由十聯預應力連續剛構平行布置組成，每聯剛構的布置形式為34m＋48 m＋34m，橋面寬15．5m，各聯間的凈距6m。主梁為單箱5室的魚腹式截面，梁底縱向呈拱形，墩頂梁高為10．09m，跨中梁高為4．98m，梁高按橢圓曲線變化。每聯剛構總重量約7 500kN，混凝土2 900m3（采用C50高性能混凝土）。

1 澆筑方案比較

1．1 一次澆筑方案

自承臺頂面以上全聯一次澆筑墩身及梁部混凝土。此方案的優點是減少了主梁澆筑的施工接縫，保證主梁結構的完整性和外形的美觀性。然而在橋群施工難度大、施工環境復雜的條件下，要求一次澆筑完成2 900m3混凝土，很大程度增加了混凝土供應及澆筑的風險。同時一次澆筑需配置較多的機械設備，但是狹窄的場地根本無法滿足要求，這樣不僅會降低工效，而且延長了混凝土的澆筑時間。在相同模板配置數量情況下，不能有效地組織流水作業，單橋工期將大大延長，橋群工期將受單橋工期的嚴重影響。

1．2 分段澆筑方案

將剛構分為5個節段，其分段澆筑劃分見圖1。先澆筑墩身以及墩頂上長度為16m的2個節段，后澆筑中跨的32m以及兩邊跨的26m3個節段。由于后澆筑的3個節段均是空腔結構，其中跨中的32m節段混凝土方量最多約600m3。這樣很大程度上減少了混凝土的供應量，同時也減少了澆筑的時間，也無需在混凝土澆筑過程中投入太多的機械設備，在相同模板配置數量情況下，能有效地組織流水作業，橋群工期將大大縮短。

圖1 分段澆筑施工圖

但是根據施工計劃，在墩身以及墩頂上16m的梁段澆筑完成后40d才會澆筑剩余節段混凝土，在這40d里已經澆筑的混凝土達到了C50的混凝土強度，并且結構的收縮已基本完成，而后期澆筑的混凝土收縮才剛剛開始。因此剛構主梁分段澆筑方案最主要的問題是如何保證后澆段混凝土與先澆段混凝土能很好地結合，確保不同時段澆筑的梁體不產生質量問題。因此在施工過程中需要采取一些措施，嚴格施工工藝，采用分段澆筑的施工方案來確保質量，同時保證施工的進度。

2 各澆筑方案混凝土收縮分析計算

2．1 混凝土收縮計算方法

通過對前期混凝土試塊的測量數據分析得到，3，7，28，43及47d的混凝土強度和彈模以及應變量，同時根據文獻［1］中關于抗壓強度標準值和設計值的換算后得到設計強度所對應的混凝土標號［2－4］，混凝土材料的數據見表1。

表1 混凝土材料數據

根據表1的數據，采用將混凝土的應變值等效為溫度荷載的方法，計算因混凝土分段澆筑的齡期不同而引起的收縮效應。計算中取混凝土溫度線膨脹系數α＝1×10－5。

（1）墩頂先澆筑節段，齡期43d，后澆筑節段，齡期3d，計算收縮對應溫度效應。

墩頂先澆筑節段前40d為自由收縮，對結構不產生內力；而后澆筑節段澆筑完成后由于混凝土臨期不同，各節段收縮效應也不同，因此在施工接縫處產生拉應力。第43d與第40d的差值為：Δεcs＝εcs（43）－εcs（40）＝13．4×10－5－13．3×10－5＝0．1×10－5，得到墩頂先澆筑節段由于混凝土收縮變化效應等效的溫度降低量為

后澆筑節段混凝土齡期3d收縮應變為ε（3）＝5．7×10－5，得到后澆筑節段由于混凝土收縮變化效應等效的溫度降低量為：

（2）墩頂先澆筑節段，齡期47d，后澆筑節段，齡期7d，計算收縮對應溫度效應。

墩頂先澆筑節段第47d與第40d的差值為：Δεcs＝εcs（47）－εcs（40）＝13．4×10－5－13．3×10－5＝0．1×10－5，得到墩頂先澆筑節段由于混凝土收縮變化效應等效的溫度降低量為

后澆筑節段混凝土齡期7d收縮應變為ε（7）＝10．2×10－5，得到后澆筑節段由于混凝土收縮變化效應等效的溫度降低量為

2．2 有限元分析

根據3．1的相關計算原理，同時考慮剛構施工期間整體降溫5℃，分析分段澆筑和一次澆筑剛構的應力分布情況。根據最不利的荷載組合，對分段澆筑考慮1～4工況，對一次整體澆筑考慮5～8工況，對各工況的描述如下：

工況1。全梁分2次澆筑，先澆筑節段澆筑完成43d，后澆段澆筑完成3d。計算混凝土收縮作用。

工況2。全梁分2次澆筑，先澆筑節段澆筑完成43d，后澆段澆筑完成3d。計算混凝土收縮＋混凝土降溫5℃作用。

工況3。全梁分2次澆筑，先澆筑節段澆筑完成47d，后澆段澆筑完成7d。計算混凝土收縮作用。

工況4。全梁分2次澆筑，先澆筑節段澆筑完成47d，后澆段澆筑完成7d。計算混凝土收縮＋混凝土降溫5℃作用 。

工況5。全梁一次澆筑，混凝土澆筑完3d，計算混凝土收縮作用。

工況6。全梁一次澆筑，混凝土澆筑完3d，計算混凝土收縮＋混凝土降溫5℃作用。

工況7。全梁一次澆筑，混凝土澆筑完7d，計算混凝土收縮作用。

工況8。全梁一次澆筑，混凝土澆筑完7d，計算混凝土收縮＋混凝土降溫5℃作用。

計算模型中按照不同的施工齡期考慮了不同的混凝土彈模，相關參數見表2。

表2 各工況計算參數

箱梁的有限元計算模型如圖2所示，主體結構采用實體單元模擬，施工支架用單向受壓桿單元模擬，桿單元的模擬剛度以控制設計要求的結構最大沉降5～10mm為原則。

圖2 有限元計算模型

2．3 計算結果及分析

通過對3．2描述的8個工況進行計算，各個工況拉應力結果匯總后各工況見表3，拉應力云圖見圖3。

表3 拉應力計算結果

圖3 各個工況拉應力云圖（單位：Pa）

由圖3可見，分段澆筑和一次整體澆筑的應力分布均極為相似。混凝土收縮效應計算得到的應力值整體上比降溫5℃＋收縮效應計算的結果小，但相差很小，這表明混凝土收縮對后澆段的影響很大，應采取適當的措施盡量減小混凝土的收縮。主梁在分段澆筑的情況下最大主拉應力3．0 MPa，發生在工況4，位置在中跨側接縫處。該應力峰值大于C45混凝土強度的設計值2．03MPa。在一次澆筑的情況下最大主拉應力3．07MPa，發生在工況8，位置在中跨側墩頂根部。該應力峰值大于C45混凝土強度的設計值2．03MPa。

表3和圖3的結果表明：分段澆筑3d混凝土強度滿足張拉要求，而拉應力小于容許拉應力，因此建議混凝土澆筑3d后張拉部分預應力，以減小后期由于混凝土收縮產生的拉應力，防止接縫處混凝土開裂。

3 分段澆筑措施

（1）中間段32m箱梁完全支承在移動模架支腿上，支腿直接支撐在已經處理的地基之上。后澆段的兩端部分模板和支點與已澆段模板連成整體，以保證新舊混凝土斷面的完整過渡。

（2）施工過程中已澆節段箱梁與中間后澆節段箱梁因支承條件不同，壓縮沉降不一，可通過預抬量的設置來消除［5］。

（3）控制澆筑時間，盡量選擇在夜間澆筑中間段。

（4）在箱梁5室頂板，預留足夠的通風孔，設法降低箱梁內外溫差，減小溫度應力。

（5）由于梁體混凝土方量大、鋼筋密、埋件多，會延長混凝土的澆筑時間，可通過分塊澆筑的方法來保證模架主梁撓度較大的部位先澆筑。澆筑過程中，保證先澆段和后澆段的接縫處的混凝土最后完成，使接縫處混凝土兩端不致產生相對沉降，從而避免了因相對沉降導致裂紋產生的可能［6－7］。

（6）加強養護，使用養護液外加薄膜和棚布覆蓋，創造微膨脹混凝土所需的養生條件。

4 結語

工程施工方案必須根據現場的實際情況并充分考慮各方面的因素合理選擇。本文通過對一聯34m＋48m＋34m拱形連續剛構的2種澆筑方案進行對比分析，結果表明，在各種計算工況下分段澆筑和一次性澆筑由于混凝土收縮引起的梁體應力分布非常相似，由此可以說明2種施工方案不影響梁體在成橋后運營狀態應力分布。分段澆筑可以充分利用現場的施工作業面，便于現場施工組織，從而加快了施工的進度。

［1］ TB 10002．3－2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范［S］．北京：中國鐵道出版社，2005．

［2］ JTG D62－2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］．北京：人民交通出版社，2004．

［3］ CEB－FIP Modlec Code（Design Code）［S］．Switerland：Thomas Telford Service Ltd，1998．

［4］ 東南大學，天津大學，同濟大學．混凝土結構設計原理［M］．北京：中國建筑工業出版社，2003．

［5］ TB10415－2003鐵路橋涵工程施工質量驗收標準［S］．北京：中國鐵道出版社，2008．

［6］ 洪 帆，周征征．混凝土收縮徐變在連續剛構橋施工過程中的影響分析［J］．交通科技，2009（S1）：1－3．

［7］ 杜思遠．淺談混凝土裂縫的成因和控制措施［J］．交通科技，2011（S1）：125－127．