高墩連續剛構的合攏方案研究

鄭楷柱，林敏

（廣東省公路勘察規劃設計院股份有限公司，廣東廣州 510507）

1 工程概述

湖南省炎汝高速公路屬于山區高速公路，其中黑垅大橋跨越山間洼地。橋位兩端位于低山地區，跨越山間洼地及地方道路，地形較起伏大，地表植被發育，地面標高441.0～551.7 m。本橋位于整體式路基段，橋跨組合為13×30 m先簡支后結構連續T梁+（60+100+60）m連續剛構+6×30 m先簡支后結構連續或連續剛構T梁，見圖1。平面上，橋梁位于R=740.675 m圓曲線上，中心樁號K145+262，橋長790 m，橋面總寬為2×12 m，凈寬2×11 m。

圖1 主橋橋型布置圖（單位：cm）

主橋連續剛構上部結構采用(60+100+60)m預應力混凝土連續剛構，邊中跨比為0.6。主梁采用C55混凝土。左、右幅橋寬均為12 m，采用單箱單室箱形斷面，其中底寬6.5 m，兩側翼緣板懸臂長2.75 m。主梁根部梁高H根=5.8 m，跨中及邊跨端部梁高H中=2.8 m，H根/L=1/17.24，H中/L=1/35.714。主梁梁高變化采用2次拋物線。主梁采用三向預應力體系，包括縱向預應力、橫向預應力和豎向預應力。下部結構主墩采用薄壁空心墩，墩身采用單箱單室斷面，縱橋向寬3.5～5 m，對應壁厚為0.6～1.1 m，橫橋向寬與上部箱梁底寬相同為6.5 m，對應壁厚為0.6 m；由于左右幅橋橫斷面位于陡坡上，主墩承臺采用分離式承臺，承臺平面尺寸為10.2 m×10.2 m，承臺厚度3.5 m。半幅橋主墩基礎采用9根180 cm樁徑的鉆孔灌注樁。下部結構過渡墩墩身為薄壁空心墩，墩身采用單箱單室斷面，縱橋向寬2.6 m，對應壁厚為0.6 m，橫橋向寬為7 m，對應壁厚為0.6 m。過渡墩承臺平面尺寸為8 m×8 m，承臺厚度3 m。半幅橋過渡墩基礎采用4根180 cm樁徑的鉆孔灌注樁。

施工方法采用掛籃懸臂澆筑。

2 合攏方案擬定

合攏順序是連續剛構施工過程中的關鍵問題。首先，合攏改變了合攏段所在跨的靜定性質及澆筑梁段的收縮徐變進程，隨著超靜定次數和收縮徐變的變化，橋梁將產生與施工關聯較大的次內力及內力重分布，影響成橋結構的位移和內力狀態；其次，合攏順序是施工控制的敏感因素，每批合攏的內容不同，施工的難易程度就有所不同，對誤差累積也有明顯影響；再者，合攏順序直接關系到各墩的施工進度安排，對工期和成本都有極大影響。目前常見的合攏順序有兩種：一是先邊跨合攏，再中跨合攏；二是先中跨合攏，再邊跨合攏[1-2]。

根據橋位處的地形情況，邊跨過渡墩墩高最高達到32 m，并且過渡墩均位于山坡陡坎上，表層地質屬于全風化松散的砂礫土。由于本橋主橋的合攏方式決定了本橋高墩邊跨直線段施工方案，這又是本橋的施工難點和重點，為此擬定了三種合攏方案[3-6]：

方案一：掛籃平衡懸臂澆筑，先合攏邊跨，后合攏中跨。這是較常用的合攏方式。合攏段取2 m，則邊跨現澆段長度8.8 m，此時需要在邊墩附近搭設高支架現澆邊跨現澆段。

方案二：掛籃平衡懸臂澆筑，先合攏中跨，形成“Π”形結構，兩邊跨懸澆4 m長節段，邊跨直線段4.8 m，可采用三角托架現澆施工，最后合攏邊跨。這種合攏方式縮小了邊跨現澆段長度，可以采用三角托架施工邊跨現澆段。

方案三：首先掛籃平衡懸臂澆筑至中跨最大懸臂，接著在邊跨懸澆4 m長節段，同時在中跨設置配重確保平衡，之后用三角托架現澆施工4.8 m長邊跨現澆段，合攏邊跨，最后合攏邊跨。這種合攏方式縮小了邊跨現澆段長度，可以采用三角托架施工邊跨現澆段。

3 合攏方案比選

3.1 方案一合攏順序

主梁合攏方案一的詳細施工順序為：（1）主墩頂立托架現澆0#、1#梁段,并張拉預應力鋼束,然后安裝掛籃。（2）掛籃懸臂對稱澆筑2#～13#梁段并張拉相應縱向、橫向、豎向預應力鋼束。（3）搭設邊跨支架現澆邊跨現澆段（15#梁段）。（4）吊架施工邊跨合攏段（14#梁段），完成邊跨合攏。（5）中跨懸臂端施加頂推力，調節墩身內力。（6）吊架施工中跨合攏段（14#梁段），完成中跨合攏。順序見圖2。

圖2 方案一合攏順序示意圖

3.2 方案二合攏順序

主梁合攏方案二的詳細施工順序為：（1）主墩頂立托架現澆0#、1#梁段,并張拉預應力鋼束,然后安裝掛籃。（2）掛籃懸臂對稱澆筑2#～13#梁段并張拉相應縱向、橫向、豎向預應力鋼束。（3）吊架施工中跨合攏段（14#梁段），完成中跨合攏，形成“Π”形結構。（4）兩邊跨懸澆4 m長節段（14#a梁段）（5）三角托架現澆施工邊跨現澆段（15#梁段）。（6）吊架施工邊跨合攏段（14#梁段），完成邊跨合攏。順序見圖3。

圖3 方案二合攏順序示意圖

3.3 方案三合攏順序

主梁合攏方案三的詳細施工順序為：（1）主墩頂立托架現澆0#、1#梁段,并張拉預應力鋼束,然后安裝掛籃。（2）掛籃懸臂對稱澆筑2#～13#梁段并張拉相應縱向、橫向、豎向預應力鋼束。（3）在邊跨懸澆4 m長節段（14#a梁段），同時在中跨設置“不平衡懸澆配重”確保不對稱懸澆的受力平衡。（4）三角托架現澆施工邊跨現澆段（15#梁段）。（5）吊架施工邊跨合攏段（14#梁段），完成邊跨合攏。（6）吊架施工中跨合攏段（14#梁段），完成中跨合攏。順序見圖4。

圖4 方案三合攏順序示意圖

3.4 方案比選

為了方便在同等條件下進行方案對比，連續剛構的主梁采用相同配束編束，墩身采用相同的配筋；由于主墩高達74 m，不同的合攏方案對于主墩內力相比主梁內力情況更敏感，墩身的設計情況起控制作用。通過計算可知，橋墩墩頂截面為控制截面，現將控制截面的內力及承載能力對比見表1。

結合表1的數據，通過對比計算可知，方案一施工順序在施工過程中不產生不平衡彎矩，成橋后由于收縮徐變、二恒等荷載作用下，將使墩頂截面內力成為控制內力，并且可以通過施加頂推力調整墩頂與墩底截面的內力；此時墩身內力最小，在同等配筋情況下富余最多。方案二施工順序由于存在“π”形剛構不平衡懸澆，將對墩產生永久的不平衡彎矩，對墩的受力不利，大大降低橋梁運營過程中墩身安全余度；此時在同等配筋情況下富余最少。方案三施工順序在合攏前基本對稱施工，對橋墩受力較小，同時“不平衡懸澆配重”是在成橋后的結構整體剛度較大的體系下進行卸除，橋墩在卸除“不平衡懸澆配重”后產生的彎矩相對較小，同時對墩身產生往邊跨側推的效應，可以通過調整“不平衡懸澆配重”的重量，適當調整墩身內力；此時在同等配筋情況下富余適中。

對于合攏方案施工的難點和造價差異主要體現在邊跨現澆段的施工。方案一的現澆直線段長度為8.8 m，采用落地式支架施工，存在支架高度達32 m高，高支架施工風險和代價大，但掛籃平衡懸臂澆筑，施工控制相對容易。方案二和方案三的現澆直線段長度為4.8 m，采用托架施工，避免高支架施工風險和減少施工措施費用，但方案三通過“不平衡懸澆配重”，實現不對稱懸澆的受力平衡，施工控制要求高。

表1 墩身控制截面的承載能力及裂縫對比表

綜合考慮墩身受力情況、邊跨現澆段施工難易和施工措施費用，由于方案三墩身安全度有保證，施工風險適中，施工費用低，所以推薦采用方案三的合攏方案。

4 結語

對于高墩連續剛構，不同的合攏方案對于墩身的受力差異大，施工難易也差異大，特別是對于邊跨現澆段的施工，成為合攏方案的重點，所以合理選取合攏方案對于控制墩身的安全度、降低施工難點和風險，具有重要意義。黑垅大橋的合攏方案選取，對于類似的高邊墩長邊跨連續剛構合攏方案的選取具有一定的借鑒意義。

[1]項海帆.高等橋梁結構理論[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]范立礎.橋梁工程(上冊)[M].北京:人民交通出版社,1996.

[3]彭亮.連續剛構橋高墩邊跨現澆段施工方案的探討[J].黑龍江科技信息,2013(15):284-285.

[4]龔玉華,陳雷,陶路,等.山區連續剛構橋高墩邊跨現澆段施工方案[J].世界橋梁,2012(3):20-23,27.

[5]陳列,徐公望.高墩大跨預應力混凝土橋橋式方案及合龍順序選擇[J].橋梁建設,2005(1):33-35,51.

[6]程偉,陳斌,肖紅梅,等.不平衡長度懸澆現澆段及合龍段施工方法探討[J].公路交通科技(應用技術版),2007(6):95-96,99.