揚州市金灣河大橋工程建設(shè)實踐

趙四元

（揚州新盛投資發(fā)展有限公司，江蘇 揚州 225000）

1 工程概況

金灣路位于揚州市江廣融合區(qū)域核心區(qū)，北起啟揚高速雙溝互通，南連滬陜高速杭集南互通，是揚州市總體交通規(guī)劃“五橫七縱”快速路網(wǎng)體系的一縱，也是城市東部地區(qū)南北向的第一條快速集散要道。金灣路主線為一級公路兼顧城市快速路，斷面采用一級公路城鎮(zhèn)斷面并主輔分離，計速度80 km/h；輔道為城市次干路，設(shè)計速度40 km/h；道路紅線寬度60 m。金灣河大橋為金灣路主線和輔道跨越金灣河的通道，經(jīng)方案比選，主橋采用造型簡潔流暢、經(jīng)濟合理、技術(shù)可靠的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，橋梁面積約12 100 m2，見圖1[1-6]。

圖1 主橋效果圖

2 總體布置

橋梁跨徑布置是橋梁總體布置的關(guān)鍵，合理的跨徑布置對節(jié)約工程造價、降低施工難度、提升橋梁景觀效果具有重要意義。

金灣河橋址處與金灣路斜交24°，現(xiàn)狀河寬約185 m，河道北側(cè)無堤防，岸邊為高地、圍墻。河道南側(cè)現(xiàn)狀有堤防，堤防迎水坡至河道有約45～65 m寬的河灘。金灣河為等外級航道，但沿線碼頭船舶規(guī)模大于等外級航道標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)揚州市航道管理處要求，需考慮擬建橋位處上游油庫、砂石建材等大中型碼頭船舶通航的要求，橋梁通航尺寸取30 m×4.5 m（寬×高），設(shè)計最高通航水位5.43 m。根據(jù)防洪影響評價結(jié)論，橋梁水中可設(shè)墩，橋墩須與水流方向平行，主橋跨徑布置為60m+100m+60m，見圖2。

圖2 總體布置圖（單位：m）

根據(jù)道路橫斷面車道布置要求，主線為雙向六車道，輔道為雙向四車道，并布置人行道和非機動車道，主輔分離，設(shè)置中央分隔帶和側(cè)分帶。由于橋梁斜交角度較大，且上部結(jié)構(gòu)采取斜橋正做，單幅橋梁寬度不宜太大，橋梁斷面采用分離式兩幅橋布置，單幅橋?qū)?7.5 m。為減小懸臂澆筑節(jié)段重量，每幅橋又分成兩個單箱單室斷面分別懸澆，中間懸臂相鄰處設(shè)20 mm變形縫通過橋面鋪裝連成一體。中央分隔帶及側(cè)分帶寬度同兩側(cè)道路接線段設(shè)置，橋面布置沿道路中心線對稱，雙向2%橫坡。

3 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

金灣河大橋主橋上部結(jié)構(gòu)采用60m+100m+60m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，本工程單幅橋?qū)?7.25 m，采用掛籃懸臂施工，為減小懸澆節(jié)段重量，采用兩個單箱單室斷面分別懸澆。為減小掛籃施工難度，采用直腹板形式。

箱梁中支點高5.8 m，高跨比1/17.24；跨中梁高2.5 m，高跨比1/40，跨中梁高與支點梁高之比為0.43，邊跨與中梁高對稱，梁高按二次拋物線變化。箱梁墩頂設(shè)置橫梁，中橫梁正交布置，端橫梁斜交布置，中跨跨中設(shè)橫隔板，中橫梁及邊墩附近底板設(shè)永久人孔。每個箱室中支點和邊支點均設(shè)置雙座，橫向間距5.0 m。箱梁0#節(jié)段長度為12 m，對稱懸臂澆筑部分共分為11個節(jié)段，節(jié)段長度3.0～4.5 m，合龍段長2.0 m，全橋共設(shè)置二個邊跨合龍段和一個中跨合龍段，邊跨支架現(xiàn)澆段長8.9 m，見圖3。

圖3 箱梁截面尺寸（單位：mm）

箱梁縱向設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼束，按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件計算。橫向及豎向不設(shè)預(yù)應(yīng)力，橋面板按鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計。縱向預(yù)應(yīng)力采用ΦS15.2高強度低松弛鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強度為1 860 MPa，錨固體系為群錨體系，預(yù)應(yīng)力均采用真空壓漿工藝，見圖4。

圖4 預(yù)應(yīng)力布置圖（單位：mm）

4 計算分析

預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁縱向計算采用橋梁博士軟件建立有限元模型進行分析。計算模型按照施工步驟模擬，考慮臨時固結(jié)、掛籃前移、混凝土澆筑、轉(zhuǎn)移錨固、合龍、體系轉(zhuǎn)換等過程。主梁縱向按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計，考慮恒載、預(yù)應(yīng)力及其次內(nèi)力、收縮徐變、汽車和人群活載、溫度作用和不均勻沉降以及施工荷載等效應(yīng)。計算時按設(shè)計規(guī)定的掛籃重量和錨固位置準(zhǔn)確模擬施工過程；非線性溫度效應(yīng)按現(xiàn)行規(guī)范計算；基礎(chǔ)不均勻沉降考慮了中墩2 cm、邊墩1 cm。

總體計算結(jié)果表明，正常使用狀態(tài)頻遇組合下控制斷面壓應(yīng)力大于1.8 MPa，標(biāo)準(zhǔn)組合下最大壓應(yīng)力在15.6 MPa左右，見圖5～圖9。

圖5 正截面最大抗力及對應(yīng)內(nèi)圖包絡(luò)圖（單位：kN·m）

圖6 正截面最小抗力及對應(yīng)內(nèi)圖包絡(luò)圖（單位：kN·m）

圖7 頻遇組合最小正應(yīng)力狀態(tài)（單位：MPa）

圖8 頻遇組合主應(yīng)力狀態(tài)（單位：MPa）

圖9 標(biāo)準(zhǔn)組合最大正應(yīng)力狀態(tài)（單位：MPa）

可見本橋采用C50混凝土，箱梁滿足全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計要求，關(guān)鍵斷面應(yīng)力有一定安全儲備。

5 橋梁施工與控制

金灣河大橋工程橋梁建設(shè)規(guī)模大，工期緊，涉及到臨時固結(jié)、掛籃懸臂澆筑、支架現(xiàn)澆等多項關(guān)鍵技術(shù)。施工前須做好前期計劃，編制完整的施工組織計劃和專項施工方案，并組織專家評審。在施工過程中做到嚴(yán)格控制，確保工程質(zhì)量。

5.1 臨時固結(jié)方案

連續(xù)梁懸臂施工時永久支座不能承受施工過程中產(chǎn)生的不平衡力矩，施工時需采取可靠的臨時固結(jié)措施，用以抵抗懸臂澆筑施工時產(chǎn)生的不平衡力矩，以保證T構(gòu)施工安全。

本工程最大懸臂長度為49 m，且橋墩與梁體斜交設(shè)計，墩頂無設(shè)置臨時支座的條件，故在0#塊與承臺之間設(shè)體外臨時柱。

本工程體外臨時固結(jié)采用Φ630×10 mm鋼管內(nèi)填C40混凝土，橋墩每側(cè)各2根，距支座中心線距離4.5 m，鋼管柱橫向位置與箱梁腹板位置對應(yīng)。鋼管頂?shù)酌嫱ㄟ^鋼墊板焊接錨固鋼筋錨入混凝土內(nèi)。每根鋼管柱內(nèi)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強度為1 860 MPa的Φs15.2 mm鋼絞線10根，鋼絞線下端作為錨固端錨入承臺，上端作為張拉端錨在梁體頂面，鋼絞線張拉控制應(yīng)力為1 395 MPa。另外，在墩頂支座每側(cè)設(shè)置36根直徑32 mm螺紋鋼作為安全儲備。

經(jīng)過實例驗證，本工程臨時固結(jié)設(shè)計安全可行（見圖10）。在體外臨時墩中適當(dāng)?shù)牟捎妙A(yù)應(yīng)力，將不平衡彎矩產(chǎn)生拉力轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫Γ粌H可以充分的利用混凝土的受壓承載力，還可以減小鋼管柱的錨固長度，降低了因受拉錨固破壞造成的風(fēng)險。

圖10 臨時固結(jié)立面圖（單位;mm）

5.2 掛籃懸臂澆筑

本工程主橋采用掛籃懸臂施工，每個T構(gòu)共有11個懸澆節(jié)段，長度3.0～4.5 m，最大節(jié)段重量約138 t。根據(jù)金灣河大橋結(jié)構(gòu)特點考慮和工期安排，配備8套16個掛籃同步進行懸臂澆筑施工，左右幅同步施工，節(jié)省了工期。

本工程掛籃采用三角形掛籃設(shè)計，主要由角形組合主桁梁、行走系統(tǒng)、底籃及模板系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)及工作平臺六大系統(tǒng)組成。掛籃工作系數(shù)小于0.4，單個掛籃設(shè)計自重46.2 t，采用雙拼40號工字鋼作掛籃主桁主縱梁。掛籃使用前按照1.2倍最大節(jié)段重量進行預(yù)壓，實測最大變形16 mm，滿足規(guī)范要求并消除了非彈性變形。

掛藍施工每節(jié)段箱體混凝土采用一次澆筑完成，混凝土灌注順序為：底板→腹板→頂板。灌注時同一T構(gòu)兩側(cè)掛籃、同一掛籃的左右兩側(cè)對稱地進行，由懸臂端向已澆梁端進行（見圖11）。混凝土養(yǎng)護達到規(guī)定條件后及時按設(shè)計要求張拉懸臂鋼束。

圖11 掛籃施工

5.3 橋梁合龍及體系轉(zhuǎn)換

連續(xù)梁合龍段施工結(jié)束后完成結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，是主梁施工的關(guān)鍵工序，合龍的順序和合龍溫度直接影響橋梁的安全和受力性能。按照連續(xù)梁受力特性，一般合龍順序為：先邊跨合龍→再拆除中墩臨時固結(jié)體系→最后中跨合龍。

合龍前應(yīng)在溫度適合時采用體外勁性骨架將合龍口鎖定，并對預(yù)應(yīng)力合龍束臨時張拉，完成鎖定。鎖定后綁扎鋼筋，適時澆注混凝土。待合龍段混凝土達到設(shè)計強度后，拆除鎖定骨架，依次對稱張拉頂板合龍束、底板合龍束，先拉長束，后拉短束。臨時張拉的合龍束應(yīng)放松后重新張拉至設(shè)計噸位。

合龍施工期間應(yīng)觀察合龍段兩端標(biāo)高情況，如果標(biāo)高與線型控制不符時，可通過配重作相應(yīng)調(diào)整。臨時鎖定和混凝土澆筑應(yīng)選擇在夜間溫度較低時進行，澆筑后及時采取保溫措施進行養(yǎng)護，達到設(shè)計要求時先張拉部分預(yù)應(yīng)力束，養(yǎng)護達到齡期再全部張拉。

5.4 施工監(jiān)控

由于橋梁在施工時環(huán)境溫度、施工荷載的差異，以及測量誤差等會導(dǎo)致橋梁實際受力及線形偏離設(shè)計目標(biāo)，使得橋梁合龍困難，成橋線形與設(shè)計不符。所以在施工過程中必須對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)加以監(jiān)測和控制，以保證橋梁施工的安全、順利合龍以及結(jié)構(gòu)內(nèi)力成橋線形符合設(shè)計要求。

本工程主橋施工監(jiān)控采取了監(jiān)測與控制相結(jié)合的技術(shù)手段，通過“施工→測量→計算分析→修正→預(yù)告→施工”的循環(huán)過程，對橋梁內(nèi)力及線形進行監(jiān)控。通過分析每個節(jié)段施工中混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉和掛籃前移時的變形，計算出施工預(yù)拱度，以此來確定該梁段施工時的立模標(biāo)高。內(nèi)力監(jiān)控則是通過在主橋關(guān)鍵截面關(guān)鍵位置埋設(shè)應(yīng)變計，通過應(yīng)變計監(jiān)測每個施工階段橋梁內(nèi)力情況，確保結(jié)構(gòu)受力處于全范圍。

施工過程中還對主墩沉降進行觀測，成橋后主橋線形平順，橋梁內(nèi)力與理論值吻合，符合設(shè)計和規(guī)范要求，見圖12。

圖12 西幅橋成橋標(biāo)高（單位;m）

6 結(jié)語

揚州市金灣河大橋通過方案比選，主橋采用60 m+100 m+60 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，總體設(shè)計經(jīng)濟合理，技術(shù)可靠；施工便捷安全，進展順利。目前該工程已建成通車，運營狀況良好，產(chǎn)生了顯著的社會經(jīng)濟效益，也為揚州同類型橋梁的建設(shè)積累了經(jīng)驗。