現澆預應力混凝土箱梁橋腹板束張拉方案研究

林子強　陸勇

摘要：文章以南寧市沙井大道清川橋底改造及五一路口、南鄉路口立交工程為研究對象，結合項目建設條件的變化及施工工期緊張的情況，比較和研究了現澆預應力混凝土連續箱梁橋腹板束常規梁端張拉、梁端開大槽口張拉、頂板張拉三種方案的優缺點及適用性，可為同類橋梁設計及施工提供參考及借鑒。

關鍵詞：現澆箱梁;梁端大槽口張拉;頂板張拉;張拉方案

中國分類號：U448.21+3文獻標識碼：A

0 引言

隨著城市經濟的飛速發展和城市人口的擴張，城市交通量快速增加，多數城市的交通條件已經不能滿足當前經濟和人口的需求，大多城市已經出現交通嚴重擁堵的狀況，許多城市路網正在超負荷運作。特別是城市路網中平面交叉出現的問題最大，一旦出現一個沖突點問題，將導致多條路網出現嚴重擁堵甚至癱瘓，這將給居民的出行和城市的發展帶來較大的影響。為了解決平面交叉帶來的問題，目前多數城市都在將平面交叉逐步改造為立體交叉形式，或建設高架橋形式，而在改造過程中由于現有交通的影響和征地拆遷問題，在立交橋和高架橋建設過程中勢必出現不能按常規順序和多工作面開展的情況。為了不影響工期和避免對交通的長期影響，只能在有工作面和施工條件的地方施工，這將導致在進行橋梁設計和施工過程中，必須保證多聯橋梁之間施工互不干擾。本文以南寧市沙井大道清川橋底改造及五一路口、南鄉路口立交工程為例，研究影響現澆混凝土橋梁施工順序的原因，分析和比較各種預應力張拉方案的優缺點，為以后現澆預應力混凝土連續箱梁橋的設計和施工提供參考和借鑒。

1 工程背景

沙井大道清川橋底改造及五一路口、南鄉路口立交工程位于南寧市江南區沙井片區與富寧片區交界處，為清川橋底沙井大道與江南大道交叉口改造以及沙井大道和五一路交叉口、南鄉路交叉口立交工程，主線將沙井大道改為立交橋上跨五一路和南鄉路。主線橋梁全長807.02 m，橋梁跨徑布置為（3×25） m+（3×25） m+（35+50+35） m+（3×27.34） m+（3×25） m+（4×25） m+（3×25） m+（2×25） m+（35+50+35） m+25 m，橋梁寬度為28.5～43.5 m，按左右兩幅橋布置，其中跨南鄉路及五一路主橋為變截面預應力混凝土連續箱梁橋，橋跨布置為（35+50+35） m，其余聯為預應力混凝土等高連續箱梁，全橋采用支架現澆施工。本項目原設計方案為主線及匝道橋梁上部結構各聯箱梁施工分批進行（第一批先施工張拉第一、三、五、七、九聯，第二批施工張拉第二、四、六、八、十聯預應力鋼束），但由于項目施工工期緊及場地限制，橋梁施工不能按照原設計施工順序進行，根據現場條件有施工條件的橋梁先進行施工，這就需要各相鄰橋梁之間施工互不影響，而主要影響施工順序的因素是箱梁預應力的張拉，通過本項目進行橋梁鋼束的張拉方案研究，結合本項目實際情況選擇合適的張拉方案。

2 鋼束張拉方案研究

2.1 梁端張拉方案

梁端張拉方案為常規預應力混凝土梁橋常用的腹板鋼束張拉及錨固方案。該方案只需在梁端預留較淺的槽口，預留槽口一般只需滿足鋼束張拉后錨固和封錨的空間即可。如圖1～3所示。

從圖1～3可以看到，常規的梁端張拉方案中，箱梁的預留張拉構造極其簡單，只需在梁端現澆時預留一個較淺的張拉槽口即可。

該方案的優點為：（1）由圖1可以看出箱梁腹板鋼束統一在梁端張拉錨固，有較大的張拉錨固面，可以使鋼束在梁端分布均勻，箱梁梁端受力均勻;（2）箱梁構造簡單，只需在梁端預留較小的錨固和封錨的空間即可，不需設置其他構造要求;（3）由圖2可以看出該方案預留槽口較小，對箱梁端橫梁削弱較小，不會影響結構的受力性能。

該方案的缺點為：（1）由圖2可以看出，若采用常規梁端張拉方案則不可能進行多聯相鄰橋梁之間同時施工，相鄰橋梁之間無鋼束張拉工作空間，無法進行施工，只能采用從一個方向單端張拉順序施工;（2）由于該方案只能進行單端張拉施工，導致橋梁分跨聯長不能太長，會導致橋梁伸縮縫較多，行車不順，或者采用分段澆筑分段張拉的方案，將導致工期延長;（3）由于該方案只能采用單端張拉形式，導致在鋼束張拉時預應力損失較大。

該方案設計應注意鋼束在錨固面的布置，相鄰鋼束之間的上下和左右的中心間距，鋼束中心距離梁頂面和底面的距離。相應的距離應根據鋼束的選用大小，混凝土的強度布置，滿足最小間距要求，避免張拉時混凝土壓碎及壓潰。

2.2 梁端大槽口張拉方案

梁端大槽口張拉方案通過在預應力混凝土梁端預留較大的鋼束張拉槽口，以滿足箱梁腹板束的張拉錨固空間和工作空間，主要是滿足鋼束張拉時的工作空間。梁端大槽口張拉方案構造與常規梁端張拉方案設置類似。

只需加大梁端的張拉槽口即可，主要是加大沿梁縱橋向的槽口深度，以此滿足鋼束張拉時的工作空間要求。見圖4～5。

該方案的優點為：（1）相鄰橋梁之間有足夠的鋼束張拉空間，可以滿足相鄰橋梁之間的同步現澆施工;（2）該方案可以滿足橋梁鋼束兩端張拉的要求，減小預應力損失，橋梁在分跨分聯時可以適當加長，減少橋梁伸縮縫，增加行車舒適性;（3）由于該方案相鄰橋梁之間鋼束張拉互不影響，所以對于橋梁施工順序不會產生影響，橋梁可以進行多工作面同時施工，將大大縮短施工周期。

該方案的缺點為：（1）由圖4可以看出，由于鋼束張拉槽口的存在，會削弱橋梁端橫梁，對端橫梁受力存在一定影響;（2）由于槽口預留為鋼束張拉的工作空間，所以施工時橫梁的骨架鋼筋及相應的其余普通鋼筋需要臨時割斷，待預應力張拉錨固完成后再進行焊接，將導致施工較為麻煩，質量控制要求較高;（3）由圖4可以看出，由于槽口的存在，橋梁支座距離梁端面較大，這就需要增大橋梁下構橋墩墩頂的尺寸，將會影響橋梁的美觀;（4）由圖4～5可以看出，雖然預留了張拉槽口，但是考慮對梁的受力影響和橋墩墩頂的尺寸影響，槽口空間仍較小，施工時較為困難，這就同時需要采用尺寸較小的內卡式千斤頂進行鋼束張拉;（5）由圖5可以看出，大槽口張拉需相鄰兩橋梁之間的寬度一致，槽口位置需要對應。

該方案設計錨固面的布置同常規梁端張拉一致，但應注意考慮不同跨徑梁高變化，較高的梁將不利于鋼束的穿束，導致需要加大槽口大小，主要是沿著縱橋向槽口深度的變化。同時由于該方案導致梁端橫梁較大的削弱，需要對梁端橫梁進行加強，同時應注意下構橋墩墩頂大小應滿足支座的布置空間。

2.3 頂板張拉方案

頂板張拉方案[3]即是將箱梁腹板鋼束彎起在箱梁頂板位置進行張拉錨固，該方案較梁端張拉和梁端大槽口張拉在構造上更為復雜，如圖6～7所示。

從圖6～7可以看出，頂板張拉方案構造上較梁端張拉和梁端大槽口張拉復雜，需要在梁端頂板開多個張拉槽口，同時根據鋼束的布置及張拉的需要，鋼束頂板張拉處的頂板厚度和腹板厚度均需進行加厚處理，以保證鋼束的錨固和張拉。

該方案的優點為：（1）由圖6可以看出，采用頂板張拉方案相鄰橋梁之間的鋼束張拉施工互不影響和沖突，橋梁可以不受施工順序影響，進行多工作面施工，縮短施工周期;（2）對梁端支座布置不產生影響;（3）鋼束張拉和錨固工作空間不受限制，施工較為方便，采用常規設備即可施工，施工質量容易控制;（4）由于相鄰橋梁之間鋼束的施工互不影響，相鄰橋梁之間的寬度和腹板位置無須一致，相鄰橋梁之間的槽口無須對應，均可施工。

該方案的缺點為：（1）由圖6可以看出，由于腹板鋼束均提前起彎至頂板張拉錨固，這就會導致在梁端預應力分布不均勻，梁端部分存在預應力空白區，這就需要增加底板短束保證梁端下緣的預應力性能;（2）由于鋼束需要在頂板錨固和張拉，導致頂板張拉槽口處的頂板橫向鋼筋和梁端橫梁骨架鋼筋需臨時割斷，待預應力張拉錨固完成之后再進行焊接，導致施工較為麻煩;（3）由于張拉槽口的存在，會削弱梁端橫梁，對端橫梁受力存在一定影響;（4）由于需要滿足鋼束張拉和錨固的需要，鋼束張拉范圍內橋梁頂板和腹板需要進行變厚處理，以保證鋼束張拉的安全。

該方案設計時應注意相鄰鋼束之間的上下和左右的中心間距，鋼束中心距離槽口邊緣的距離。相應的距離應根據鋼束的選用大小、混凝土的強度布置，滿足最小間距要求，避免張拉時混凝土壓碎及壓潰。張拉槽口的大小應根據鋼束的大小和采用的設備進行設置，同時鋼束在梁端起彎時，注意起彎角度不應太大，角度太大會導致較大的預應力損失。

3 張拉方案比較

通過上述對三種張拉方案的分析得出以下結論：

（1）常規的梁端張拉方案構造最簡單，操作和施工最方便，但是該方案局限性較大，只適用于對施工周期和施工順序無要求的情況，或者單聯橋梁。

（2）梁端大槽口張拉方案構造類似于常規梁端張拉方案，構造相對簡單，但由于槽口的存在，對梁端支座布置存在影響，需要增加下構橋墩墩頂尺寸，同時鋼束施工工作空間較小，施工較為復雜。而且，該方案要求相鄰橋梁之間湊口位置對用，所以只適用于箱梁橋梁寬度一致，相鄰橋梁之間腹板位置對應的情況。

（3）頂板張拉方案相對于常規梁端張拉方案和梁端大槽口張拉方案構造較為復雜，需要增加梁端鋼束錨固范圍內頂板和腹板的厚度，同時需要增加梁端底板短束，需在箱梁內增設齒塊張拉梁底短束。該方案適用性較廣，但對于跨徑較大，腹板束較多的橋梁，該方案會導致頂板錨固范圍較大，頂板和腹板增加厚度范圍較大，會增加橋梁自重，同時需要增設更多的底板短束。

本論文工程案例沙井大道清川橋底改造及五一路口、南鄉路口立交工程由于存在匝道的匯入，存在相鄰橋梁之間寬度不一致和腹板劃分位置不一致的情況，同時兩個交叉口跨線橋跨徑較大，腹板束較多，所以本工程結合橋梁的變化形式，鋼束張拉方式采用梁端大槽口張拉方案和頂板張拉方案，其中（35+50+35） m兩座跨線橋采用梁端大槽口張拉方案，其余橋跨采用頂板張拉方案。

4 結語

通過研究分析，常規梁端張拉方案和梁端大槽口張拉方案構造簡單，梁端預應力鋼束分布均勻，橋梁梁端受力及應力分布均勻。但是常規梁端張拉方案局限性較大，不適用于施工工期和施工條件受限的橋梁。梁端大槽口張拉方案適用性較大，但對于相鄰橋梁寬度和腹板位置要求較高，需要相鄰橋梁之間槽口對應。頂板張拉方案相較于上述兩種張拉方案適用性較廣，但構造相對較麻煩，梁端受力相對前兩種張拉方案較差。在進行橋梁設計時應根據具體項目的情況選擇合適的張拉方案。

參考文獻：

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