大跨度連續(xù)箱梁大節(jié)段支架現(xiàn)澆設(shè)計(jì)研究

張安林，孫 東 （安徽省交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230011）

0 前言

目前在國(guó)內(nèi)大跨度連續(xù)箱梁傳統(tǒng)做法大都按照掛籃懸臂澆筑法設(shè)計(jì)和施工，懸臂施工法具有很大的優(yōu)越性，可以不受橋下地形、河流和通航及防洪要求的影響等[1]。懸臂澆筑的節(jié)段分段長(zhǎng)度一般為3～5m，目的是使節(jié)段施工的重量變化均衡，有緩慢下降的趨勢(shì)，不會(huì)出現(xiàn)陡變，而加大掛籃設(shè)計(jì)的難度。但與此同時(shí)，由于懸臂澆筑長(zhǎng)度受限，故節(jié)段數(shù)量較多，且每個(gè)節(jié)段為遞進(jìn)式，從而使得該工法施工周期較長(zhǎng)，對(duì)于一些對(duì)施工工期有嚴(yán)格限制或者盡量縮短的項(xiàng)目無(wú)法滿足業(yè)主要求。

支架現(xiàn)澆連續(xù)梁橋具有悠久的歷史，可以說(shuō)是最原始、最基本的施工方法，主要特點(diǎn)是橋梁的整體性好，施工方法簡(jiǎn)便易行，施工質(zhì)量可靠，平面及豎曲線線型容易控制，對(duì)機(jī)具和起重設(shè)備要求不高[2～3]。隨著鋼支架的采用及支架構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化和裝配化，支架現(xiàn)澆施工得到廣泛應(yīng)用，不僅用于橋墩較低的中、小跨徑連續(xù)梁，而且在長(zhǎng)大跨徑橋梁中亦開(kāi)始逐步應(yīng)用[4～5]。

1 工程背景

某跨閘橋主橋采用（50+80+80+50）m 變截面連續(xù)箱梁，主跨分別跨船閘及南側(cè)防洪大堤。橋型總體布置如圖1所示。

圖1 橋型布置圖

圖2 支架現(xiàn)澆節(jié)段施工劃分示意圖

上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室斷面，支點(diǎn)梁高4.6m，跨中梁高2.2m。采用二次拋物線變化。箱梁頂板寬12.5m，頂板厚28cm，底板寬7.5m，底板厚度按二次拋物線由30cm變化到78cm，腹板跨中厚度為50cm，支點(diǎn)處厚度80cm，箱梁高度由跨中的2.2m按二次拋物線變化至支點(diǎn)處的4.6m，橋面設(shè)置2.0%雙向橫坡。設(shè)計(jì)采用懸臂澆筑方法施工，節(jié)段長(zhǎng)度4m、3.5m、2.5m 不等，兩側(cè)對(duì)稱懸澆段共計(jì)9段。

2 施工方案調(diào)整

考慮到掛籃施工工藝施工周期較長(zhǎng)，不能滿足項(xiàng)目總體施工進(jìn)度要求，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形及地基情況，為加快工程進(jìn)度，在不增加工程造價(jià)及結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，施工單位提出改成滿堂支架法工藝進(jìn)行施工?？紤]目前橋位處為灘地，無(wú)通航及泄洪要求；另外橋梁高度不高，方便搭設(shè)支架，故設(shè)計(jì)單位認(rèn)為變更為支架現(xiàn)澆施工方案的外部條件基本具備。根據(jù)支架施工的特點(diǎn)，即采用大節(jié)段澆筑，考慮配束及施工需要，主橋共分為7個(gè)大節(jié)段，先后分為4次澆筑。具體分段如圖2。

3 大節(jié)段支架現(xiàn)澆與懸臂澆筑受力特點(diǎn)分析

橋梁的內(nèi)力分布與其施工工藝及施工流程密切相關(guān)[6]，通過(guò)商用有限元軟件分別模擬計(jì)算大節(jié)段支架施工以及懸臂澆筑法施工，兩者在恒荷載作用下成橋內(nèi)力分布如下圖3、圖4所示。通過(guò)對(duì)比計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)3點(diǎn)結(jié)論：①采用支架施工法橋梁中支承截面處負(fù)彎矩值明顯小于按懸臂施工法計(jì)算的相應(yīng)截面彎矩值，次支點(diǎn)處(19#、21#墩頂)負(fù)彎矩前者與后者比值約為0.776，中支點(diǎn)處(20#墩頂)的負(fù)彎矩比約為0.95；②采用大節(jié)段現(xiàn)澆施工時(shí)連續(xù)梁跨中截面正彎矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于懸臂施工法施工的相應(yīng)截面彎矩值，其中邊跨跨中比值約為2.28，中跨跨中比值約為3.69；③同時(shí)表明對(duì)于多跨連續(xù)梁，采用支架現(xiàn)澆法施工時(shí)中支點(diǎn)與次支點(diǎn)彎矩的不均勻性分布更為明顯，其比值達(dá)到了1.26，即19#墩頂處受力更為不利，而懸臂法施工的比值僅為1.03，相差無(wú)幾。

圖3 大節(jié)段支架現(xiàn)澆法成橋階段恒荷載彎矩及剪力圖（kN·m）

圖4 懸臂澆筑法成橋階段恒荷載彎矩及剪力圖（kN·m）

剪力效應(yīng)變化趨勢(shì)與彎矩效應(yīng)相同，但其變化的幅度相對(duì)較小，前者與后者的比值在0.92～1.04之間，表明施工工藝變更對(duì)于剪力效應(yīng)影響的敏感性要小于彎矩效應(yīng)。

4 預(yù)應(yīng)力布置設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決措施

可以看出采用成橋階段大節(jié)段現(xiàn)澆施工與懸臂施工在恒荷載作用下的彎矩值差異十分明顯。這也充分表明連續(xù)梁的設(shè)計(jì)計(jì)算必須與施工方法及工藝緊密結(jié)合。本橋設(shè)計(jì)的難點(diǎn)及解決措施如下所述。

①采用大節(jié)段現(xiàn)澆時(shí)，由于施工縫的數(shù)量急劇減少(本例由10個(gè)面減少為1個(gè))，則無(wú)法像懸臂澆筑在每個(gè)懸澆段截面錨固頂板束及底板束，解決該問(wèn)題的主要方法如下幾種：a.在有限的中間后澆段斷面集中錨固一些鋼束；b.需沿著箱室內(nèi)部設(shè)置齒板錨固；c.根據(jù)彎矩分布設(shè)置上下彎起通常束；d.在頂?shù)装逶O(shè)置槽口錨固。

②出于箱梁美觀考慮，一般不在箱梁外側(cè)設(shè)置齒板，受此限制，箱梁頂板外側(cè)加腋處只能設(shè)置1～2孔在施工縫截面錨固的鋼束，因而通過(guò)墩頂?shù)捻敯迨^少，為彌補(bǔ)墩頂頂板的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)，應(yīng)適當(dāng)增加腹板鋼束在墩頂?shù)耐ㄟ^(guò)數(shù)量。同時(shí)，為減少齒板數(shù)量，增加箱室內(nèi)空間，將頂板束每?jī)墒喜㈠^固于一個(gè)齒板。

③由于主橋?yàn)樗目邕B續(xù)梁，如按一般滿堂支架現(xiàn)澆施工連續(xù)梁設(shè)置通常束時(shí)，鋼束單根長(zhǎng)度則長(zhǎng)達(dá)260m，不僅施工時(shí)管道穿束較為困難，且鋼束中部預(yù)應(yīng)力損失較大 (其永存預(yù)應(yīng)力均為0.59fpk左右)。而鋼束中部位于中支點(diǎn)截面處(20#墩頂)，為主梁恒載和活載受力最不利位置。因而需將部分通常腹板束設(shè)計(jì)成在中墩處交叉錨的形式，交叉部分為首次澆筑的主墩附近節(jié)段長(zhǎng)度。這樣不僅解決了預(yù)應(yīng)力束過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，同時(shí)也增加了通過(guò)墩頂附近預(yù)應(yīng)力束的數(shù)量，其中一側(cè)交叉束需從腹板平彎后采用齒板錨固。

④考慮次支點(diǎn)與中支點(diǎn)受力差異較大，故20#墩頂處不應(yīng)和19#墩頂及21#墩頂?shù)韧O(shè)計(jì)，故在20#墩處增加2孔腹板束，并適當(dāng)增加頂板束的型號(hào)。

通過(guò)如上措施，主橋在承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)以及施工階段中各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

5 工期影響

掛籃懸臂施工每節(jié)段施工時(shí)間在12d左右，考慮陰雨天氣及其他因素按15d計(jì)，同時(shí)最后一個(gè)懸澆段為了避免掛籃碰頭需錯(cuò)開(kāi)一節(jié)段施工，故按10個(gè)懸澆段計(jì)算共需150d左右，加上邊跨合攏及體系轉(zhuǎn)換等15d，共計(jì)175d。采用大節(jié)段支架施工后，僅在每個(gè)T構(gòu)兩側(cè)預(yù)留濕接縫合攏段二次施工，考慮交叉束張拉的需要，其余節(jié)后澆段分兩次施工，預(yù)估工期需85d，合計(jì)節(jié)省約90d的工期，節(jié)約工期較為明顯。

6 結(jié)論與建議

①用于中小橋梁施工的支架現(xiàn)澆法具有施工速度快、施工方法簡(jiǎn)便易行等特點(diǎn)，筆者通過(guò)實(shí)際工程計(jì)算研究分析，論證了該方法同樣能夠適用于大跨度連續(xù)箱梁的設(shè)計(jì)施工當(dāng)中。即懸臂澆筑改為支架現(xiàn)澆在保證支架安全穩(wěn)定、澆筑養(yǎng)護(hù)質(zhì)量可靠的前提下，通過(guò)改變預(yù)應(yīng)力配置方式也是可以做到的，結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)驗(yàn)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

②大節(jié)段支架現(xiàn)澆施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋因預(yù)應(yīng)力錨固斷面大為減少，且工作面狹小而需設(shè)置大量的齒板。齒板的布置與構(gòu)造是整體現(xiàn)澆法區(qū)別于懸臂澆筑法的主要特色。

③采用懸臂施工的連續(xù)梁橋，在施工過(guò)程中經(jīng)歷T形剛構(gòu)受力狀態(tài)，合攏后形成連續(xù)梁橋，結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的內(nèi)力由各施工階段階段產(chǎn)生的內(nèi)力疊加而成。由于合攏段較短，產(chǎn)生的內(nèi)力較小，故T形剛構(gòu)受力為主要部分。而滿堂支架施工連續(xù)梁不存在懸臂施工過(guò)程中內(nèi)力逐步向墩頂轉(zhuǎn)移的過(guò)程，故在滿堂支架拆除后，主梁彎矩圖與一次落架受力更為吻合，表現(xiàn)為相對(duì)較大的跨中彎矩和較小的支點(diǎn)彎矩，這是兩者受力差別最本質(zhì)的原因。故擬定截面幾何尺寸時(shí)，應(yīng)根據(jù)以上彎矩分布特點(diǎn)，增大主梁跨中附近斷面的抗彎剛度，不宜完全一味的套用懸澆梁的結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)尺寸。