淺談石潭溪連續剛構中跨頂推一次合龍的計算與施工

王立亮 陳碧云

寧波交通工程建設集團有限公司 浙江 寧波 315000

1 工程概況

國道316線閩清新石潭溪大橋位于閩清縣，是跨越水口大壩庫區內閩江支流石潭溪的橋梁。原石潭溪大橋為中承式鋼管拱橋，位于石潭溪口沿溪兩岸繞行至溪寬很小處，線路長、線型差，于1997年建成通車，2013年4月被鑒定為危橋，此后實行交通限行管制，禁止大中型貨客車通行。新建石潭溪大橋建于原石潭溪大橋的下游側，石潭溪大橋為變截面連續剛構箱梁橋，孔跨布置72m+130m+72m，橋梁上部結構采用單箱單室箱梁，下部橋墩采用雙肢薄壁橋墩，橋墩與主梁采用墩梁固結形式。橋墩基礎采用鉆孔灌注樁，橋臺為擴大基礎，重力式臺。橋面凈空布置為：1.75m（人行道）+9.0m（行車道）+1.75m（人行道）。橋梁設計荷載：公路-Ⅰ級。墩臺樁基采用鋼護筒施工，基坑明挖，承臺現澆。墩柱采用鋼模施工。橋梁上部采用掛籃懸臂澆筑施工，橋梁邊跨直線段采用支架法現澆法施工，合攏段采用掛籃施工。全橋邊跨、中跨一次合攏，中跨合攏時進行頂推方法[1]。

2 中跨合攏頂推計算

2.1 中跨合攏頂推目的

橋梁1、2號橋墩與主梁固結，橋墩（包括樁基）的彎矩受主梁縱向平動及主梁轉角變形影響。通過在合攏時對主梁進行頂推，使橋墩產生遠離跨中方向的預偏心，在合攏、后續施工及使用過程中，橋墩逐漸向跨中方向偏移，恢復到豎直狀態（或接近豎直狀態），墩身彎矩逐漸減小，更有利于橋墩的受力。

2.2 合攏頂推位移取值范圍

首先計算出影響橋墩向跨中偏移的值，根據此值分析確定頂推位移的大致區間，試算頂推力的大小，再根據頂推后橋墩彎矩的改善情況及頂推時橋墩彎矩、主梁的豎向變形，綜合確定頂推力及頂推位移。

2.2.1 合攏溫度的確定。橋梁預計主梁在7月份合攏，主梁合攏時溫度按270C考慮。根據《公路橋涵設計通用規范》結構有效溫度標準值的取值，福州地區結構計算有效溫度最低值取00C，最高值取340C，有效溫度的中間值為170C，合攏溫度高于溫度中間值100C左右，頂推時考慮消除降溫100C左右的影響。

2.2.2 各影響因素橋墩變形量結算結果

采用橋梁結構專用軟件SCDS計算（圖1），各因素橋墩變形量計算結果見下表。理論計算時，考慮了樁基的彈性變形量（表1）。

圖1 橋梁計算模型圖

表1 橋墩變形量計算結果表 （單位：mm）

2.3 確定頂推力及位移

根據上述確定的橋墩頂推變形范圍，初步擬定頂推力進行試算比較。初步擬定三種頂推力500kN、600kN和700kN。將不同的頂推力作用到計算模型上，計算橋墩梁的變形量及墩身彎矩，根據比較確定最終的頂推力。

頂推600kN時，合攏2年后墩頂水平變形基本能夠達到豎直位置，頂推時墩身彎矩也較小，主梁變形量也不時很大。綜合考慮，頂推力確定為600kN，跨中合攏口位置總的頂開量32mm（計入梁的變形），1號墩水平變位7.6mm，2號墩水平變位20.3mm。

2.4 頂推構件計算

根據上述計算，跨中合攏時的理論頂推力600kN，頂推總變形32mm。頂推時考慮支架模板的阻力，已綁扎的底板鋼筋、波紋管的拉力，橋墩樁基理論計算模型的偏差等因素，施工頂推力將大于理論計算值，施工頂推裝置總的頂推力按不小于1000kN設計。

合攏頂推裝置對稱安裝在箱梁腹板處，位置接近箱梁形心軸，全橋僅在中跨位置設置一處。頂推裝置總的頂推力為1000kN，單套頂推力500kN。頂推裝置由千斤頂、鋼墊板、傳力鋼管組成。頂推裝置構造及安裝示意見圖2。

圖2 頂推裝置構造及安裝示意圖

根據頂推力及頂推位移選定合適的千斤頂型號，頂推鋼管采用規格為φ245×10的無縫鋼管，材質為Q235，鋼管長度計算時暫按170cm考慮，鋼管按軸心受壓計算[2]。

φ245×10鋼管截面特性為：

面積A=73.83cm2，回轉半徑i=8.32cm。

鋼管兩端按鉸接考慮，鋼管受壓計算長度l0=2×170=340cm。

長細比 λ=340÷8.32=40.9。

查鋼結構設計手冊，受壓構件穩定系數φ=0.939。

鋼管應力為：500÷0.939÷73.83×10=72MPa<[205] MPa，滿足要求。

3 合攏鎖定后溫度對勁性骨架影響計算

中跨頂推后，安裝勁性骨架并進行焊接鎖定，橋梁由單懸臂狀態轉變為連續結構，在未澆筑混凝土前，勁性骨架將承受一定的荷載。從焊接鎖定到澆筑合攏段混凝土時間較短，主要影響因素為溫度影響。焊接合攏溫度為一天中溫度最低值，假定最高升溫150C，計算最高升溫情況下，勁性骨架內力。按兩種工況計算溫度升高情況下，勁性骨架內力。

工況一：中跨合攏段鎖定，邊跨暫不鎖定；

工況二：邊跨、中跨均鎖定，邊跨現澆段設水平向彈性約束。由于邊跨現澆段位于支架上，水平向剛度取值較困難，暫時假定彈性剛度值與橋墩水平抗推剛度一致。

勁性骨架按箱梁頂、底板各設置2組考慮，勁性骨架采用32a槽鋼。

橋梁升溫150C時，勁性骨架內力計算結果見表2。

表2 勁性骨架內力計算結果表

在表2中，中跨勁性骨架的內力僅為溫度升高導致的勁性骨架上增加的內力，實際內力應再加上頂推時，千斤頂卸載后轉移到勁性骨架的內力。考慮勁性骨架的初始內力，勁性骨架應力滿足要求。由于邊跨現澆段支架材料、搭設方式不同，水平抗推剛度會有很大的不同，不同的抗推剛度，對勁性骨架的影響不同，剛度越大，梁的伸長變形受到的約束力越大，勁性骨架上的力也越大。由于這個因素的不確定性，采用先鎖定中跨合攏段勁性骨架，邊跨合攏段勁性骨架在澆筑混凝土前，溫度最低時再進行鎖定，鎖定后再澆筑合攏段混凝土[3]。

4 一次合攏預應力張拉方案

一次合攏后，需要張拉兩個邊跨，一個中跨的底板、腹板及頂板預應力束，具體張拉的預應力束見下表3。不同的張拉順序會對橋梁產生不同的內力，需要計算確定合理的張拉方案。

表3 合攏后預應力張拉數量表

預應力張拉順序方案確定主要考慮兩種影響因素：其一，預應力張拉時，主梁最薄弱位置（合攏段位置）的梁頂、底面不出現拉應力或拉應力比較小，滿足規范要求；其二，充分考慮施工方便性，減少張拉設備的轉運。經分析試算，確定以下的預應力張拉順序。預應力張拉施工順序及最薄弱位置梁截面應力計算結果見表4。

表4 預應力張拉順序及梁截面應力表

同類型預應力束張拉時，應先張拉長束，再張拉短束。

上述計算是考慮一個張拉班組施工，先在主梁頂面施工，張拉部分預應力束，然后將張拉設備移入箱梁內，箱梁內張拉完后，移出張拉設備，張拉梁頂面上最后4束預應力束。為了考慮施工的方便性，故施工過程中部分截面的壓應力儲備適中。

若采用兩個張拉班組，一個班組在梁頂面施工，一個班組在箱梁內施工的話，可以在張拉W2’，W1’同時張拉T15、T16，其他預應力束的張拉順序可根據施工進度由監控方面隨時調整。潭溪大橋一次合攏方案，邊跨、中跨同時合攏，其中中跨頂推力取為600kN。從計算結果中可看出，施工階段主梁最大拉應力為0.90MPa，出現在合攏段下緣，，滿足規范要求；主梁最大壓應力為16.79MPa，出現在合攏段下緣，，滿足規范要求。薄壁墩未出現拉應力，滿足規范要求。

5 結束語

石潭溪大橋采用邊跨、中跨一次合攏，并在中跨合攏時對橋梁進行頂推，以中跨頂推一次合攏計算為依據，順利完成橋梁合龍，技術指標符合設計要求。

工程施工中采取全過程施工監控，工程建成質量合格，通過驗收并于2016年8月29日正式建成通車。新石潭溪大橋建成后，不僅恢復了南平、寧德等地連接福州的交通大動脈G316線在該路段的暢通，同時也提升了線路技術標準，改善了行車舒適性，公路通行能力和服務水平進一步提升（圖3）。

圖3 石潭溪大橋建成通車

石潭溪大橋建成通車以后，跟蹤觀察和檢測橋梁受力和撓度，運行狀況符合設計要求，目前使用情況良好。