公路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)方案

王永學(xué) 張 強(qiáng)

1.新疆西域公路建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司；2.新疆交建公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)有限公司

1 引言

縱觀公路橋梁建設(shè)領(lǐng)域，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋取得廣泛的應(yīng)用，其具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、受力條件良好、耐久性好等多重應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，且隨著理論研究的深入和工程實(shí)踐活動(dòng)的持續(xù)開展，其應(yīng)用水平逐步提高。為順利推動(dòng)該類橋梁建設(shè)工作的順利開展，需從實(shí)際情況出發(fā)，精準(zhǔn)把控設(shè)計(jì)要點(diǎn)，做好設(shè)計(jì)工作，形成完善的設(shè)計(jì)方案，為正式施工提供引導(dǎo)。

2 公路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的主要優(yōu)勢(shì)

（1）從力學(xué)特性的角度來(lái)看，連續(xù)梁支點(diǎn)周邊的負(fù)彎矩與跨中正彎矩可形成抵消的關(guān)系，通常最大彎矩值減少幅度達(dá)到40%，在該受力條件下材料使用量隨之減少。

（2）預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性均較為良好，無(wú)特殊情況時(shí)幾乎不會(huì)出現(xiàn)裂縫，也無(wú)鋼筋銹蝕等問(wèn)題，能夠維持全橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（3）橋梁結(jié)構(gòu)的銜接較為平順，僅在兩端布設(shè)伸縮縫，其他部位均具有連續(xù)性，過(guò)往車輛能夠穩(wěn)定、舒適地行駛；同時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)空間較大，較好地保證了結(jié)構(gòu)的美觀性。

（4）在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋中普遍采用連續(xù)梁超靜定結(jié)構(gòu)，其顯著特點(diǎn)在于穩(wěn)定性較強(qiáng)，可以有效抵抗地震等外部作用力，由此減少維修工作量，后期運(yùn)營(yíng)管理成本較低，項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益隨著橋梁運(yùn)營(yíng)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐步顯現(xiàn)。

3 公路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的建設(shè)特點(diǎn)

公路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)組成合理，材料普遍具有質(zhì)地輕、剛度大的基本特點(diǎn)，充分發(fā)揮出在抗裂、耐久等方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)而言，施工中可以較為精準(zhǔn)地控制撓度，在施工條件良好以及方法得當(dāng)?shù)臈l件下，部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)能達(dá)到無(wú)撓度的狀態(tài)。得益于橋梁結(jié)構(gòu)的多重特點(diǎn)，有效減少了橋梁建設(shè)中的材料用量，相比于傳統(tǒng)的建設(shè)方式，減少鋼筋用量約40%～50%，減少混凝土用量約20%～40%。在公路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的建設(shè)中，主要思路在于按規(guī)范施工尺寸合適的承重結(jié)構(gòu)，對(duì)其采取預(yù)應(yīng)力張拉等措施，通過(guò)各類結(jié)構(gòu)的配合構(gòu)成具有大剛度特性的橋梁結(jié)構(gòu)體系。

4 公路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)方案

4.1 極限控制

預(yù)應(yīng)力板截面設(shè)計(jì)為重點(diǎn)內(nèi)容，關(guān)鍵考慮要點(diǎn)在于該材料的極限強(qiáng)度，此外需兼顧彎矩對(duì)結(jié)構(gòu)受力特性所帶來(lái)的影響。為切實(shí)提高橋梁的抗震性能，較為適宜的是采用混合配筋的設(shè)計(jì)方法，由此以科學(xué)的方式完成非預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)置工作。在該方式下可以分散橋梁受拉結(jié)構(gòu)的裂縫，改善其分布狀態(tài)，避免橋梁結(jié)構(gòu)受力過(guò)于集中和局部異常受損的情況，使橋梁在極限范圍內(nèi)穩(wěn)定使用。

4.2 荷載設(shè)計(jì)

荷載設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于確定具體的參數(shù)，較為合適的是在扣除第一批預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)損失后再確定合適的參數(shù)，以保證參數(shù)的可行性。在公路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的荷載設(shè)計(jì)工作中，需以荷載最不利建設(shè)條件為基本前提展開設(shè)計(jì)，使荷載設(shè)計(jì)方案適應(yīng)各類運(yùn)營(yíng)環(huán)境，有效發(fā)揮出預(yù)應(yīng)力荷載的作用[1]。

4.3 設(shè)計(jì)思路

以實(shí)際建設(shè)條件和質(zhì)量要求為準(zhǔn)，合理構(gòu)建力學(xué)模型，選定具有可行性的高跨比控制值。通過(guò)此類設(shè)計(jì)工作的落實(shí)明確關(guān)鍵構(gòu)件的基本參數(shù)，作為后續(xù)設(shè)計(jì)工作的引導(dǎo)。在構(gòu)件的設(shè)計(jì)中需考慮的內(nèi)容較多，例如鋼筋的截面尺寸、應(yīng)力承受能力等均為不容或缺的內(nèi)容，需對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的組合情況作出判斷，即分析其是否具有可行性。在結(jié)構(gòu)的鋼筋索形設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)當(dāng)密切考慮到桿件可能發(fā)生彎曲的部位，以此為出發(fā)點(diǎn)組織相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作。此后，進(jìn)一步確定預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量，為保證設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性，推薦采用現(xiàn)階段業(yè)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的預(yù)應(yīng)力度量法或者平衡荷載法，利用此類方法做初步的估算。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的整體損失和次應(yīng)力，對(duì)其展開針對(duì)性的計(jì)算設(shè)計(jì)，經(jīng)驗(yàn)證后對(duì)設(shè)計(jì)方案的可行性做出判斷，針對(duì)不足之處做靈活的調(diào)整，此后加以驗(yàn)證，直至滿足要求為止。最后，匯總各項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容形成完整的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)技術(shù)可行性論證后發(fā)現(xiàn)其中的缺陷，針對(duì)參數(shù)或方法等內(nèi)容做靈活的調(diào)整。

5 公路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的施工方法

在確定一套科學(xué)可行的設(shè)計(jì)方案后，還需合理應(yīng)用施工方法，以方案為指導(dǎo)、以方法為支撐，通過(guò)人員的調(diào)度以及對(duì)材料等施工物資的合理應(yīng)用，構(gòu)建完整的橋梁結(jié)構(gòu)。混凝土連續(xù)梁橋施工如圖1所示。

圖1 混凝土連續(xù)梁橋施工

5.1 整體現(xiàn)澆施工法

整體現(xiàn)澆施工遵循的是連續(xù)性原則，即在某結(jié)構(gòu)的混凝土澆筑過(guò)程中應(yīng)當(dāng)一次完成。根據(jù)施工需求搭建合適尺寸的支架，保證支架具有足夠的穩(wěn)定性，在該處將模板安裝到位，綁扎及設(shè)置鋼筋骨架，預(yù)留孔道。施工所需的模板支架數(shù)量較多，受工程量的影響，常被應(yīng)用于中、小跨徑的橋梁工程中。而在橋梁行業(yè)逐步發(fā)展之下，諸如變寬的異形橋、彎橋等新型的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，且現(xiàn)階段臨時(shí)鋼構(gòu)件、萬(wàn)能桿件系統(tǒng)均在其中取得廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的施工方法逐步顯現(xiàn)出適用性不足的局限性，例如存在施工煩瑣、材料用量多等問(wèn)題。在此背景下，對(duì)于中、大跨徑橋梁施工而言，則相繼采用滿堂支架施工的方法，其突破了傳統(tǒng)施工方法所帶來(lái)的局限性。在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工中，應(yīng)當(dāng)按照特定的流程將混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑工作落實(shí)到位，隨混凝土的逐步凝固，待其強(qiáng)度滿足要求后拆除模板，相繼完成預(yù)應(yīng)力筋的張拉、管道壓漿工作，由此構(gòu)成完整的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

5.2 預(yù)制簡(jiǎn)支連續(xù)施工法

以設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)預(yù)制簡(jiǎn)支梁，分片有序?qū)⑵浒惭b到位。在預(yù)制過(guò)程中應(yīng)當(dāng)做好預(yù)應(yīng)力筋的張拉錨固作業(yè)，將預(yù)制件安裝到位后做詳細(xì)的檢查以及調(diào)整，若無(wú)誤則澆筑墩頂接頭部位的混凝土，更換支座，隨后做第二次的張拉錨固[2]。圖2 為簡(jiǎn)支連續(xù)施工圖。在預(yù)制簡(jiǎn)支連續(xù)施工方法中，體系轉(zhuǎn)換為重點(diǎn)內(nèi)容，其主要采用的是如下三種方法。

圖2 簡(jiǎn)支連續(xù)施工法

（1）從一端開始，按順序依次向后推進(jìn)。具體而言，先處理第一孔和第二孔，以構(gòu)成兩跨連續(xù)梁，隨后按相同的方法將前述已經(jīng)處理到位的部分與第三孔形成三跨連續(xù)梁，由此推進(jìn)施工進(jìn)程，構(gòu)成具有連續(xù)性的結(jié)構(gòu)。

（2）從兩端開始，同步向中間推進(jìn)，逐孔連續(xù)。

（3）從中間開始，向兩端推進(jìn)。

上述所提的三種方法均有其獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，具體需根據(jù)實(shí)際施工量以及施工條件等因素靈活選擇。并且需認(rèn)識(shí)到的是，隨著體系轉(zhuǎn)換方法的改變，混凝土徐變二次力也不盡相同。

5.3 懸臂施工法

懸澆和懸拼為主要的細(xì)分形式，在施工中，均要對(duì)上、下兩部分結(jié)構(gòu)采取臨時(shí)固結(jié)措施，經(jīng)懸臂施工，相鄰懸臂緊密結(jié)合成完整的結(jié)構(gòu)體系[3]。并且張拉工作落實(shí)到位后方可卸除預(yù)先設(shè)置的固結(jié)措施，由此實(shí)現(xiàn)懸臂體系向連續(xù)體系的順暢轉(zhuǎn)換。

5.4 移動(dòng)式模架逐孔施工法

根據(jù)要求制作合適尺寸的支架和模板，將兩部分穩(wěn)定支承在承載梁上，通過(guò)支架和模板的應(yīng)用組織橋跨內(nèi)的現(xiàn)澆作業(yè)，隨混凝土強(qiáng)度的提高，待實(shí)測(cè)值達(dá)到要求后脫模，若無(wú)質(zhì)量問(wèn)題則將整孔模架沿導(dǎo)梁移動(dòng)至下一施工點(diǎn)位（橋孔），按照此方法有序推進(jìn)施工進(jìn)程，直至全橋施工完畢。移動(dòng)式模架逐孔施工法的適用范圍較廣，除了用于連續(xù)梁橋的施工外，在多孔簡(jiǎn)支梁橋中也依然具有可行性，得益于此方面的特性，在多數(shù)橋梁工程中取得應(yīng)用。

6 公路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的質(zhì)量控制措施

6.1 材料的質(zhì)量控制

張拉前，先根據(jù)作業(yè)需求選擇張拉設(shè)備并加以校驗(yàn)，對(duì)各設(shè)備分別編號(hào)，適配油泵壓力表和千斤頂，檢驗(yàn)張拉力與壓力表讀數(shù)，若無(wú)誤則運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)供使用。鋼絲材料需自帶出廠合格證，進(jìn)場(chǎng)時(shí)由專員進(jìn)行質(zhì)量檢查，滿足要求后方可入場(chǎng)并投入使用。對(duì)于固定端的每根鋼絲的墩頭，在使用前需組織墩頭強(qiáng)度試驗(yàn)，目的在于驗(yàn)證其強(qiáng)度特性，要求實(shí)測(cè)值至少達(dá)到鋼絲標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的98%，并且全程墩頭無(wú)形態(tài)方面的差異，例如不可出現(xiàn)裂紋或其他質(zhì)量問(wèn)題。

6.2 預(yù)應(yīng)力筋鋪設(shè)的質(zhì)量控制

以鋪設(shè)施工要求為準(zhǔn)提前制作鐵馬凳，跨中處可綁扎在底板上，預(yù)應(yīng)力筋的曲率固定點(diǎn)間距不宜超過(guò)2m，綁扎間距約1m，具體可視實(shí)際情況做微量的調(diào)整。無(wú)黏結(jié)筋的曲率和各點(diǎn)的起拱高度不盡相同，需差異化對(duì)待。雙向配筋呈縱橫交錯(cuò)的空間布置形態(tài)，各交叉處的預(yù)應(yīng)力筋屬重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域，其標(biāo)高以及保護(hù)層的厚度均要滿足設(shè)計(jì)要求。在正式施工前，先對(duì)比分析各無(wú)黏結(jié)交叉點(diǎn)的標(biāo)高，對(duì)其做出判斷，由此確定具體的鋪設(shè)順序，以便有條不紊地完成鋪設(shè)工作。待非預(yù)應(yīng)力筋底筋綁扎工作落實(shí)到位后，取無(wú)黏結(jié)筋并按設(shè)計(jì)要求精準(zhǔn)置于模板上。

6.3 預(yù)應(yīng)力筋張拉的質(zhì)量控制

張拉遵循對(duì)稱的原則，盡可能維持受力的均衡性，以免因偏心受壓而導(dǎo)致構(gòu)件受損。若同一截面分布大量的預(yù)應(yīng)力筋，為避免施工混亂的情況宜分批次有序張拉，以逐層澆筑、逐層張拉的方法為宜。張拉后確定多余的預(yù)應(yīng)力筋，利用砂輪切割機(jī)清理該部分（禁止采用電弧切割的方法，原因在于電弧切割的損傷較大，易破壞預(yù)應(yīng)力筋），要求經(jīng)處理后的預(yù)應(yīng)力筋露出錨具夾片的部分至少達(dá)到30m，此后制備細(xì)石混凝土用于封閉處理。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，公路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋在橋梁建設(shè)領(lǐng)域的占比逐步加大，現(xiàn)澆施工技術(shù)、預(yù)制簡(jiǎn)支連續(xù)施工技術(shù)等相關(guān)配套技術(shù)的應(yīng)用水平逐步提高，給該類橋梁的建設(shè)創(chuàng)造了更多的可能。在實(shí)際工程項(xiàng)目中，應(yīng)當(dāng)從實(shí)際情況出發(fā)，按正確的思路做好設(shè)計(jì)工作，把握主體方向，適配施工技術(shù)，再由專員施工，構(gòu)建滿足質(zhì)量要求的橋梁，供交通運(yùn)輸使用。