淺析重交通條件下曲線橋梁施工技術

崔 凱 王高偉

（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710038）

0 引言

曲線橋梁工程由于結構特殊，對施工設計和技術的要求高，施工流程復雜，極容易出現計算失誤造成設計誤差，直接影響到施工安全和工程質量。因此需要針對曲線橋梁施工展開研究，高度重視受力分析和施工技術的應用，不斷提高施工水平。

1 曲線橋梁工程的施工特點

曲線橋梁具有較高的美學價值，在很多景區中建設景觀橋梁方便于游客欣賞美景，和景區環境相配合。但曲線景觀橋梁由于外形條件的特殊性，橋體結構承受扭矩、剪力以及彎矩的作用，受力極容易不平衡，對施工技術提出了更多要求。曲線橋梁工程主要包括懸臂法、滿堂支架現澆法、預制吊裝法以及頂推施工法等，其中滿堂支架現澆法最常見。由于曲線橋梁工程在橫斷面、平面以及縱向結構上存在較大變化，施工中測量工作量大。且使用的模板較多，需要在翻身、吊運以及預制中加強注意。使用鋼箱梁構件，常出現構件重心位于軸線外的情況，方構件需要根據實際情況設置，避免傾倒[1]。

重交通是指重載、大流量的交通條件，對曲線橋梁工程提出較高要求，需要滿足荷載大幅增加的通行需要。隨著我國旅游行業快速發展，人流量不斷增加，對人行景觀曲線橋梁安全穩定提出更高的要求，頻繁出現超重超載問題，需要橋梁工程荷載能力達到較高水平。在曲線橋梁工程中，應優化結構設計和施工，延長橋梁工程壽命，滿足橋梁工程使用要求。為適應重交通條件對橋梁工程安全的要求，必須要提高橋梁工程設計標準，進行嚴謹的受力分析優化設計，使橋梁工程荷載滿足交通發展趨勢，保障交通工程安全[2]。

2 重交通條件下曲線橋梁施工技術的應用

該文以某市人行景觀曲線橋梁為例，該橋梁下部結構采用混凝土結構 ，上部采用鋼箱梁/混凝土結構，橋面采用混凝土墊層和瀝青混凝土面層。該工程下部結構使用滿堂支架澆筑施工技術為主，臨時支撐架為輔施工。曲線橋梁施工需要關注梁板各部位尺寸計算、設計和制作模板、臺座施工、加工和安裝鋼筋、架設和固定模板、埋設預埋件、混凝土澆筑和養護、張拉鋼絞線、孔道壓漿施工、定位墊石和擋塊、吊裝梁板、橋面附屬施工等要點。結合該工程施工經驗總結施工要點如下。

2.1 受力分析

2.1.1 支座反力分析

曲線橋梁受力情況主要受到曲率半徑的影響，須根據曲率半徑建立有限元模型，分析預應力、自重以及重交通條件下產生的撓度、支座反力以及應力。根據FEA有限元軟件計算，曲線橋梁不同支座反力情況見表1。

表 1 不同曲率半徑支座反力情況（kN）

由此可見隨著曲率增大，支座反力呈現出相關性變化。在兩側的制作中，支座外側受力表現出持續降低，而制作內側受力呈現出持續增加。中間制作內外側受力變化幅度不大。可以發現，當曲率半徑＜500m的橋梁工程，支座內外側反力存在較大差異，在設計階段應當重視反力差異對橋梁工程的影響。尤其是在重交通條件下，容易造成內側支座脫空現象。對曲率半徑＜500m的橋梁工程的設計，需要計算兩端支座反力，避免形成拉力，積極使用抗拉力支座進行建設[3]。

2.1.2 扭矩分析

進一步分析橋梁端側扭矩情況，如表2所示。可見隨著曲率半徑的增加，端側扭矩表現出降低趨勢。當曲率半徑處于60m～500m，端側扭矩快速降低，當曲率半徑超過500m時，端側扭矩下降趨于穩定。因此面對相同荷載條件，當橋梁工程曲率半徑越小，端側的扭矩相應增加，見表2。

表 2 不同曲率半徑橋梁端側扭矩情況（kN·m）

2.1.3 橋梁撓度分析

使用FEA有限元分析軟件，根據曲率半徑的變化分析橋梁工程撓度的變化，見表3。可見隨著曲率半徑的增加，控制截面變形情況趨于穩定，當半徑超過500m時，撓度分布均勻。且外側撓度較內側撓度大。隨著曲率半徑增加，控制截面撓度減少，即曲率半徑小，截面撓度分布更加不均勻。

表 3 不同曲率半徑控制截面撓度情況（mm）

2.1.4 截面應力分析

針對橋梁工程的應力分析相對復雜，橋梁內外側應力數值存在很大差異，無法避免，通過橋梁工程設計主要規避彎扭耦合現象，當橋梁工程受到外荷載作用時，扭矩隨著彎矩形成而產生，扭矩造成內外側應力差，需要在設計階段分析應力差值，見表4。

表 4 不同曲率半徑控制截面應力情況

由此可見隨著曲率半徑增加橋梁應力發生明顯變化，由于曲率半徑差異，橋梁控制截面內外側應力明顯不同，曲率半徑越小，內外側應力分布越不均勻，隨著曲率半徑增加，應力分布趨于均勻。在梁端控制截面中，底板應力為負，頂板應力為正。在跨中控制截面中，頂板應力為負，而底板應力為正。在支撐條件下，內側應力應大于外側應力。由于橋梁結構應力情況復雜，受到多種因素影響，需要經過應力計算設計橋梁工程，減少內外側應力差[4]。

2.1.5 荷載分析

在重交通條件下，人流量和橋梁自重對橋梁工程荷載能力提出較高要求。使用MIDAS CIVIL軟件建立模型，使用荷載追蹤器進行位置追蹤。從內偏心、外偏心和不偏心三種荷載狀態下分析橋梁支座受力情況，見表5和表6。可見受到移動荷載的影響，橋梁工程支座內外側受到不同的反力，支座扭矩情況遠超過荷載。

由于移動荷載施加區域不同，主梁受到不同的內外側應力，當移動荷載為外偏心狀態時，主梁內外側應力表現不均勻。在內偏心或不偏心的狀態下，主梁應力均勻。在設計階段需要根據偏心荷載狀態驗算受力情況，保證橋梁荷載能夠在重交通狀態下運行，保障橋梁工程的安全。

表 5 不同荷載狀態下支座反力情況（kN）

表 6 不同荷載狀態下扭矩情況（kN·m）

2.2 計算梁板尺寸

在曲線橋梁工程中，曲線段各梁板尺寸均不同，須科學設計每片梁板尺寸。根據橋梁工程特征，中板尺寸和普通梁板尺寸一致，但梁板頂板、底板尺寸為梯形，按照底板中心計算梁長，設置預埋件和普通梁一致，在端部2m～4.5m加密布置。由于底板為梯形，和中板相同，但底板外側翼緣板使用扇形設計，預埋件采用正交方式布置。在梁板結構得到明確后根據尺寸和角度進行施工圖的繪制。繪制施工圖要保證梁板預拱度位于梁板正中心，橫向均勻對稱。通過應用CAD軟件繪制施工圖，保證梁板細節尺寸和施工圖相符合。

在曲線橋梁的梁板施工過程中，具體施工流程可概括為“處理地基→臺座澆筑施工→底模安裝施工→底板鋼筋綁扎→腹板鋼筋綁扎→波紋管布設→內模安裝→頂板鋼筋綁扎→側模安裝→預埋件設置→預留孔洞→混凝土澆筑施工→拆除模板→混凝土養護→孔洞清理→穿束→張拉→孔道壓漿→封錨處理→混凝土養護”。施工前還需要全面復核曲線橋梁的施工設計圖，保證存在準確無誤的各項設計參數，同時須針對性地設置流水作業標識牌，工序驗證、交接、跟蹤可基于梁板標識牌完成，更好地保證施工質量。

2.3 制作模板

使用分節組裝模板，對梁板尺寸精準控制，提高模板利用率。模板使用對稱組裝方式，每節長度不超過3m，均使用合頁支撐結構拆模。模板結構使用倒八字結構，具有頂部大、底部小的特點，方便于拆模工作的進行。堵頭模板的形式較多，可使用拼接模板進行，提高施工期間模板制作的效率。

2.4 臺座施工

使用C25砼底座作為臺座（30cm），臺座上鋪鋼板（4mm），嚴格控制臺座平整度。按照設計方案，在底模跨中預留預拱度（向下1.1cm），以拋物線為中心對稱設置。在頂兩側埋設槽鋼，臺面鋪設鋼板，使用膨脹螺栓穩定錨固，切除外露部分，使用磨光機充分打磨。為避免梁板偏移，在臺座上根據預拱度完成澆筑后，施工人員應根據布設間距標記位置，保證結構受力和布筋互相對應。

2.5 固定鋼箱梁

如圖1所示，鋼箱梁結構存在較多預埋件，對固定施工的要求高。需要根據施工圖準確定位鋼箱梁位置，由于曲線橋梁鋼箱梁長短不一，要根據設計圖使用對應型號的鋼箱梁。確定鋼箱梁尺寸和定位后，穩固固定焊接后，再進行澆筑。尤其是橋面和護欄，務必保證鋼箱梁牢固性。由于曲線橋梁端部應力集中，須按照設計固定穩固。預應力孔道按照設計要求固定，使用膠帶纏繞孔道接頭，保證嚴密連接。澆筑期間要嚴格控制振動棒位置，避免破壞鋼箱梁。

圖 1 鋼箱梁橫斷面

2.6 澆筑施工

施工設備包括振搗棒、高頻振動器以及配電柜等。根據梁板鋼筋密度進行澆筑，混凝土水灰比嚴格控制在0.35～0.4。使用一次成型工藝澆筑，塌落度穩定在3cm～5cm，從一端開始澆筑，封底后進行頂板的澆筑，從一端澆筑至另一端。振搗時使用插入式振搗棒進行分層振搗，澆筑底板從端頭和頂板預留工作口，使用振搗棒充分振搗，均勻嚴密插點，不允許漏振。完成底板澆筑后，固定壓緊內模。澆筑采取對稱澆筑，進行分層下料方式，厚度控制在50cm以內，振搗過程中移動振搗棒距離控制在30cm之內，需要插入下層深度10cm。下料和振搗保證對稱進行，避免內模發生偏位。保證錨具位置混凝土充分振搗，張拉時由于砼應力缺陷可能造成難以估計的損失和事故，現澆段和封錨段應鑿毛。拆模后測量梁板尺寸，有問題立即改正。為避免混凝土表面形成皸裂，需要使用無紡布覆蓋在混凝土表面，按照規定澆水養護。混凝土皸裂問題主要由于內外部的溫差造成，需要盡量減少內外溫差，避免發生裂縫。為提高混凝土強度安裝自動噴淋設施以保證梁板得到充分養生。在低氣溫環境下，則需要使用蒸汽保溫設備降低溫差。

2.7 定位擋塊和墊石

在施工中曲線橋梁墊石和擋塊容易出現梁板和角度不一致的問題，造成梁板位置和間距不能放置減震塊，梁板支座和墊石位置出現偏移，為了解決這一問題，需要使用CAD軟件在平面圖上確定墊石和擋塊的實際位置，在施工中嚴格控制擋塊和墊石的實際位置，禁止隨意布設擋塊和墊石。

2.8 吊裝施工

吊裝梁板一般選擇起重機或架橋機用于曲線橋梁施工，施工過程需要做到輕吊輕放，梁體簡支狀態需要設法保持。基于架橋機型號，施工過程需要開展橋墩蓋梁、支撐梁、主梁的安全驗算，曲線上各控制點坐標計算需要以設計平面線形要素為依據，以此完成對應平面曲線圖及梁板平面尺寸繪制，應用軟件開展模擬架設，即可更好地保證施工質量。此外，還需要關注人與機械磨合、完美的平縱面線形打造。架設鋼箱梁主要使用汽車和臨時輔助支架進行，運輸和吊裝鋼箱梁要輕吊輕放，充分保證梁體簡支。在施工時應當進行橋墩蓋梁、支撐梁以及主梁的驗算。根據平面圖計算曲線控制點的具體坐標，在CAD施工圖上標注，根據曲線角度繪制梁板平面尺寸，使用制圖軟件的功能模擬架設鋼箱梁達到設計位置。通過在平面圖標注鋼箱梁具體位置，吊裝鋼箱梁前使用全站儀輔助，準確放樣，再進行施工，準確位置準確。施工全程均要以設計圖為準，不能出現位置偏差或尺寸錯誤，避免影響工程質量。

2.9 橋面附屬施工

設計與控制需要結合圓滑曲線拼裝需要，可考慮采用1.5m或1m模板，施工過程中的澆筑成型需要結合實際控制段落長度，測量放樣環節的平縱橫控制可基于5m點位入手，同時嚴格控制澆筑施工質量和安全，最終順利得到具備優美圓滑曲線的橋梁。

3 結論

綜上所述，曲線橋梁工程具有一定特殊性，面對重交通條件，對其設計合理性和施工技術提出了更高的要求，務必要高度重視施工技術的科學應用，經過全面受力分析，不斷優化施工設計，才能充分保證工程質量。未來還需要重視對橋梁工程的無損檢測，通過引進先進工具設備進行檢測，保證工程質量。