掛籃懸澆預應力混凝土箱梁設計與施工探討

張河錦

（余姚市交通規劃設計研究院，浙江 寧波 315040）

1 工程概況

蘭江大橋所跨姚江為規劃限制Ⅲ級航道，通航凈寬60 m，凈高7 m，設計最高通航水位1.32 m，河道與路線交角為100°，橋梁采用正交布置，主橋布跨為（55+90+55）m，橋址區地層上部為粉質黏土及淤泥質粉質黏土，其下為砂類土，底層為粉質黏土夾砂礫及不同風化程度的安山玢巖。其主橋橋型如圖1 所示。

圖1 主橋橋型圖（單位：cm）

2 橋梁構造設計

2.1 主梁梁高的擬定

蘭江大橋主橋上部結構為（55+90+55）m 三跨PC 變截面連續箱梁，變截面箱梁梁底曲線的選擇，主要可以改善主梁截面受力，對截面應力狀況較為敏感，如L/4 附近斷面的主應力指標尤為明顯，所以合理選擇梁底線形，是做好連續梁結構設計的重要前提。目前一般將拋物線參數取值為1.5～2。

根據以上情況，蘭江大橋箱梁根部梁高采用5.5 m，跨中梁高采用2.5 m，箱梁梁高從跨中2.5 m至距主墩中心1.75 m 處按1.8 次拋物線變化。其梁高尺寸構造如圖2 所示。

圖2 梁高尺寸構造（單位：cm）

2.2 主梁橫斷面的擬定

蘭江大橋主橋由上、下行分離的兩個單箱雙室箱型截面組成，橋梁的寬度根據總體設計及功能定位確定，并結合《公路工程技術標準》進行擬定，本項目設置單向3 車道+非機動車道，單幅全寬18.25 m，懸臂3.125 m，箱梁底寬12 m。其標準橫斷面如圖3 所示。

圖3 標準橫斷面（單位：cm）

2.3 其余構造尺寸的擬定

主橋梁高及斷面尺寸基本確定后，頂板、底板、腹板的厚度，應充分結合箱室跨度、三向預應力鋼束的布置空間及主梁的受力需要合理選擇。根據本項目的初步配束估算，結合鋼束布置最為密集的0 號塊鋼束斷面布置，蘭江大橋頂板厚0.28 m，設2%的橫坡；底板寬12.00 m，厚度由0.28 m 從跨中至距主墩中心3.25 m 范圍按1.8 次拋物線變化成0.7 m；腹板厚度1～7 號塊為0.70 m，10～13 號塊為0.50 m，在8～9號塊件范圍內由0.7m 按直線變化到0.5 m。翼緣板懸臂長為3.125 m，二次漸變厚度，端部厚0.18 m，中部厚度0.4 m，根部厚0.65 m。除在主墩及邊墩頂分別設置一道厚2.5 m 和1.5 m 的橫梁外，其余部位均不設橫隔板。

3 橋梁配筋設計

3.1 縱向預應力設計

懸澆連續梁縱向預應力鋼束的設計內容主要包括縱向頂板束、腹板束，邊、中跨底板束，合龍束。其中，縱向頂板束、腹板束布置的根數與布置方式及節段數量息息相關。根據本項目的節段劃分及鋼束布置形式，鋼束斷面布置如圖4 所示。

圖4 鋼束斷面布置圖（單位：cm）

3.2 豎向預應力設計

豎向預應力的設計對橋梁結構主要起到抗剪及改善主拉應力的作用。其布置要點主要在于應與腹板中心居中或者對稱布置，避免對腹板產生預偏心作用引起次內力，導致腹板出現水平縱向裂縫。同時，腹板束為梁高范圍內布置，鋼束長度較短，預應力損失較大，容易引起豎向預應力的較大損失甚至失效。

本項目采用傳統φ32 mm 的精軋螺紋鋼（縱向布置間距0.75 m），錨具變形、鋼束回縮引起的預應力損失較難控制。目前隨著高強鋼棒等新材料的應用，其低回縮量（≤1 mm）的特點，可有效減少預應力損失，提高可靠性。筆者認為，該材料值得在短束預應力設計進行推廣。

3.3 橫向預應力設計

橫向預應力設計主要取決于箱梁懸臂長度及箱室的跨度。經查閱相關案例，目前此類橋梁的懸臂長度普遍取值范圍為2.5～4.5 m，除早期個別小于3 m的案例采用普通鋼筋混凝土結構外，其余均設置了橫向橋面板預應力。

本項目懸臂為3.125 m，懸臂根部厚度為0.65 m，設計采用3φs15.2 鋼絞線，間距0.75 m 布置。筆者結合本橋橋面板計算分析對比得知，橋面板受力控制的關鍵因素在于懸臂的大小及懸臂根部的尺寸，建議預應力橋面板設計時，懸臂根部尺寸不小于0.6 m較為妥當。

4 設計要點及施工注意事項

4.1 設計要點探討

4.1.1 合理邊中比的確定

通常此類結構的布跨，首先會根據跨越河道、被交路或其他構造物確定橋梁主跨L。此時從結構合理性角度出發，邊跨跨徑宜采用（0.55～0.62）L 較為適宜。

若邊中比過小，將會導致邊支點出現負反力，需對邊支點進行壓重。若邊中比過大，將會增加邊跨支架現澆段的長度，不僅增加了施工成本，也降低了掛籃的使用率，并且一定程度上會對邊跨受力產生不利影響，故在主橋布跨時，合理的邊中比尤為重要。若橋墩布置位置受限，導致邊中比過大或者過小，應采取有效的技術措施確保結構的安全及合理性。

4.1.2 三向預應力的設計及細節

三向預應力的設計應遵循結構受力進行布置，但在設計過程中，容易出現鋼束打架的情況。當然，隨著BIM 軟件在工程中的應用，對于碰撞檢查起到了很好的核查作用，此類問題會逐漸減少。

目前在建項目關于保護層的控制方面，施工單位往往傾向于正向誤差，故在構造尺寸擬定中適當增加頂底板、腹板厚度，對鋼束布置及混凝土下料振搗意義重大。

對于預應力張拉方面，應秉承縱向、橫向、豎向的理念。另外，為了改善節段間的縱向收縮裂縫及施工工期，建議混凝土強度及彈性模量達到85%及7d齡期即可張拉節段縱向鋼束。

4.1.3 0 號塊臨時錨固系統設計

近年來，懸澆連續梁傾覆的案例仍時有發生，發生該事故的直接原因就是0 號塊錨固體系的失效。目前0 號塊臨時錨固體系在設計階段不夠重視或者由施工單位自行設計施工，一定程度上帶來了橋梁施工過程中的傾覆隱患，所以應充分重視臨時固結設計，明確偏載工況，臨時支墩布置時應盡量遠離中支點，以提升傾覆力矩，增強抗傾覆能力。值得注意的是，為了利于臨時固結支墩的設計，建議在下部結構承臺尺寸設計時適當增大縱橋向寬度，便于0 號塊及臨時固結體系的施工。

4.2 施工注意事項探討

4.2.1 主墩承臺、墩身基坑施工

掛籃懸澆連續梁主墩承臺往往尺寸較大，基坑深度較深，在深基坑施工時應按照審批后的基坑施工方案執行。必要時委托第三方對基坑設計方案進行驗算，同時嚴格控制基坑周邊臨時堆載指標，合理設置監測點，確保基坑的施工安全。

4.2.2 施工過程中鋼束張拉

施工過程中，因掛籃主體及行走系統的存在，往往無法及時張拉豎向及橫向預應力。鑒于實際施工情況，建議豎向及橫向預應力張拉滯后節段應控制在2 個以內，特別是橋面板橫向預應力，因大跨度箱梁懸臂尺寸往往較大，長時間處于非預應力狀態，若臨時荷載堆放控制不嚴，將帶來嚴重的安全隱患，故應盡早張拉。

對于縱向鋼束張拉方面，因節段施工周期較短，建議在滿足設計強度、彈模、齡期后，即可進行張拉，然后掛籃前移就位，再進行管道灌漿，一來可節約工期，二來可減小管道壓漿料初凝前的擾動。

4.2.3 合龍段施工

在合龍段施工時，應結合設計圖紙的要求，一般應按照先邊后中的合龍方式，并按設計要求進行配重，在一天氣溫較低時邊澆筑混凝土邊卸載。

邊跨合龍時，待勁性骨架鎖定后，即可解除邊支點支座的臨時縱向約束，確保支座正常滑移。

0 號塊臨時固結解除時機與中跨合龍段施工的先后順序應按照設計要求執行，若需改變，應征得設計單位的同意，并符合監控計算模型的工序及指令單要求，方可進行下一步施工。

5 結語

對于大跨度掛籃懸澆預應力混凝土連續箱梁，雖然設計技術及施工工藝都較為成熟，但無論在細節設計方面，還是在施工過程控制中，仍有諸多值得細化和注意的內容。

（1）在此類橋梁設計中，應合理確定主橋的邊中比，使橋梁處于良好的受力狀態，確保結構的合理性及經濟性。

（2）構造尺寸的設計應根據三向預應力鋼束布置的需要，結合耐久性的設計要求，除滿足規范計算指標要求外，還應充分考慮混凝土澆筑質量的可控性；在下部結構尺寸擬定時，應充分考慮0 號塊支模體系、臨時固結體系、塔吊等施作空間，宜采用永臨結合，為后期施工提供良好的條件，此舉亦可增加施工過程中的安全度和施工質量的可靠性。

（3）雖然前期設計階段對于鋼束、鋼筋的碰撞檢查可有效地避免鋼筋沖突，但現場依舊難免會出現交叉，如鋼束錨固平彎區與豎向預應力的沖突、橫梁區域骨架與鋼束的沖突等，施工時應分清鋼筋主次、以次避主、適當調整的原則。

（4）節段施工的懸澆箱梁，因頂板頂面施工平整度質量較難保證，且在節段施工過程中需逐段修正掛籃立模標高。成橋后橋梁立面呈現出折線狀，形成一定的積水帶，導致橋面鋪裝產生早期破壞，故高性能混凝土等新材料在橋面鋪裝的應用方面值得進一步思考。