預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋設(shè)計(jì)與施工探討

衛(wèi)菊瑞

摘 要：近年來(lái)，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋廣泛應(yīng)用于高速公路及城市橋梁。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋?qū)υO(shè)計(jì)、施工的要求均較高，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)與施工工藝的結(jié)合也有著較高的要求。該文介紹了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的設(shè)計(jì)基本理論與施工工藝，并結(jié)合工程實(shí)例做一些探討。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力 混凝土 連續(xù)箱梁橋 設(shè)計(jì)施工

中圖分類(lèi)號(hào)：U448.35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（a）-0042-02

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁以變形小、舒適順暢、易養(yǎng)護(hù)、結(jié)構(gòu)剛度較好、抗震能力極強(qiáng)等作為其優(yōu)勢(shì)，被極為廣泛地應(yīng)用于城市橋梁修建以及高速公路建設(shè)中。但是，任何一事物都有其兩面性，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋就對(duì)建設(shè)設(shè)計(jì)方案以及施工高標(biāo)準(zhǔn)、高要求。該文介紹了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的設(shè)計(jì)基本理論與施工工藝，并結(jié)合工程實(shí)例做了一些探討。

1 淺談?lì)A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的設(shè)計(jì)基本理論

在建設(shè)一座任何橋梁之前，建筑工程師首先要對(duì)橋位處的地質(zhì)環(huán)境情況、地形及水力水文情況做一個(gè)具體的了解。在對(duì)橋梁設(shè)計(jì)的造型結(jié)構(gòu)方面也需要?jiǎng)e具匠心，對(duì)建橋材料也需要有相關(guān)的了解和認(rèn)識(shí)，在開(kāi)工之前對(duì)施工方法有大體的構(gòu)想，方便日后的靈活應(yīng)用，圍繞設(shè)計(jì)、施工、招標(biāo)、成本管控等工程建設(shè)各項(xiàng)環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化工作流程。

1.1 橋型布置

平面布置和立面布置是橋梁建設(shè)首當(dāng)其沖的考慮的方面。

（1）平面布置。在建筑工程師對(duì)地理地勢(shì)環(huán)境進(jìn)行詳盡的了解之后，根據(jù)橋梁走向、路線分布做了細(xì)致的考量。合理規(guī)劃河流和被交線路的夾角，以方便做橋梁布局，一般情況下有正交、斜交、單向曲線和反向曲線4種布置方式。4種方法有難有易，其中最為簡(jiǎn)單的就是正交橋梁的構(gòu)造，在正交橋梁的設(shè)計(jì)過(guò)程中，伸縮縫、墩臺(tái)都和主梁的中線呈平行狀態(tài)；斜交橋梁相對(duì)較難，伸縮縫、墩臺(tái)和主粱中線既可以斜交也可以垂直，靈活性強(qiáng)且極易操作，但是在建設(shè)過(guò)程中考慮的內(nèi)容較多，比如：橋下泄洪的要求或者是橋梁上、下行車(chē)的要求，稍有不慎就會(huì)影響日后交通需要。

（2）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的立面布置在初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)中均占有十分重要的地位，就目前的建設(shè)環(huán)境來(lái)講，橋梁建設(shè)隨著時(shí)代的發(fā)展，從死氣沉沉的建筑風(fēng)格，開(kāi)始向時(shí)尚、設(shè)計(jì)、美觀靠攏，建筑不再是單一地滿足人們生活的需要，而是具有了一定的觀賞性，而標(biāo)新立異的建筑在極具新意的基礎(chǔ)上也增加了建筑施工的難度，立體布置很好地適應(yīng)了當(dāng)下建筑環(huán)境，對(duì)建造出適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀的橋梁具有極大的幫助，可以更好地對(duì)橋跨布置、梁高選擇、下部構(gòu)造和基礎(chǔ)形式進(jìn)行考量和比較。

1.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

（1）橫截面形式。橋梁的建設(shè)要滿足極強(qiáng)的抗彎、抗扭曲的性能，在這一方面我國(guó)的表現(xiàn)極為突出，也是目前國(guó)內(nèi)混凝土連續(xù)箱粱橋應(yīng)用最廣、技術(shù)最熟練、革新最成功截面形式。

等截面連續(xù)箱梁在建設(shè)橋梁方面極具優(yōu)勢(shì)，不光構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工時(shí)也能節(jié)約大量的時(shí)間，通常情況下跨徑是40～80 m（國(guó)外也有達(dá)到80跨徑者）；立面布置最為靈活，可以選擇等跨徑也可以選擇不等跨布置，邊跨與中跨的比通常情況下不應(yīng)該少于0.6，高跨比一般為1/15～1/25；在支架施工以及逐跨架設(shè)施工方面都可以廣泛應(yīng)用。

變截面連續(xù)箱粱可以很好地滿足粱內(nèi)各截面受力要求，通常情況下適合用在大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋上。在建設(shè)過(guò)程中通常會(huì)采用圓弧線、折線以及二次拋物線等，改變橋梁截面的底板、頂板以及腹板的厚度；為了使得橋梁承受住各種負(fù)反力，建筑設(shè)計(jì)師在進(jìn)行孔徑布置方面，就會(huì)相應(yīng)地改變變截面梁的梁高和跨徑，其中邊孔與中孔跨徑的比通常在0.5～0.8的范圍之內(nèi)，但是，如果遇到邊跨和中跨的比小于0.3的識(shí)貨，就要改變?yōu)槔瓑菏?，變截面連續(xù)箱梁一般采用懸臂法施工。

（2）橫隔粱設(shè)置。箱梁的抗彎和抗扭剛度方面具有極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，既可以承受壓力也能夠滿足支座布置及承受支座反力，在操作的過(guò)程中可以少量設(shè)置中橫隔梁，方便增加截面的橫向剛度，改變以往極易畸形的橋面。多箱截面是一種適用性很強(qiáng)的應(yīng)用模式，它可以增強(qiáng)橋面板和各箱之間的關(guān)聯(lián)的聯(lián)系，可在箱間設(shè)置數(shù)道橫隔梁。

（3）橫隔粱的尺寸、配筋形式與支承方式有著極為密切的關(guān)系。支承和主梁腹板之間位置的變換也會(huì)影響到鋼筋的使用，當(dāng)支承在主梁腹板下面的時(shí)候，就要將橫隔梁肋寬度設(shè)定為300～500 mm，橫隔梁中只需配置一定數(shù)量普通鋼筋，當(dāng)支承在主梁腹板上面的時(shí)候，就應(yīng)該采用預(yù)應(yīng)力混凝土，橫梁肋寬一般小于800 mm，這樣就能很好地規(guī)避橫隔粱內(nèi)的抗剪、抗彎的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的施工工藝

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的常規(guī)施工工藝包括整體現(xiàn)澆施工法、先簡(jiǎn)支后連續(xù)施工法、懸臂施工法、頂推施工法等，以下簡(jiǎn)單地介紹這幾種施工方式。

2.1 整體現(xiàn)澆施工法

整體現(xiàn)澆施工法一般在整體澆注混凝土中應(yīng)用較為廣泛。操作第一步是支架的搭設(shè)，在已經(jīng)搭設(shè)好的支架上安裝模板，通過(guò)對(duì)鋼筋骨架進(jìn)行一系列的處理之后（綁扎和安裝的時(shí)候要預(yù)留好孔道），在現(xiàn)場(chǎng)施加預(yù)應(yīng)力并澆筑混凝土，但是因?yàn)椴僮鲿r(shí)候需要大量的模板支架及材料，通常在中小跨徑的橋梁建設(shè)或者交通不便的邊遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)理念的不斷成熟，設(shè)計(jì)師們對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)形式有了新的考量，隨即出現(xiàn)的就是一些變寬的異形橋和彎橋等，這些橋往往使用復(fù)雜的混凝土結(jié)構(gòu)，極大地增加了施工難度。又因?yàn)榻陙?lái)對(duì)臨時(shí)鋼構(gòu)件和萬(wàn)能桿件系統(tǒng)的批量應(yīng)用，為了追求短工時(shí)、易操作、低費(fèi)用、施工方便，在其他施工方法都比較困難或經(jīng)過(guò)比較施工方便、費(fèi)用較低時(shí)也通常會(huì)在中、大跨徑橋梁中采用這一施工法——滿堂支架施工法。

2.2 先簡(jiǎn)支后連續(xù)施工法

先簡(jiǎn)支后連續(xù)施工法將以往的技術(shù)革新進(jìn)行融匯貫通，逐漸形成體系，操作過(guò)程中一邊完成橋簡(jiǎn)支梁的施工方法在預(yù)制場(chǎng)進(jìn)行梁體預(yù)制，一邊進(jìn)行正彎矩區(qū)預(yù)應(yīng)力體系的施工，兩步雙管齊下。此時(shí)簡(jiǎn)支梁就可以進(jìn)行下一步的安裝工作，以方便后續(xù)一聯(lián)所有梁體聯(lián)接形成一體，同時(shí)在負(fù)彎矩區(qū)預(yù)留孔道內(nèi)穿入預(yù)應(yīng)力束，澆灌梁端橫梁和濕接縫使其形成整體，隨后進(jìn)行負(fù)彎矩區(qū)預(yù)應(yīng)力束施工形成連續(xù)體系。endprint

2.3 懸臂施工法

懸臂施工法通常有兩種表現(xiàn)形式：一種為懸臂澆筑法；另一種為懸臂拼裝法。如果施工者在橋墩兩側(cè)對(duì)稱逐段就地澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，張拉預(yù)應(yīng)力筋，移動(dòng)機(jī)具、模板繼續(xù)施工，這就是懸臂澆筑法。反之，懸臂拼裝法以預(yù)制節(jié)段塊件的安裝為主，從橋墩的兩個(gè)側(cè)面依次對(duì)稱安裝節(jié)段，不斷地增加懸臂的長(zhǎng)度知道合攏為止。

2.4 頂推施工法

頂推法往往應(yīng)用在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土等截面連續(xù)梁橋和斜拉橋梁的橋梁建設(shè)中。首先將梁體在橋頭逐段澆筑和拼裝，用千斤頂縱向頂推，借助滑動(dòng)力使橋梁的梁體通過(guò)各個(gè)墩頂就位到面的施工方法。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的設(shè)計(jì)與施工應(yīng)用

在下文中，筆者將結(jié)合當(dāng)下施工實(shí)例，具體分析一下在工程實(shí)際上的應(yīng)用中該如何對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工方面的操作。

3.1 工程概況

某跨越河流橋梁全長(zhǎng)636.2 m，橋梁與航道交叉角度為65°，與橋下被交路的交叉角度為49°。全橋跨徑組成為：4×30+4×30+（65+110+65）+5×30 m。其中第三聯(lián)跨越航道，第四聯(lián)跨越被交路，主橋采用變截面連續(xù)箱梁，引橋采用30 m跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。

3.2 主橋的設(shè)計(jì)與施工

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主橋上部為（65+110+65）m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，使用單箱雙室截面。箱梁高度從跨中到距主墩中心處按二次拋物線變化為6.5 m。主橋箱梁在墩頂0號(hào)塊處設(shè)置厚度為3.0 m的橫梁，邊跨端部設(shè)厚度為1.5 m的橫梁。箱梁在平曲線直線段橫橋向底板保持水平，頂板2%的雙向橫坡，通過(guò)外側(cè)腹板和中腹板高度來(lái)設(shè)置。箱梁在平曲線曲線段保持邊腹板外側(cè)梁高一致，橫坡變化通過(guò)中腹板及梁底橫坡來(lái)設(shè)置。

箱梁頂板的厚度是0.25 m；底板厚度由跨中的0.25 m按二次拋物線變化至距0號(hào)塊中心線3.5 m處的0.67 m；腹板厚度5號(hào)塊及以前為0.8 m，8號(hào)塊及以后是0.5 m，在6-7號(hào)塊范圍內(nèi)由0.8m按直線變化到0.5 m。為改善箱梁根部截面受力，在0號(hào)塊兩端附近的截面頂、底板局部加厚。

（2）施工方法。主橋連續(xù)箱梁采用掛籃懸臂澆筑法施工，各單“T”箱梁0、1號(hào)塊采用在支架上現(xiàn)澆外，其余分為13對(duì)梁段，均采用對(duì)稱平衡懸臂逐段澆筑法施工。懸臂澆筑梁段中最大重量為1 815 kN，掛籃自重及施工機(jī)具重量按800 kN考慮，中跨合攏段施工吊架自重及施工機(jī)具重量按400 kN考慮。

3.3 引橋的設(shè)計(jì)與施工

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。引橋采用30 m跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土等截面連續(xù)梁，采用縱向和橫向雙向預(yù)應(yīng)力體系，單幅橋布置。箱梁頂板寬15.5 m，底板寬6.30 m，兩側(cè)翼緣懸臂長(zhǎng)度3.95 m，梁高1.7 m，單箱雙室；箱梁腹板厚水平0.40 m，在橫隔梁處漸變至0.70 m；箱梁頂?shù)装搴?.25 m，頂板根部厚0.40 m，底板根部0.45 m；中橫隔梁寬2.0 m，端橫隔梁寬1.2 m。引橋縱向預(yù)應(yīng)力采用15Φs15.2和9Φs15.2兩種規(guī)格的鋼鉸線束，OVM錨固體系。

（2）施工方法。引橋箱梁整體現(xiàn)澆施工法，支架采用滿堂門(mén)式支架，門(mén)式支架縱橫間距為1.0 m，其基礎(chǔ)采用50 cm厚5%灰土+15 cm厚C25混凝土整板基礎(chǔ)，門(mén)架上安裝可調(diào)式托架分配槽鋼，上鋪定型鋼模。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，設(shè)計(jì)決定施工，一座橋梁的成功與否首先取決于設(shè)計(jì)是否合理。隨著技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，筆者相信，我們的橋梁建設(shè)理念會(huì)得到不斷更新，以提高施工質(zhì)量為目標(biāo)，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，避免人力與物力的浪費(fèi)，最終促進(jìn)施工更方便，達(dá)到結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐登波，李田田.淺談?lì)A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋設(shè)計(jì)與施工[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2009（4）：67-69.endprint