庫區(qū)橋梁方案比選與設(shè)計(jì)施工技術(shù)

龔臻 李升甫， 李翠平 何云勇，

（1.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610041； 2.西南交通大學(xué)，四川 成都 610031；3. 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031）

一、項(xiàng)目概況

青衣江發(fā)源于四川邛崍山脈巴朗山與夾金山之間的蜀西營（海拔高程4930m），經(jīng)寶興、雅安、洪雅、夾江于樂山草鞋渡處匯入大渡河。青衣江流域水力資源蘊(yùn)藏量大，水電開發(fā)和建設(shè)條件好。華能雨城電站位于雅安市多營鎮(zhèn)，該段青衣江河道已成為庫區(qū)，兩岸多營鎮(zhèn)和對巖鎮(zhèn)居民多采用碼頭輪渡方式溝通，或繞行十幾公里從上下游其他橋梁通行。雅安市通過精準(zhǔn)扶貧、落實(shí)“渡改橋”專項(xiàng)工程，擬建設(shè)多營大橋，跨越青衣江庫區(qū)，以消除江河渡口船舶渡運(yùn)安全隱患，改善兩岸居民出行條件，減少迂回，降低社會綜合成本，提高路網(wǎng)整體效益，促進(jìn)雅安交通運(yùn)輸發(fā)展。

該橋連接線起于國道318線多營繞城與玉屏街平交口，改造玉屏街、金蓮街，于多營南端設(shè)大橋跨越青衣江至對巖埡口，下穿在建雅康高速，與國道108線平交并止于國道108線，路線全長1.613km，其中多營大橋長590.75m，橋型布置為10×30+(75+130+75)m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，多營岸接線長641.5m，對巖岸接線長351m。建成后擬撤銷搭溝漩渡口。

圖1 擬建大橋位置圖

二、橋型方案比選

多營青衣江大橋橋位與河道基本正交，河面寬約260m，主河槽靠近對巖一側(cè)，多營一側(cè)為逐漸抬升的河灘。橋位下游約500m為華能雨城電站壩址，電站壩頂高程600.50m，運(yùn)行水位596.00m～597.50m，受電站蓄水影響，流速較緩，水深15m～18m。根據(jù)橋位處于庫區(qū)的特點(diǎn)，考慮地形、地質(zhì)、行洪、施工條件，擬定了3個橋型比選方案。

方案一，10×25m小箱梁+8×40mT梁；柱式墩臺，樁基礎(chǔ)，如圖2所示?？缭胶拥捞帢蛄翰捎?0m跨徑T梁，外掛裝飾板，形成拱式橋外觀，水中樁基采用搭設(shè)鋼棧橋鉆孔法施工。該方案結(jié)構(gòu)簡潔、工藝成熟、施工快捷方便、造價約7675.5萬元。缺點(diǎn)是庫區(qū)深水中有28個橋墩樁基，水深從5m逐漸變化到17m，鋼棧橋規(guī)模大，設(shè)置長度約280m，樁基施工對環(huán)境影響較大且景觀效果較差。

方案二，9×30m小箱梁+（85+150+85）m矮塔斜拉橋；主橋橋墩采用設(shè)分水尖的矩形墩，引橋下部結(jié)構(gòu)柱式墩臺，樁基礎(chǔ)，如圖3所示。橋塔高約20m，每個橋塔對稱布置11對斜拉索。主墩在河道范圍，對應(yīng)的水深分別為6.2m和14.0m，需在河中搭設(shè)鋼棧橋和鋼平臺，樁基和承臺采用鉆孔法配合鋼吊箱施工。該方案橋梁外形挺拔、景觀效果較好，主橋梁高較小，深水中橋墩基礎(chǔ)減少為8個，對環(huán)境影響小，鋼棧橋規(guī)模小，設(shè)置長度約130m，造價約9428.8萬元，但施工較復(fù)雜、工期較長，后期需換索，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較高。

方案三，10×30m小箱梁+（75+130+75）m懸澆連續(xù)箱梁；主橋橋墩采用設(shè)分水尖的矩形墩，引橋下部結(jié)構(gòu)柱式墩臺，樁基礎(chǔ)，如圖4所示。主墩也在河道范圍，對應(yīng)的水深分別為8.8m和15.2m，施工措施和方案二類似。該方案橋梁外形剛勁、美觀大方，主橋整體性好、易于養(yǎng)護(hù)、施工工藝成熟，深水中橋墩基礎(chǔ)也減少為8個，對環(huán)境影響較小，鋼棧橋規(guī)模較小，設(shè)置長度約145m，造價約8335.5萬元。經(jīng)比選，推薦采用深水基礎(chǔ)較少，工程造價適中的懸澆連續(xù)梁作為實(shí)施方案。

圖2 方案一：主橋混凝土T梁立面圖

圖3 方案二：主橋矮塔斜拉立面圖

圖4 方案三：主橋懸澆連續(xù)箱梁立面圖

三、主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）箱梁結(jié)構(gòu)

箱梁0號塊長11.2m，每個主墩“T”構(gòu)沿縱橋向分為15個對稱的節(jié)段，分別為2.9m，7×3.5m，7×4.4m，合龍段長2.4m，邊跨現(xiàn)澆段長8.65m。0號塊采用墩旁托架現(xiàn)澆，1號～15號塊采用掛籃懸澆，邊跨現(xiàn)澆段采用落地支架施工，合龍段采用吊架或落地支架均可。懸臂澆注節(jié)段最大控制重量1816kN，掛籃自重按900kN考慮。

箱梁采用單箱單室箱型截面，頂板寬12.1m，頂板設(shè)2%橫坡，底板寬7m，水平布置?？缰屑斑吙绗F(xiàn)澆段梁高3m，墩頂0號塊梁高8.0m。腹板厚度有100cm、70cm、50cm3種。底板在墩頂支座處厚240cm，其余從110cm漸變至32cm。梁高和底板厚度均按1.6次拋物線變化。

（二）預(yù)應(yīng)力體系

縱向預(yù)應(yīng)力設(shè)置了頂板束、下彎束、底板束、合龍束、預(yù)備束，均采用φs15.2鋼絞線，兩端張拉。頂板束錨固在腹板與承托交界處，下彎束錨固在截面中性軸附近，懸澆節(jié)段完成即張拉。底板束錨固在下齒塊，合龍之后分批張拉。合龍束錨固在上齒塊，與底板束的張拉順序綜合考慮。預(yù)備束孔位預(yù)留，根據(jù)施工情況確定是否設(shè)置。

橫向預(yù)應(yīng)力采用直線方式布束，在0號塊范圍采用M15-5鋼絞線，其余部位按間距50cm布置M15-2鋼絞線，單根張拉力195.3kN。豎向預(yù)應(yīng)力在主梁腹板內(nèi)按間距50cm布置M15-3鋼絞線，底板錨固，頂板張拉，每束張拉力為585.5kN。由于豎向鋼束長度較短，為減小損失，采用了低回縮量錨具。

（三）鋼束張拉順序

箱梁為三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，采用掛籃懸澆方式施工，縱向頂板束和下彎束可在已澆混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%以上且齡期大于5天后對稱張拉，但該節(jié)段的橫向和豎向鋼束此時不張拉，而是采用“滯后張拉”的方式。通過計(jì)算分析，橫向和豎向束滯后縱向束一個節(jié)段，其效應(yīng)能更加均勻地分布到相鄰的幾個梁段上，使得永存預(yù)應(yīng)力與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差小于10%，對提高主梁橫向抗彎能力和腹板抗剪能力效果較好。當(dāng)掛籃懸澆到最后一個節(jié)段，其橫向和豎向鋼束也先不張拉，而是等待合龍段混凝土澆注后，再一起張拉。

（四）下部結(jié)構(gòu)

如圖5所示，主墩采用鋼筋混凝土實(shí)心墩，橫橋向7.0m，縱橋向4.0m，墩身在洪水位下設(shè)置分水尖。主墩底部與承臺連接，承臺厚4.0m，平面尺寸11×9.5m，下設(shè)4根直徑2.5m的鉆孔灌注樁；墩頂與主梁通過支座相連。交界墩也采用實(shí)心墩，橋墩厚度為2.5m，承臺厚3.5m，下設(shè)4根直徑1.8m樁基。

圖5 主橋斷面圖

四、主橋上部結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

計(jì)算分析采用MIDAS/Civil軟件，主梁采用空間梁單元模擬，支座采用彈性連接模擬。梁體結(jié)構(gòu)視為均質(zhì)彈性體，不考慮結(jié)構(gòu)材料的非線性，如圖6所示。計(jì)算模型荷載考慮自重、二期恒載、預(yù)應(yīng)力荷載、溫度作用、公路I級車道荷載、不均勻沉降等。自重系數(shù)采用1.04，由程序自動計(jì)算。相對濕度：80%；溫度作用（合龍溫度20℃，結(jié)構(gòu)體系溫差取±20℃。溫度梯度取T1=14℃，T2=5.5℃?；A(chǔ)變位：主墩處沉降均按1cm考慮。掛籃自重按800kN考慮。

如圖7、8所示，主梁持久狀況下正截面抗彎承載力、斜截面抗剪承載力均滿足要求。如圖9、10所示，在荷載短期效應(yīng)組合工況下，主梁正常使用極限狀態(tài)的正截面未出現(xiàn)拉應(yīng)力，斜截面最大主拉應(yīng)力小于1.1MPa，正截面和斜截面抗裂驗(yàn)算均滿足要求。如圖11、12所示，正常使用階段，主梁持久狀態(tài)下正截面最大壓應(yīng)力小于17.8MPa，斜截面最大主壓應(yīng)力小于21.4MPa，均滿足要求。

圖6 主橋結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型

圖7 主梁正截面抗彎承載能力效應(yīng)-抗力包絡(luò)圖

圖8 主梁斜截面抗剪承載能力效應(yīng)-抗力包絡(luò)圖

圖9 主梁正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂驗(yàn)算

圖10 主梁持久狀況斜截面抗裂驗(yàn)算

圖11 主梁持久狀況正截面法向壓應(yīng)力驗(yàn)算

圖12 主梁持久狀況斜截面主壓應(yīng)力驗(yàn)算

五、施工技術(shù)分析

（一）連續(xù)箱梁施工工藝

1.0號梁段施工

當(dāng)主橋墩完成后，墩頂0號梁段擬在墩頂設(shè)置相應(yīng)的臨時固結(jié)支座，設(shè)置相應(yīng)的臨時鋼管支撐。由于0號梁段高度為8m，長11.2m，混凝土數(shù)量較大，預(yù)應(yīng)力管道密集，為減輕托架負(fù)荷和保證混凝土澆注質(zhì)量，豎向可分層澆注，但最多分為2層，分層位置宜設(shè)在頂板倒角下1m處，應(yīng)保證新老混凝土的結(jié)合質(zhì)量和加強(qiáng)養(yǎng)生。

2.懸臂澆注梁段

在0號梁段兩端安裝掛籃，掛籃安裝完畢后進(jìn)行預(yù)壓測試，并記錄預(yù)壓時的彈性變形曲線，以盡可能消除非彈性變形和獲得標(biāo)高控制數(shù)據(jù)。各梁段要求一次澆注完成，保持對稱平衡施工，不對稱重量不得大于100kN。每個T上用兩個掛籃同時澆注箱梁節(jié)段。施工順序?yàn)橐苿訏旎@、綁扎鋼筋澆注節(jié)段、張拉頂板束，有豎向預(yù)應(yīng)力的節(jié)段滯后一個節(jié)段張拉豎向預(yù)應(yīng)力，如此反復(fù)進(jìn)行到兩側(cè)澆注至15號節(jié)段，在邊跨側(cè)采用施加水箱配重。邊跨現(xiàn)澆段采用搭架施工，先合龍邊跨，張拉邊跨頂?shù)装迨詈蠛淆堉锌?，張拉中跨頂?shù)装迨?，施工橋面鋪裝和護(hù)欄等二期恒載。

3.邊跨現(xiàn)澆段

由于該橋整體高度均不高，邊跨現(xiàn)澆段采用在交界墩旁設(shè)置落地滿堂支架澆注的方式施工。施工前需對支架進(jìn)行預(yù)壓，根據(jù)支架的彈性變形和施工控制要求，確定底模標(biāo)高。邊跨底板束張拉時，需保證箱梁和支架間水平向自由變形。

4.合龍段施工

箱梁合龍，即由懸臂體系轉(zhuǎn)換為連續(xù)體系，是控制全橋受力狀態(tài)和線型的關(guān)鍵工序，因此合龍順序和工藝都必須嚴(yán)格控制。全橋分兩個合龍階段，第一階段同時合龍兩個邊跨；第二階段合龍中跨，其施工順序和過程如下。

邊跨合龍：施工完成15號和邊跨現(xiàn)澆梁段后，在合龍段兩側(cè)設(shè)水箱作平衡重，合龍段兩側(cè)水箱容水重量相當(dāng)于合龍段所澆混凝土重量，中跨對應(yīng)壓重。安裝邊跨合龍段勁性骨架，在一天的低溫時段澆注邊跨合龍段，邊澆混凝土邊同步等效放水，待混凝土強(qiáng)度大于90%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，混凝土養(yǎng)護(hù)齡期不小于5天，張拉頂?shù)装搴淆埵２鸪吙绗F(xiàn)澆段托架，準(zhǔn)備中跨合龍。

中跨合龍：在中跨兩懸臂端將掛籃改裝為吊架(吊架重不超過300kN)，并在懸臂端設(shè)水箱作平衡重，合龍段兩側(cè)水箱容水重量相當(dāng)于合龍段所澆混凝土重量。在溫度處于15℃至20℃時，焊好合龍骨架，綁扎合龍段鋼筋。在第二天清晨3時左右當(dāng)天溫度最低時澆注合龍段混凝土，邊澆混凝土邊同步等效放水。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上時，混凝土養(yǎng)護(hù)齡期不小于5天，按順序張拉縱向頂?shù)装迨?，拆除吊架后張拉橫、豎向預(yù)應(yīng)力。

5.連續(xù)梁體系轉(zhuǎn)換

對于跨域河堤的連續(xù)箱梁當(dāng)主橋墩完成后，主墩與主梁臨時固接；采用臨時墊塊承受壓力與普通鋼筋錨固承受彎矩產(chǎn)生的拉力。墩頂0號梁段可在墩頂預(yù)埋牛腿支承的托架上施工，預(yù)埋牛腿及托架應(yīng)認(rèn)真設(shè)計(jì)驗(yàn)算。主墩鋼筋必須伸入梁體內(nèi)120cm以上，并注意埋入0號塊豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋。澆注混凝土前應(yīng)對托（支）架進(jìn)行堆載預(yù)壓，采用的預(yù)壓重等同于每延米墩頂塊件一期恒載重。0號梁段施工可采用兩次澆注，澆注完成后，組拼施工掛籃，懸臂澆注法對稱施工主梁。搭架現(xiàn)澆邊跨現(xiàn)澆段，先邊跨合龍，再中跨合龍，拆除0號塊臨時支座及相應(yīng)臨時支承，完成體系轉(zhuǎn)換。

（二）下部結(jié)構(gòu)施工方法

連續(xù)箱梁主墩和交界墩采用翻模施工；主橋基礎(chǔ)采用鉆孔灌注法施工；主墩承臺采用圍堰立模現(xiàn)澆施工。

主橋基礎(chǔ)的施工宜安排在枯水期進(jìn)行，承臺采用圍堰隔水立?，F(xiàn)澆施工，承臺混凝土體積較大，設(shè)計(jì)采用冷卻水管或低水化熱水泥施工，減少水化熱，防止混凝土開裂。先在承臺位置進(jìn)行圍堰后，再在其上安置鉆機(jī)，成孔后采用水下灌注混凝土的方式完成樁基施工，為了有效提高灌注樁的質(zhì)量，應(yīng)盡量選用帶有長護(hù)筒的鉆孔灌注樁的機(jī)械設(shè)備，尤其對處于河床內(nèi)的樁基礎(chǔ)，力求把鋼護(hù)筒深入基巖，以便在清水中灌注水下混凝土，確保灌注樁的成孔尺寸及混凝土的澆注質(zhì)量。

六、結(jié)語

多營青衣江大橋位于雨城電站庫區(qū)影響范圍內(nèi)，橋墩基礎(chǔ)多位于深水區(qū)，通過對簡支T梁、大跨連續(xù)梁、矮塔斜拉橋3種橋型的對比分析，推薦采用了上部結(jié)構(gòu)受力明確、整體性好、工藝成熟，下部結(jié)構(gòu)深水基礎(chǔ)少、施工難度小，后期養(yǎng)護(hù)成本低，造價適中，環(huán)境影響小，景觀效果較好的大跨連續(xù)梁方案；并進(jìn)行了計(jì)算分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提出了合適的預(yù)應(yīng)力布置形式、張拉方式，合龍順序，體系轉(zhuǎn)換時機(jī)；總結(jié)了基礎(chǔ)采用鋼護(hù)筒，承臺采用鋼吊箱，上部梁體采用支架、托架和掛籃的施工方法。