先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力梁橋設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究

摘要 先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力梁橋施工可有效地避免現(xiàn)澆法施工的諸多難題，在高速公路橋梁中應(yīng)用具有明顯優(yōu)勢(shì)。依托湖南省某高速公路大橋項(xiàng)目，采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力的橋梁設(shè)計(jì)和施工方案，設(shè)計(jì)時(shí)選取合理的計(jì)算參數(shù)和荷載，對(duì)施工階段和運(yùn)營(yíng)階段的縱向平面靜力分析計(jì)算，研究了先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力的橋梁施工技術(shù)要點(diǎn)。結(jié)果表明，提出的設(shè)計(jì)方法和施工控制要點(diǎn)為大橋的順利完工提供了有效保障。研究成果可應(yīng)用于高速公路橋梁的設(shè)計(jì)和施工。

關(guān)鍵詞 公路大橋;先簡(jiǎn)支后連續(xù);預(yù)應(yīng)力梁橋

中圖分類號(hào) U445.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2022）11-0112-03

引言

在高速公路橋梁工程中，由于荷載和結(jié)構(gòu)自重大，因此橋梁的剛度和整體性能都要求高，一般采用預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)形式[1-2]。在跨越寬大河谷和軟土、濕陷性黃土地基條件下，采用現(xiàn)澆方式施工上部結(jié)構(gòu)，須對(duì)地基進(jìn)行加固，施工時(shí)間較長(zhǎng)，因此采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)的施工方案。通過在工廠預(yù)制構(gòu)件，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后整體吊裝，形成簡(jiǎn)支梁，然后采用體系轉(zhuǎn)換將各個(gè)簡(jiǎn)支梁固結(jié)形成多跨連續(xù)的梁橋[3]。這種施工方法明顯的優(yōu)點(diǎn)是減少了場(chǎng)地支架架設(shè)以及現(xiàn)場(chǎng)張拉施工設(shè)備，同時(shí)在結(jié)構(gòu)體系上，簡(jiǎn)支階段橋墩結(jié)構(gòu)不均勻沉降、混凝土收縮徐變等對(duì)梁的變形和次應(yīng)力不受影響，而在連續(xù)梁階段，將支座處的簡(jiǎn)支邊界轉(zhuǎn)換為固結(jié)邊界，大大降低了支座的負(fù)彎矩，提高了梁橋的承載力，控制了結(jié)構(gòu)的彎矩分布[4]。

1 工程概況

湖南省新建某高速公路大橋全長(zhǎng)1 074.78 m。橋梁布置一聯(lián)6×32 m連續(xù)預(yù)應(yīng)力梁，基礎(chǔ)樁281根，承臺(tái)32個(gè)，墩身31個(gè)，最高墩19 m，最長(zhǎng)樁基49 m，是全線重難點(diǎn)控制工程之一，如圖1所示。場(chǎng)區(qū)地基為松軟土層，原設(shè)計(jì)采用支架現(xiàn)澆施工，需要進(jìn)行地基處理，還需采購(gòu)大量周轉(zhuǎn)材料，存在制約因素多、施工周期長(zhǎng)、周轉(zhuǎn)材料投入大等不利因素。采用工廠預(yù)制，先簡(jiǎn)支后連續(xù)的設(shè)計(jì)和施工方案，避免了施工現(xiàn)澆支架搭設(shè)困難的問題，充分利用了預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁結(jié)構(gòu)良好的連續(xù)性能和受力體系，減少梁橋的中間彎矩，減少了橋面伸縮縫，有效保障了行車的平順性。

2 先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力道岔梁設(shè)計(jì)

主梁設(shè)計(jì)采用的混凝土等級(jí)為C55混凝土，由公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范可知，其容重值取為26.5 kN/m3，在受力計(jì)算中的彈性模量值取為3.60×104 MPa;對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼束在施工過程中受到的摩阻力作用，取摩阻系數(shù)為μ=0.23，此外，預(yù)應(yīng)力管道的偏差也會(huì)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)力集中，取其偏差系數(shù)為k=0.002 5[5]。

橋梁結(jié)構(gòu)的恒載主要由四部分組成，主要為結(jié)構(gòu)的重力、預(yù)應(yīng)力鋼筋或者預(yù)應(yīng)力鋼筋束的預(yù)應(yīng)力、由于預(yù)應(yīng)力作用導(dǎo)致混凝土收縮徐變產(chǎn)生的作用力、橋梁基礎(chǔ)不均勻沉降產(chǎn)生的永久荷載。對(duì)于附屬設(shè)施的荷載，其大小可以按每延米進(jìn)行取值，取值范圍160～204 kN/m;設(shè)計(jì)活載為公路-I級(jí)活載，并考慮一定的汽車沖擊荷載。

在溫度應(yīng)力上，考慮橋梁結(jié)構(gòu)的升降溫均為25 ℃，并參考公路橋涵設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范規(guī)程進(jìn)行溫度應(yīng)力計(jì)算。橋梁結(jié)構(gòu)在受到溫度作用后，其熱脹冷縮是不均勻的，其中橋梁頂板對(duì)溫差的響應(yīng)最大，因此可以考慮頂板在熱照溫差的基礎(chǔ)上，升高溫度5 ℃，計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)，混凝土的膨脹系數(shù)取為1×10-5。

橋梁基礎(chǔ)的不均勻沉降也會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力永久作用于上部結(jié)構(gòu)，計(jì)算時(shí)需要考慮最不利作用下，橋梁相鄰基礎(chǔ)5 mm的沉降差產(chǎn)生的附加應(yīng)力;在施工過程中，上部恒載與活動(dòng)支座相互作用產(chǎn)生摩阻力，其大小為上部荷載乘以摩阻力系數(shù)，摩阻力系數(shù)取為0.05。

橋梁運(yùn)營(yíng)階段主梁的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如表1所示。

為檢算橋梁跨度對(duì)彎矩和位移的影響，分別采用美國(guó)AASHTO LRFD（以下簡(jiǎn)稱為AASHTO規(guī)范）、英國(guó)BS5400—2（以下簡(jiǎn)稱為BS規(guī)范）、歐洲BS EN 1991—2（以下簡(jiǎn)稱為EN 規(guī)范）與中國(guó)規(guī)范D60 JTG—2015（以下簡(jiǎn)稱D60—2015規(guī)范）和D60 JTG—2004規(guī)范（以下簡(jiǎn)稱D60—2004規(guī)范）的要求對(duì)橋梁彎矩和位移進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

（a）正彎矩

（b）負(fù)彎矩

（c）位移

由圖2可知，按各規(guī)范規(guī)定計(jì)算的5種不同跨徑的橋梁結(jié)構(gòu)上，彎矩隨著橋型的變化規(guī)律趨于一致，在正彎矩效應(yīng)方面，BS規(guī)范計(jì)算結(jié)果比D60—2015規(guī)范大25%～45%，EN規(guī)范計(jì)算結(jié)果比D60—2015規(guī)范計(jì)算結(jié)果大23%～37%;AASHTO規(guī)范略小于D60—2015規(guī)范，且隨著跨徑的增大這一差距減小。而在負(fù)彎矩效應(yīng)對(duì)比上，我國(guó)D60規(guī)范在四部規(guī)范中所處水平最低，其中在40 m跨徑上EN規(guī)范比D60—2015規(guī)范大45%。在位移上，AASHTO規(guī)范得到的設(shè)計(jì)汽車荷載產(chǎn)生的效應(yīng)最小，EN規(guī)范得到的設(shè)計(jì)汽車荷載產(chǎn)生的效應(yīng)最大，D60—2015規(guī)范處于中間水平。

3 先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力道岔梁施工

3.1 施工工藝

首先，施工樁基礎(chǔ)、承臺(tái)，施工墩身至墩頂，施工橋臺(tái)至頂帽頂面（橋臺(tái)背墻暫不施工），如圖3（a）所示。

其次，施工箱梁的制作在附近的預(yù)制梁廠完成，為了保證運(yùn)輸過程中安全，預(yù)制梁的混凝土力學(xué)強(qiáng)度應(yīng)該滿足95%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度值，同時(shí)其彈性模量應(yīng)全部養(yǎng)護(hù)完成，張拉所有F1-F8腹板束。將梁運(yùn)輸至橋梁位置，逐孔架設(shè)箱梁預(yù)制段，使得各孔梁呈簡(jiǎn)支狀態(tài)，如圖3（b）所示。

第三，按圖3（c）中所示步驟，分別施工墩頂連續(xù)箱梁的后澆筑段，完成體系轉(zhuǎn)換[6]。

3.2 先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力道岔梁施工技術(shù)要點(diǎn)

架設(shè)梁體在制梁廠預(yù)制，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)。由于邊跨與中跨的鋸齒塊位置不對(duì)稱于各跨中心，因此，架設(shè)前應(yīng)對(duì)各跨梁進(jìn)行編號(hào)，確定架設(shè)順序。3C5515BF-98E4-4E44-9906-65AAE18D662F

為了保證預(yù)應(yīng)力橡膠抽拔棒的線形，在橋梁結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎施工中，出現(xiàn)鋼筋與其交叉沖突現(xiàn)象，則優(yōu)先保證橡膠抽拔棒的安裝位置，將鋼筋進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈恢闷苹蛘邔⑵湟欢ǔ潭鹊膹澱?。?duì)于保護(hù)層厚度的設(shè)置，主梁頂板結(jié)構(gòu)的保護(hù)層厚度為30 mm，橋梁腹板和底板的保護(hù)層厚度為35 mm，鋼筋的彎折端均不能侵入鋼筋保護(hù)層厚度范圍內(nèi)。為保證主梁的使用壽命，采用的混凝土墊塊應(yīng)該與主梁結(jié)構(gòu)的混凝土等級(jí)一致。為加強(qiáng)預(yù)留孔位置的強(qiáng)度，以及避免應(yīng)力集中，在孔周圍設(shè)置環(huán)狀鋼筋進(jìn)行加固。

公路橋梁的結(jié)構(gòu)一般體積較大，消耗混凝土量較大，為保證梁結(jié)構(gòu)的成型整體完整，澆筑過程中應(yīng)該采用泵送設(shè)備進(jìn)行澆筑，澆筑保持連續(xù)無間斷，實(shí)現(xiàn)一次成型。此外，為保證大體積混凝土澆筑的密實(shí)，在灌注時(shí)間小于6 h以內(nèi)，混凝土完成初凝前，用插入式振搗器對(duì)混凝土進(jìn)行搗鼓密實(shí)，條件容許應(yīng)附以側(cè)振。為加強(qiáng)后灌混凝土與已硬化梁體的均勻連續(xù)和共同受力，后期灌注前應(yīng)將新舊接觸表面鑿毛，濕潤(rùn)。

4 結(jié)論

先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力梁橋在公路橋梁中應(yīng)用廣泛，其具有工廠化預(yù)制、良好的結(jié)構(gòu)性能以及避免現(xiàn)澆等優(yōu)點(diǎn)，但在施工工序以及施工專業(yè)技術(shù)上要求較高。依托湖南省某新建高速公路大橋項(xiàng)目，對(duì)先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力的橋梁設(shè)計(jì)過程和施工技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)縱向平面靜力分析各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)算，采用國(guó)內(nèi)外5種不同規(guī)范對(duì)不同橋跨的主梁彎矩與位移響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，在研究施工工藝的基礎(chǔ)上，提出了操作性強(qiáng)的施工控制要點(diǎn)。研究成果為高速公路大橋的順利成橋提供了保障。

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收稿日期：2022-04-11

作者簡(jiǎn)介：潘朝暉（1972—），男，本科，從事公路橋梁與隧道施工工作。3C5515BF-98E4-4E44-9906-65AAE18D662F