大跨度连续箱梁大节段支架现浇设计研究

张安林，孙 东 （安徽省交通勘察设计院有限公司，安徽 合肥 230011）

0 前言

目前在国内大跨度连续箱梁传统做法大都按照挂篮悬臂浇筑法设计和施工，悬臂施工法具有很大的优越性，可以不受桥下地形、河流和通航及防洪要求的影响等[1]。悬臂浇筑的节段分段长度一般为3～5m，目的是使节段施工的重量变化均衡，有缓慢下降的趋势，不会出现陡变，而加大挂篮设计的难度。但与此同时，由于悬臂浇筑长度受限，故节段数量较多，且每个节段为递进式，从而使得该工法施工周期较长，对于一些对施工工期有严格限制或者尽量缩短的项目无法满足业主要求。

支架现浇连续梁桥具有悠久的历史，可以说是最原始、最基本的施工方法，主要特点是桥梁的整体性好，施工方法简便易行，施工质量可靠，平面及竖曲线线型容易控制，对机具和起重设备要求不高[2～3]。随着钢支架的采用及支架构件的标准化和装配化，支架现浇施工得到广泛应用，不仅用于桥墩较低的中、小跨径连续梁，而且在长大跨径桥梁中亦开始逐步应用[4～5]。

1 工程背景

某跨闸桥主桥采用（50+80+80+50）m 变截面连续箱梁，主跨分别跨船闸及南侧防洪大堤。桥型总体布置如图1所示。

图1 桥型布置图

图2 支架现浇节段施工划分示意图

上部结构采用单箱单室断面，支点梁高4.6m，跨中梁高2.2m。采用二次抛物线变化。箱梁顶板宽12.5m，顶板厚28cm，底板宽7.5m，底板厚度按二次抛物线由30cm变化到78cm，腹板跨中厚度为50cm，支点处厚度80cm，箱梁高度由跨中的2.2m按二次抛物线变化至支点处的4.6m，桥面设置2.0%双向横坡。设计采用悬臂浇筑方法施工，节段长度4m、3.5m、2.5m 不等，两侧对称悬浇段共计9段。

2 施工方案调整

考虑到挂篮施工工艺施工周期较长，不能满足项目总体施工进度要求，根据现场地形及地基情况，为加快工程进度，在不增加工程造价及结构形式的基础上，施工单位提出改成满堂支架法工艺进行施工。考虑目前桥位处为滩地，无通航及泄洪要求；另外桥梁高度不高，方便搭设支架，故设计单位认为变更为支架现浇施工方案的外部条件基本具备。根据支架施工的特点，即采用大节段浇筑，考虑配束及施工需要，主桥共分为7个大节段，先后分为4次浇筑。具体分段如图2。

3 大节段支架现浇与悬臂浇筑受力特点分析

桥梁的内力分布与其施工工艺及施工流程密切相关[6]，通过商用有限元软件分别模拟计算大节段支架施工以及悬臂浇筑法施工，两者在恒荷载作用下成桥内力分布如下图3、图4所示。通过对比计算结果可以发现3点结论：①采用支架施工法桥梁中支承截面处负弯矩值明显小于按悬臂施工法计算的相应截面弯矩值，次支点处(19#、21#墩顶)负弯矩前者与后者比值约为0.776，中支点处(20#墩顶)的负弯矩比约为0.95；②采用大节段现浇施工时连续梁跨中截面正弯矩远远大于悬臂施工法施工的相应截面弯矩值，其中边跨跨中比值约为2.28，中跨跨中比值约为3.69；③同时表明对于多跨连续梁，采用支架现浇法施工时中支点与次支点弯矩的不均匀性分布更为明显，其比值达到了1.26，即19#墩顶处受力更为不利，而悬臂法施工的比值仅为1.03，相差无几。

图3 大节段支架现浇法成桥阶段恒荷载弯矩及剪力图（kN·m）

图4 悬臂浇筑法成桥阶段恒荷载弯矩及剪力图（kN·m）

剪力效应变化趋势与弯矩效应相同，但其变化的幅度相对较小，前者与后者的比值在0.92～1.04之间，表明施工工艺变更对于剪力效应影响的敏感性要小于弯矩效应。

4 预应力布置设计难点及解决措施

可以看出采用成桥阶段大节段现浇施工与悬臂施工在恒荷载作用下的弯矩值差异十分明显。这也充分表明连续梁的设计计算必须与施工方法及工艺紧密结合。本桥设计的难点及解决措施如下所述。

①采用大节段现浇时，由于施工缝的数量急剧减少(本例由10个面减少为1个)，则无法像悬臂浇筑在每个悬浇段截面锚固顶板束及底板束，解决该问题的主要方法如下几种：a.在有限的中间后浇段断面集中锚固一些钢束；b.需沿着箱室内部设置齿板锚固；c.根据弯矩分布设置上下弯起通常束；d.在顶底板设置槽口锚固。

②出于箱梁美观考虑，一般不在箱梁外侧设置齿板，受此限制，箱梁顶板外侧加腋处只能设置1～2孔在施工缝截面锚固的钢束，因而通过墩顶的顶板束较少，为弥补墩顶顶板的预应力效应，应适当增加腹板钢束在墩顶的通过数量。同时，为减少齿板数量，增加箱室内空间，将顶板束每两束合并锚固于一个齿板。

③由于主桥为四跨连续梁，如按一般满堂支架现浇施工连续梁设置通常束时，钢束单根长度则长达260m，不仅施工时管道穿束较为困难，且钢束中部预应力损失较大 (其永存预应力均为0.59fpk左右)。而钢束中部位于中支点截面处(20#墩顶)，为主梁恒载和活载受力最不利位置。因而需将部分通常腹板束设计成在中墩处交叉锚的形式，交叉部分为首次浇筑的主墩附近节段长度。这样不仅解决了预应力束过长的问题，同时也增加了通过墩顶附近预应力束的数量，其中一侧交叉束需从腹板平弯后采用齿板锚固。

④考虑次支点与中支点受力差异较大，故20#墩顶处不应和19#墩顶及21#墩顶等同设计，故在20#墩处增加2孔腹板束，并适当增加顶板束的型号。

通过如上措施，主桥在承载能力极限状态、正常使用极限状态以及施工阶段中各项指标均满足规范要求。

5 工期影响

挂篮悬臂施工每节段施工时间在12d左右，考虑阴雨天气及其他因素按15d计，同时最后一个悬浇段为了避免挂篮碰头需错开一节段施工，故按10个悬浇段计算共需150d左右，加上边跨合拢及体系转换等15d，共计175d。采用大节段支架施工后，仅在每个T构两侧预留湿接缝合拢段二次施工，考虑交叉束张拉的需要，其余节后浇段分两次施工，预估工期需85d，合计节省约90d的工期，节约工期较为明显。

6 结论与建议

①用于中小桥梁施工的支架现浇法具有施工速度快、施工方法简便易行等特点，笔者通过实际工程计算研究分析，论证了该方法同样能够适用于大跨度连续箱梁的设计施工当中。即悬臂浇筑改为支架现浇在保证支架安全稳定、浇筑养护质量可靠的前提下，通过改变预应力配置方式也是可以做到的，结构各项指标验算结果均满足规范要求。

②大节段支架现浇施工的预应力混凝土连续梁桥因预应力锚固断面大为减少，且工作面狭小而需设置大量的齿板。齿板的布置与构造是整体现浇法区别于悬臂浇筑法的主要特色。

③采用悬臂施工的连续梁桥，在施工过程中经历T形刚构受力状态，合拢后形成连续梁桥，结构重力产生的内力由各施工阶段阶段产生的内力叠加而成。由于合拢段较短，产生的内力较小，故T形刚构受力为主要部分。而满堂支架施工连续梁不存在悬臂施工过程中内力逐步向墩顶转移的过程，故在满堂支架拆除后，主梁弯矩图与一次落架受力更为吻合，表现为相对较大的跨中弯矩和较小的支点弯矩，这是两者受力差别最本质的原因。故拟定截面几何尺寸时，应根据以上弯矩分布特点，增大主梁跨中附近断面的抗弯刚度，不宜完全一味的套用悬浇梁的结构经验尺寸。