高墩連續(xù)剛構(gòu)的合攏方案研究

鄭楷柱，林敏

（廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，廣東廣州 510507）

1 工程概述

湖南省炎汝高速公路屬于山區(qū)高速公路，其中黑垅大橋跨越山間洼地。橋位兩端位于低山地區(qū)，跨越山間洼地及地方道路，地形較起伏大，地表植被發(fā)育，地面標(biāo)高441.0～551.7 m。本橋位于整體式路基段，橋跨組合為13×30 m先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)T梁+（60+100+60）m連續(xù)剛構(gòu)+6×30 m先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)或連續(xù)剛構(gòu)T梁，見圖1。平面上，橋梁位于R=740.675 m圓曲線上，中心樁號K145+262，橋長790 m，橋面總寬為2×12 m，凈寬2×11 m。

圖1 主橋橋型布置圖（單位：cm）

主橋連續(xù)剛構(gòu)上部結(jié)構(gòu)采用(60+100+60)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，邊中跨比為0.6。主梁采用C55混凝土。左、右幅橋?qū)捑鶠?2 m，采用單箱單室箱形斷面，其中底寬6.5 m，兩側(cè)翼緣板懸臂長2.75 m。主梁根部梁高H根=5.8 m，跨中及邊跨端部梁高H中=2.8 m，H根/L=1/17.24，H中/L=1/35.714。主梁梁高變化采用2次拋物線。主梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系，包括縱向預(yù)應(yīng)力、橫向預(yù)應(yīng)力和豎向預(yù)應(yīng)力。下部結(jié)構(gòu)主墩采用薄壁空心墩，墩身采用單箱單室斷面，縱橋向?qū)?.5～5 m，對應(yīng)壁厚為0.6～1.1 m，橫橋向?qū)捙c上部箱梁底寬相同為6.5 m，對應(yīng)壁厚為0.6 m；由于左右幅橋橫斷面位于陡坡上，主墩承臺采用分離式承臺，承臺平面尺寸為10.2 m×10.2 m，承臺厚度3.5 m。半幅橋主墩基礎(chǔ)采用9根180 cm樁徑的鉆孔灌注樁。下部結(jié)構(gòu)過渡墩墩身為薄壁空心墩，墩身采用單箱單室斷面，縱橋向?qū)?.6 m，對應(yīng)壁厚為0.6 m，橫橋向?qū)挒? m，對應(yīng)壁厚為0.6 m。過渡墩承臺平面尺寸為8 m×8 m，承臺厚度3 m。半幅橋過渡墩基礎(chǔ)采用4根180 cm樁徑的鉆孔灌注樁。

施工方法采用掛籃懸臂澆筑。

2 合攏方案擬定

合攏順序是連續(xù)剛構(gòu)施工過程中的關(guān)鍵問題。首先，合攏改變了合攏段所在跨的靜定性質(zhì)及澆筑梁段的收縮徐變進程，隨著超靜定次數(shù)和收縮徐變的變化，橋梁將產(chǎn)生與施工關(guān)聯(lián)較大的次內(nèi)力及內(nèi)力重分布，影響成橋結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力狀態(tài)；其次，合攏順序是施工控制的敏感因素，每批合攏的內(nèi)容不同，施工的難易程度就有所不同，對誤差累積也有明顯影響；再者，合攏順序直接關(guān)系到各墩的施工進度安排，對工期和成本都有極大影響。目前常見的合攏順序有兩種：一是先邊跨合攏，再中跨合攏；二是先中跨合攏，再邊跨合攏[1-2]。

根據(jù)橋位處的地形情況，邊跨過渡墩墩高最高達到32 m，并且過渡墩均位于山坡陡坎上，表層地質(zhì)屬于全風(fēng)化松散的砂礫土。由于本橋主橋的合攏方式?jīng)Q定了本橋高墩邊跨直線段施工方案，這又是本橋的施工難點和重點，為此擬定了三種合攏方案[3-6]：

方案一：掛籃平衡懸臂澆筑，先合攏邊跨，后合攏中跨。這是較常用的合攏方式。合攏段取2 m，則邊跨現(xiàn)澆段長度8.8 m，此時需要在邊墩附近搭設(shè)高支架現(xiàn)澆邊跨現(xiàn)澆段。

方案二：掛籃平衡懸臂澆筑，先合攏中跨，形成“Π”形結(jié)構(gòu)，兩邊跨懸澆4 m長節(jié)段，邊跨直線段4.8 m，可采用三角托架現(xiàn)澆施工，最后合攏邊跨。這種合攏方式縮小了邊跨現(xiàn)澆段長度，可以采用三角托架施工邊跨現(xiàn)澆段。

方案三：首先掛籃平衡懸臂澆筑至中跨最大懸臂，接著在邊跨懸澆4 m長節(jié)段，同時在中跨設(shè)置配重確保平衡，之后用三角托架現(xiàn)澆施工4.8 m長邊跨現(xiàn)澆段，合攏邊跨，最后合攏邊跨。這種合攏方式縮小了邊跨現(xiàn)澆段長度，可以采用三角托架施工邊跨現(xiàn)澆段。

3 合攏方案比選

3.1 方案一合攏順序

主梁合攏方案一的詳細施工順序為：（1）主墩頂立托架現(xiàn)澆0#、1#梁段,并張拉預(yù)應(yīng)力鋼束,然后安裝掛籃。（2）掛籃懸臂對稱澆筑2#～13#梁段并張拉相應(yīng)縱向、橫向、豎向預(yù)應(yīng)力鋼束。（3）搭設(shè)邊跨支架現(xiàn)澆邊跨現(xiàn)澆段（15#梁段）。（4）吊架施工邊跨合攏段（14#梁段），完成邊跨合攏。（5）中跨懸臂端施加頂推力，調(diào)節(jié)墩身內(nèi)力。（6）吊架施工中跨合攏段（14#梁段），完成中跨合攏。順序見圖2。

圖2 方案一合攏順序示意圖

3.2 方案二合攏順序

主梁合攏方案二的詳細施工順序為：（1）主墩頂立托架現(xiàn)澆0#、1#梁段,并張拉預(yù)應(yīng)力鋼束,然后安裝掛籃。（2）掛籃懸臂對稱澆筑2#～13#梁段并張拉相應(yīng)縱向、橫向、豎向預(yù)應(yīng)力鋼束。（3）吊架施工中跨合攏段（14#梁段），完成中跨合攏，形成“Π”形結(jié)構(gòu)。（4）兩邊跨懸澆4 m長節(jié)段（14#a梁段）（5）三角托架現(xiàn)澆施工邊跨現(xiàn)澆段（15#梁段）。（6）吊架施工邊跨合攏段（14#梁段），完成邊跨合攏。順序見圖3。

圖3 方案二合攏順序示意圖

3.3 方案三合攏順序

主梁合攏方案三的詳細施工順序為：（1）主墩頂立托架現(xiàn)澆0#、1#梁段,并張拉預(yù)應(yīng)力鋼束,然后安裝掛籃。（2）掛籃懸臂對稱澆筑2#～13#梁段并張拉相應(yīng)縱向、橫向、豎向預(yù)應(yīng)力鋼束。（3）在邊跨懸澆4 m長節(jié)段（14#a梁段），同時在中跨設(shè)置“不平衡懸澆配重”確保不對稱懸澆的受力平衡。（4）三角托架現(xiàn)澆施工邊跨現(xiàn)澆段（15#梁段）。（5）吊架施工邊跨合攏段（14#梁段），完成邊跨合攏。（6）吊架施工中跨合攏段（14#梁段），完成中跨合攏。順序見圖4。

圖4 方案三合攏順序示意圖

3.4 方案比選

為了方便在同等條件下進行方案對比，連續(xù)剛構(gòu)的主梁采用相同配束編束，墩身采用相同的配筋；由于主墩高達74 m，不同的合攏方案對于主墩內(nèi)力相比主梁內(nèi)力情況更敏感，墩身的設(shè)計情況起控制作用。通過計算可知，橋墩墩頂截面為控制截面，現(xiàn)將控制截面的內(nèi)力及承載能力對比見表1。

結(jié)合表1的數(shù)據(jù)，通過對比計算可知，方案一施工順序在施工過程中不產(chǎn)生不平衡彎矩，成橋后由于收縮徐變、二恒等荷載作用下，將使墩頂截面內(nèi)力成為控制內(nèi)力，并且可以通過施加頂推力調(diào)整墩頂與墩底截面的內(nèi)力；此時墩身內(nèi)力最小，在同等配筋情況下富余最多。方案二施工順序由于存在“π”形剛構(gòu)不平衡懸澆，將對墩產(chǎn)生永久的不平衡彎矩，對墩的受力不利，大大降低橋梁運營過程中墩身安全余度；此時在同等配筋情況下富余最少。方案三施工順序在合攏前基本對稱施工，對橋墩受力較小，同時“不平衡懸澆配重”是在成橋后的結(jié)構(gòu)整體剛度較大的體系下進行卸除，橋墩在卸除“不平衡懸澆配重”后產(chǎn)生的彎矩相對較小，同時對墩身產(chǎn)生往邊跨側(cè)推的效應(yīng)，可以通過調(diào)整“不平衡懸澆配重”的重量，適當(dāng)調(diào)整墩身內(nèi)力；此時在同等配筋情況下富余適中。

對于合攏方案施工的難點和造價差異主要體現(xiàn)在邊跨現(xiàn)澆段的施工。方案一的現(xiàn)澆直線段長度為8.8 m，采用落地式支架施工，存在支架高度達32 m高，高支架施工風(fēng)險和代價大，但掛籃平衡懸臂澆筑，施工控制相對容易。方案二和方案三的現(xiàn)澆直線段長度為4.8 m，采用托架施工，避免高支架施工風(fēng)險和減少施工措施費用，但方案三通過“不平衡懸澆配重”，實現(xiàn)不對稱懸澆的受力平衡，施工控制要求高。

表1 墩身控制截面的承載能力及裂縫對比表

綜合考慮墩身受力情況、邊跨現(xiàn)澆段施工難易和施工措施費用，由于方案三墩身安全度有保證，施工風(fēng)險適中，施工費用低，所以推薦采用方案三的合攏方案。

4 結(jié)語

對于高墩連續(xù)剛構(gòu)，不同的合攏方案對于墩身的受力差異大，施工難易也差異大，特別是對于邊跨現(xiàn)澆段的施工，成為合攏方案的重點，所以合理選取合攏方案對于控制墩身的安全度、降低施工難點和風(fēng)險，具有重要意義。黑垅大橋的合攏方案選取，對于類似的高邊墩長邊跨連續(xù)剛構(gòu)合攏方案的選取具有一定的借鑒意義。

[1]項海帆.高等橋梁結(jié)構(gòu)理論[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]范立礎(chǔ).橋梁工程(上冊)[M].北京:人民交通出版社,1996.

[3]彭亮.連續(xù)剛構(gòu)橋高墩邊跨現(xiàn)澆段施工方案的探討[J].黑龍江科技信息,2013(15):284-285.

[4]龔玉華,陳雷,陶路,等.山區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋高墩邊跨現(xiàn)澆段施工方案[J].世界橋梁,2012(3):20-23,27.

[5]陳列,徐公望.高墩大跨預(yù)應(yīng)力混凝土橋橋式方案及合龍順序選擇[J].橋梁建設(shè),2005(1):33-35,51.

[6]程偉,陳斌,肖紅梅,等.不平衡長度懸澆現(xiàn)澆段及合龍段施工方法探討[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2007(6):95-96,99.