采用斜撑加劲的宽幅预应力混凝土箱梁施工技术分析.pdf

总655期2023年第25期（9月 上）0 引言混凝土梁桥结构因耐久性好，造价及养护费用低等优点，在我国桥梁工程中应用广泛，但随着这种梁桥形式的发展，其施工周期长、结构自重大等弊端相继显现。在对传统混凝土梁桥结构不断改良的基础上，先后出现预制拼装、钢混组合、超高性能混凝土等技术，使混凝土结构仍具有良好的应用前景。宽幅预应力混凝土箱梁设计形式应用实例较多，出于对结构耐久性及经济性方面的考虑，混凝土梁桥结构仍为首选。典型的宽幅预应力混凝土箱梁断面形式有以下几种：单箱多室、多箱多室、斜撑加劲箱型断面、横肋加劲箱型断面，其中前两种断面形式最为常见。根据统计结果，对于宽度超出14 m的桥梁，多腹板混凝土梁断面应用较多，而当桥梁宽度超出20 m后，多腹板混凝土梁断面必将面临自重大、施工难度大等问题；采用多室小箱梁结构时又面临纵向湿接缝设置的问题。而应用后两种断面形式，则能显著减轻结构自重，降低混凝土用量，提升整体景观效果。在采用横肋加劲箱型断面的情况下，横向支撑效率显然比采用斜撑加劲箱型断面低，因此斜撑加劲箱型断面适用于宽度较大的桥面及旧桥拓宽。当前，此类桥型在国外宽幅桥梁设计及施工中较为常见，但我国应用较少。本文主要从具体桥梁工程的典型断面布置、施工工艺、节点构造等方面展开研究，为该桥型在我国宽幅预应力混凝土桥梁中的推广应用提供参考。1 工程概况某桥梁主桥为五跨四塔单索面预应力混凝土斜拉桥形式，设计跨径为 115 m+3200 m+115 m，长度为830 m，其710#桥墩采用4根3.0 m钻孔灌注桩基础，7#桥墩为棱台形实体墩，其余桥墩全部为内倾式圆形墩柱支承墩帽的形式。桥梁上部为塔梁固结、梁墩分离式设计，主梁采用单箱单室预应力混凝土连续箱梁，并通过挂篮分节段浇筑；钢筋混凝土桥塔斜拉索全部为91-s15.24无黏结钢绞线拉索。2 断面布置及关键构造2.1 桥面板宽幅预应力混凝土箱梁的桥面板既参与断面整体受力，又传递桥面荷载、承担车辆荷载等局部荷载。整体受力的稳定性主要取决于施工方法，根据断面设置，从纵向上将箱梁结构分成中央核心箱、左侧及右侧挑臂等部分，左右侧挑臂通常后装，挑臂只参与二期恒载和运营荷载，故在计算时只用考虑核心箱部分在施工及运营过程中的受力1。桥面板在局部荷载作用下的受力与加载方式、结构形式等有关。隔离墩或索区通常位于整幅断面中央位置，腹板和斜撑之间则是轮载所作用的区域，故挑臂和中央加腋混凝土纵向刚度较大，在横向支撑间距符合要求的基础上，核心箱桥面板和悬臂根部受力以横向弯曲为主；纵向弯曲应力值也明显小于横向弯曲应力。2.2 斜撑加劲混凝土梁断面当前此类断面在斜拉桥和梁桥等桥型中较为常见，其断面主要由顶板、底板和腹板按照一定间距设置的横隔系组成，通常包括核心箱、挑臂等结构，顶板、底板和腹板处基本设置纵向预应力筋。在整个桥宽中，单侧悬臂长度占20%。斜撑和混凝土梁顶板、底板的连收稿日期：2022-12-19作者简介：汪庭贵（1984），男，工程师，从事公路桥梁施工监理工作。采用斜撑加劲的宽幅预应力混凝土箱梁施工技术分析汪庭贵（江西省公路工程监理有限公司，江西 南昌 330013）摘要：为探索采用内外斜撑加劲的混凝土梁的施工过程及应用效果，以具体的单索面预应力混凝土斜拉桥为例，对斜撑加劲混凝土梁断面、箱梁及斜撑结构布置等进行分析；并提出两种预应力混凝土斜拉桥斜撑施工方案，从技术可行性、工期控制和经济性等方面考虑，选择了箱梁和斜撑一起浇筑的方案；对该方案下斜撑施工技术要点进行分析，旨在为宽幅预应力混凝土箱梁桥的建设提供新思路。关键词：斜撑加劲；预应力混凝土；箱梁中图分类号：U445.4文献标识码：B162交通世界TRANSPOWORLD接是此类构造的关键。目前，关于此类节点尚无统一的标准，不同工程所采取的构造形式也不尽相同2。该预应力混凝土斜拉桥主要通过预埋PBL连接件的形式实现节点连接，即待节点区混凝土浇筑后借助钢垫板连接斜撑和PBL连接件（见图1）；这种节点连接形式的疲劳性能比直接对接焊优越。斜撑与混凝土翼缘组合节点构造复杂，大幅限制了其发展和应用。单位：mm图1 PBL连接件2.3 箱梁结构该预应力混凝土斜拉桥箱梁顶板和底板宽24.47 m，厚0.25 m，顶板宽厚比为47.34；腹板和翼缘板厚0.358 m和 0.28 m，腹板采用 2/1 斜腹板形式，高厚比最大为18.85；底板宽度随梁高的变化而不同。斜拉桥箱梁结构见图2。箱梁各T构均划分成024#节段，其中，0#节段长 12 m，高 6.75 m，底板宽 10.1 m 厚 0.65m；118#节段长4 m，1924#节段长3.5 m；17#节段采用从6.54.0 m的渐变高度设计，底板厚度也从0.65 m渐变至 0.25 m，底板宽度在 10.112.85 m 之间；824#节段底板宽12.85 m，厚0.25 m，节段高4 m，其中的818#节段还设置索区，单索面斜拉索锚固块主要设置在双号节段顶板中心处。单位：mm图2 斜拉桥箱梁横断面结构2.4 斜撑结构出于对节省材料并减轻上部结构重量方面的考虑，箱梁采用宽幅薄壁单箱单室结构形式，但面临突出的箱梁刚度及顶板强度不足的问题。为此，将两道纵向连续加劲肋对称增设于顶板底面桥中线处，从2#节段开始，将1对加劲斜撑设置在各双号节段箱梁顶板中心和腹板下端。为保证斜撑与主梁刚度的适应性以及斜撑中的受力平稳，该斜拉桥采用混凝土结构斜撑。沿箱梁顶板纵轴线将斜拉索锚固于梁端，并对锚固处斜撑施加预应力，使斜拉索竖向分力顺利传递至箱梁腹板。在N#节段斜撑预应力张拉完毕、浇筑（N+1）#节段箱梁混凝土前，张拉N#节段斜拉索部分索力。该预应力斜拉桥采用矩形截面斜撑，斜撑横截面宽0.8 m，高0.4 m；随着箱梁高度和底板宽度的变化，斜撑长度和斜度随之改变。其中，26#、2024#节段斜撑采用钢筋混凝土结构，818#节段斜撑则采用预应力混凝土结构，斜撑和斜拉索锚固块对应设置，通过锚固块处的圆弧段连接贯通 2对斜撑的预应力管道。按照350 mm间距在斜撑内增设2束15-s15.2钢绞线；斜撑预应力端交错张拉，并按照2 780 kN确定锚下张拉控制应力。3 施工方案该预应力混凝土斜拉桥斜撑施工有两种方案。方案一：将箱梁和斜撑一起浇筑，以保证斜撑结构的整体性，避免结合部发生开裂，待箱梁纵向预应力张拉结束，便可将挂篮移动至下一节段继续施工；但施工过程中挂篮内模前移受到斜撑阻碍，因此不得采用整体移动式内模设计。方案二：预制斜撑，并在箱梁相应位置处预留孔洞，待完成节段施工后将挂篮前移，并安装预制斜撑，浇筑箱梁和斜撑之间的湿接缝。该方案内模结构简单，并可采用整体移动式设计。但预制斜撑结构重量较大，必须通过起吊设备配合吊装；斜撑安装和下一节段箱梁混凝土的浇筑施工无法同步进行，必然延长施工周期；最后，箱梁和斜撑连接部位钢筋布设密集，箱梁预留孔洞钢筋和斜撑接头钢筋存在较大的协调难度3，湿接缝处发生收缩裂缝的可能性也较大。综合以上对两种施工方案优劣势的比较，在考虑技术可行性、工期控制和经济性的基础上，该预应力混凝土斜拉桥斜撑施工最终选用方案一。4 斜撑施工4.1 模板安装按照方案一的设计思路，无法使用起吊设备，将斜撑模板分拆为小块后采用人工方式搬运。考虑到斜撑模板倒运次数较多，对截面尺寸及精度控制有较高要求，因此，应将斜撑模板按照小块钢模设置，并使用螺栓连接，底模支撑选择扣件式钢管支架。如此处理后，单块钢模重量最大不超出77 kg，便于装运。在浇筑混凝土前完成斜撑底模和侧模的安装，并随斜撑内部混凝土液面的升高，逐步向上分块安装顶面模板，并通过螺栓与侧模连接固定。4.2 钢筋施工斜撑钢筋包括箍筋和纵向主筋两部分，主筋梁端163总655期2023年第25期（9月 上）均采用U形设计，结构简单且刚度大，在人工搬运期间发生变形的可能性小；单个钢筋混凝土斜撑和预应力混凝土斜撑中主筋重量最大达到560 kg和870 kg，便于绑扎成型后整体装运。在梁段顶面先绑扎斜撑钢筋骨架，可节省箱梁施工时间，比斜撑钢筋骨架原位绑扎至少节省4 h，工效大幅提升。4.3 混凝土浇筑在箱梁顶板左侧、右侧与斜撑对应的位置开设混凝土下料口，之前仅进行了斜撑下端顶面模板安装，待完成箱梁腹板及底板混凝土浇筑后，从所设置的顶板下料口处借助串筒浇筑斜撑混凝土入模，并振捣密实。在斜撑混凝土浇筑施工的过程中，依次向上安装斜撑顶面模板，直至完成斜撑混凝土浇筑。4.4 预应力施工4.4.1 预应力钢绞线安装按照350 mm间距将2束15-s15.2钢绞线设置于预应力斜撑内部，通过90 mm金属波纹管成孔，并在两侧腹板下方设置张拉槽。在腹板下端设置斜撑预应力锚垫板，如果从锚垫板处开始向上穿钢绞线，则会因预应力曲线半径过小而增大穿入难度，为此，按照以下步骤进行钢绞线穿束。在进行预应力斜撑节段浇筑时，暂留箱梁顶板以上斜拉索锚固块不浇筑，以使锚固块处的斜撑波纹管处于断开状态；在开始浇筑箱梁和斜撑混凝土时，将充气胶囊穿入断开处的两侧波纹管内，避免水泥浆液渗入管中。待张拉完N#节段纵向预应力后，将挂篮移至N#节段前部，安装（N+1）#节段模板及钢筋的过程中，将钢绞线从波纹管断开处穿入，再通过 1节“哈弗”波纹管连接断开的预应力管道，同时使用防水胶带缠绕、包裹、密封连接管段；在波纹管最高处预留出气孔4。在N#节段箱梁顶板斜拉索锚固块混凝土浇筑施工的过程中，斜撑预应力管道将包裹其中。4.4.2 预应力张拉及孔道压浆待N#节段斜拉索锚固块混凝土实际强度达到设计强度的80%后，以单端交错方式进行N#节段2束斜撑预应力的同时张拉，以有效避免斜撑出现偏心受压状况。因斜撑钢绞线较短且曲线半径较小，钢绞线在管道中必将出现挤压，且钢绞线自身的松紧程度又直接影响其伸长量和张拉力。本工程先单根张拉，待将钢绞线张拉至设计张拉力的10%时，改用400 t千斤顶整束张拉，直至设计张拉力。待完成斜撑预应力张拉后，通过砂轮切割机从夹片外30 mm处将多余钢绞线切除，并通过砂浆封锚。借助锚垫板处所设置的压浆嘴向预应力孔道压浆。出浆管中有浓稠浆液流出后，将出浆管阀门关闭，同时开启波纹管上的出气孔；出气孔内有浓稠浆液流出后将其封闭，按照0.5 MPa的压力持续压浆5 min后，将进浆管阀门关闭，并结束压浆。4.4.3 张拉槽口封锚该预应力混凝土斜拉桥斜撑张拉槽口长 800 mm、宽500 mm、深150 mm，因厚度和面积均较大，存在一定的施工质量控制难度。由于箱梁斜腹板的存在，如何保证槽口封锚混凝土和梁体混凝土有效黏结是施工的难点所在，如果按照常规的施工工艺，从槽口外向槽口内干砸混凝土，则会因混凝土材料自身重量较大，过分下坠而不利于新旧混凝土的结合。为此，采用以下施工流程：在箱梁节段混凝土浇筑施工前，必须将2根90mmPVC管按照400 mm的间距插入箱梁内斜撑和底板间的锚固块顶面，管底则应伸入斜撑张拉槽口处的模板中；以此管段为后续混凝土封锚的浇筑施工通道。在斜撑钢筋安装的过程中，必须将8根10 mm锚固钢筋分别预埋于张拉槽口，待拆除槽口模板后，将四周凿毛，并安装封锚钢筋网片，和预埋钢筋牢固焊接。将细石混凝土从预留的90 mmPVC管顶口处灌入，并振捣，直至PVC管顶口露出。按照设计要求养护混凝土后，将封锚模板拆除，打磨处理后结束槽口封锚施工。5 结束语通过对该宽幅预应力混凝土箱梁施工过程的分析得出，该桥梁上部箱梁宽度及跨度大，壁薄，在施工过程中结合设计意图及箱梁和斜撑结构特征的基础上，通过加劲斜撑和箱梁节段整体浇筑、斜撑钢筋整体安装、预应力按照滞后1个节段安排施工、封锚混凝土浇筑通道在箱内预留等处理，简化了施工工序，在保证施工质量的基础上，有效缩短施工周期，使桥梁工程的社会效益和经济效益得以充分发挥。参考文献：1 孙宇佳.银西高铁渭河特大桥60 m加劲钢斜撑PC组合梁设计研究J.铁道标准设计，2021，65（9）：89-93.2 孙海涛，吴霄.采用斜撑加劲的超宽混凝土梁断面设计与施工J.城市道桥与防洪，2020（4）：56-59.3 余本俊.宽幅薄壁预应力混凝土箱梁加劲斜撑施工技术J.世界桥梁，2013，41（2）：12-16.4 陈军.大跨度桥梁边跨斜撑支架施工及受力分析J.低温建筑技术，2019，41（3）：50-52.164