连续拱型刚构桥施工方案研究

黄 辉 涂满明

（中铁大桥局股份有限公司设计分公司 武汉 430050）

某火车站站房高架桥由十联预应力连续刚构平行布置组成，每联刚构的布置形式为34m＋48 m＋34m，桥面宽15．5m，各联间的净距6m。主梁为单箱5室的鱼腹式截面，梁底纵向呈拱形，墩顶梁高为10．09m，跨中梁高为4．98m，梁高按椭圆曲线变化。每联刚构总重量约7 500kN，混凝土2 900m3（采用C50高性能混凝土）。

1 浇筑方案比较

1．1 一次浇筑方案

自承台顶面以上全联一次浇筑墩身及梁部混凝土。此方案的优点是减少了主梁浇筑的施工接缝，保证主梁结构的完整性和外形的美观性。然而在桥群施工难度大、施工环境复杂的条件下，要求一次浇筑完成2 900m3混凝土，很大程度增加了混凝土供应及浇筑的风险。同时一次浇筑需配置较多的机械设备，但是狭窄的场地根本无法满足要求，这样不仅会降低工效，而且延长了混凝土的浇筑时间。在相同模板配置数量情况下，不能有效地组织流水作业，单桥工期将大大延长，桥群工期将受单桥工期的严重影响。

1．2 分段浇筑方案

将刚构分为5个节段，其分段浇筑划分见图1。先浇筑墩身以及墩顶上长度为16m的2个节段，后浇筑中跨的32m以及两边跨的26m3个节段。由于后浇筑的3个节段均是空腔结构，其中跨中的32m节段混凝土方量最多约600m3。这样很大程度上减少了混凝土的供应量，同时也减少了浇筑的时间，也无需在混凝土浇筑过程中投入太多的机械设备，在相同模板配置数量情况下，能有效地组织流水作业，桥群工期将大大缩短。

图1 分段浇筑施工图

但是根据施工计划，在墩身以及墩顶上16m的梁段浇筑完成后40d才会浇筑剩余节段混凝土，在这40d里已经浇筑的混凝土达到了C50的混凝土强度，并且结构的收缩已基本完成，而后期浇筑的混凝土收缩才刚刚开始。因此刚构主梁分段浇筑方案最主要的问题是如何保证后浇段混凝土与先浇段混凝土能很好地结合，确保不同时段浇筑的梁体不产生质量问题。因此在施工过程中需要采取一些措施，严格施工工艺，采用分段浇筑的施工方案来确保质量，同时保证施工的进度。

2 各浇筑方案混凝土收缩分析计算

2．1 混凝土收缩计算方法

通过对前期混凝土试块的测量数据分析得到，3，7，28，43及47d的混凝土强度和弹模以及应变量，同时根据文献［1］中关于抗压强度标准值和设计值的换算后得到设计强度所对应的混凝土标号［2－4］，混凝土材料的数据见表1。

表1 混凝土材料数据

根据表1的数据，采用将混凝土的应变值等效为温度荷载的方法，计算因混凝土分段浇筑的龄期不同而引起的收缩效应。计算中取混凝土温度线膨胀系数α＝1×10－5。

（1）墩顶先浇筑节段，龄期43d，后浇筑节段，龄期3d，计算收缩对应温度效应。

墩顶先浇筑节段前40d为自由收缩，对结构不产生内力；而后浇筑节段浇筑完成后由于混凝土临期不同，各节段收缩效应也不同，因此在施工接缝处产生拉应力。第43d与第40d的差值为：Δεcs＝εcs（43）－εcs（40）＝13．4×10－5－13．3×10－5＝0．1×10－5，得到墩顶先浇筑节段由于混凝土收缩变化效应等效的温度降低量为

后浇筑节段混凝土龄期3d收缩应变为ε（3）＝5．7×10－5，得到后浇筑节段由于混凝土收缩变化效应等效的温度降低量为：

（2）墩顶先浇筑节段，龄期47d，后浇筑节段，龄期7d，计算收缩对应温度效应。

墩顶先浇筑节段第47d与第40d的差值为：Δεcs＝εcs（47）－εcs（40）＝13．4×10－5－13．3×10－5＝0．1×10－5，得到墩顶先浇筑节段由于混凝土收缩变化效应等效的温度降低量为

后浇筑节段混凝土龄期7d收缩应变为ε（7）＝10．2×10－5，得到后浇筑节段由于混凝土收缩变化效应等效的温度降低量为

2．2 有限元分析

根据3．1的相关计算原理，同时考虑刚构施工期间整体降温5℃，分析分段浇筑和一次浇筑刚构的应力分布情况。根据最不利的荷载组合，对分段浇筑考虑1～4工况，对一次整体浇筑考虑5～8工况，对各工况的描述如下：

工况1。全梁分2次浇筑，先浇筑节段浇筑完成43d，后浇段浇筑完成3d。计算混凝土收缩作用。

工况2。全梁分2次浇筑，先浇筑节段浇筑完成43d，后浇段浇筑完成3d。计算混凝土收缩＋混凝土降温5℃作用。

工况3。全梁分2次浇筑，先浇筑节段浇筑完成47d，后浇段浇筑完成7d。计算混凝土收缩作用。

工况4。全梁分2次浇筑，先浇筑节段浇筑完成47d，后浇段浇筑完成7d。计算混凝土收缩＋混凝土降温5℃作用 。

工况5。全梁一次浇筑，混凝土浇筑完3d，计算混凝土收缩作用。

工况6。全梁一次浇筑，混凝土浇筑完3d，计算混凝土收缩＋混凝土降温5℃作用。

工况7。全梁一次浇筑，混凝土浇筑完7d，计算混凝土收缩作用。

工况8。全梁一次浇筑，混凝土浇筑完7d，计算混凝土收缩＋混凝土降温5℃作用。

计算模型中按照不同的施工龄期考虑了不同的混凝土弹模，相关参数见表2。

表2 各工况计算参数

箱梁的有限元计算模型如图2所示，主体结构采用实体单元模拟，施工支架用单向受压杆单元模拟，杆单元的模拟刚度以控制设计要求的结构最大沉降5～10mm为原则。

图2 有限元计算模型

2．3 计算结果及分析

通过对3．2描述的8个工况进行计算，各个工况拉应力结果汇总后各工况见表3，拉应力云图见图3。

表3 拉应力计算结果

图3 各个工况拉应力云图（单位：Pa）

由图3可见，分段浇筑和一次整体浇筑的应力分布均极为相似。混凝土收缩效应计算得到的应力值整体上比降温5℃＋收缩效应计算的结果小，但相差很小，这表明混凝土收缩对后浇段的影响很大，应采取适当的措施尽量减小混凝土的收缩。主梁在分段浇筑的情况下最大主拉应力3．0 MPa，发生在工况4，位置在中跨侧接缝处。该应力峰值大于C45混凝土强度的设计值2．03MPa。在一次浇筑的情况下最大主拉应力3．07MPa，发生在工况8，位置在中跨侧墩顶根部。该应力峰值大于C45混凝土强度的设计值2．03MPa。

表3和图3的结果表明：分段浇筑3d混凝土强度满足张拉要求，而拉应力小于容许拉应力，因此建议混凝土浇筑3d后张拉部分预应力，以减小后期由于混凝土收缩产生的拉应力，防止接缝处混凝土开裂。

3 分段浇筑措施

（1）中间段32m箱梁完全支承在移动模架支腿上，支腿直接支撑在已经处理的地基之上。后浇段的两端部分模板和支点与已浇段模板连成整体，以保证新旧混凝土断面的完整过渡。

（2）施工过程中已浇节段箱梁与中间后浇节段箱梁因支承条件不同，压缩沉降不一，可通过预抬量的设置来消除［5］。

（3）控制浇筑时间，尽量选择在夜间浇筑中间段。

（4）在箱梁5室顶板，预留足够的通风孔，设法降低箱梁内外温差，减小温度应力。

（5）由于梁体混凝土方量大、钢筋密、埋件多，会延长混凝土的浇筑时间，可通过分块浇筑的方法来保证模架主梁挠度较大的部位先浇筑。浇筑过程中，保证先浇段和后浇段的接缝处的混凝土最后完成，使接缝处混凝土两端不致产生相对沉降，从而避免了因相对沉降导致裂纹产生的可能［6－7］。

（6）加强养护，使用养护液外加薄膜和棚布覆盖，创造微膨胀混凝土所需的养生条件。

4 结语

工程施工方案必须根据现场的实际情况并充分考虑各方面的因素合理选择。本文通过对一联34m＋48m＋34m拱形连续刚构的2种浇筑方案进行对比分析，结果表明，在各种计算工况下分段浇筑和一次性浇筑由于混凝土收缩引起的梁体应力分布非常相似，由此可以说明2种施工方案不影响梁体在成桥后运营状态应力分布。分段浇筑可以充分利用现场的施工作业面，便于现场施工组织，从而加快了施工的进度。

［1］ TB 10002．3－2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范［S］．北京：中国铁道出版社，2005．

［2］ JTG D62－2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］．北京：人民交通出版社，2004．

［3］ CEB－FIP Modlec Code（Design Code）［S］．Switerland：Thomas Telford Service Ltd，1998．

［4］ 东南大学，天津大学，同济大学．混凝土结构设计原理［M］．北京：中国建筑工业出版社，2003．

［5］ TB10415－2003铁路桥涵工程施工质量验收标准［S］．北京：中国铁道出版社，2008．

［6］ 洪 帆，周征征．混凝土收缩徐变在连续刚构桥施工过程中的影响分析［J］．交通科技，2009（S1）：1－3．

［7］ 杜思远．浅谈混凝土裂缝的成因和控制措施［J］．交通科技，2011（S1）：125－127．