城区桥梁上部结构的设计与施工

彭永利

（湖北省交通规划设计院 武汉 430051）

鄂东长江公路大桥位于湖北黄石水道上游，桥位北岸为浠水县散花洲李渡村，南岸为黄石市，桥梁和路线全长为15.15 k m。鄂东长江公路大桥是沪渝高速公路湖北省东段（武黄高速公路和黄黄高速公路）和国家高速公路网大庆至广州公路湖北段的共用过江通道，为国家重点工程。

大桥全长5.765 k m，南引桥除跨两处城区道路采用现浇连续箱梁外，余均采用30 m装配式小箱梁，南引桥长3.502 k m（38～152号墩），占全桥长度的60.7%。本引桥穿越了黄石港区、黄石团城山开发区和鄂州花湖经济技术开发区。桥梁横幅宽度33 m，为双幅分离的平行桥梁。桥跨布置为：90孔×30 m装配式小箱梁＋27.2 m＋54 m＋27.2 m现浇连续箱梁＋12孔×30 m装配式小箱梁＋33 m＋54 m＋33 m现浇连续箱梁＋7孔×3 0 m装配式小箱梁。3 0 m装配式小箱梁跨度长且跨越城区，是控制性工程之一。

1 结构比选

桥型方案选择时需要综合考虑设计、施工、养护、管理等成本效益，分析其安全、环保、运营等社会效益，本着安全、适用、经济、美观和有利环保的原则，尽可能做到设计标准化、施工机械化，便于统一集中预制安装，就地取材、方便运输、缩短工期、节省工程造价。在桥梁经济指标相差不大的情况下，重点考虑桥梁的美观，尽量与自然环境和景观相协调，选用综合效益最佳的桥型方案。高速公路上被广泛使用的桥梁类型为小箱梁、T梁、空心板和现浇箱梁，现浇箱梁工艺要求较多、造价高，仅在预制结构难以实施的情况下使用，综合目前高速公路的使用情况，引桥上部结构方案比选见表1。

表1 上部结构方案比较表

装配式小箱梁外形美观、结构轻巧且具有工厂化和标准化生产等优点，是跨越城区高速公路桥梁具有较强竞争力的优选结构形式，南引桥上部结构综合各方面因素比较后，推荐采用30 m装配式小箱梁。

2 结构设计与计算分析

2.1 结构构造

30 m装配式小箱梁采用多箱单独预制，简支安装，现浇连续接头的先简支后连续的结构体系。主梁沿纵向外轮廓尺寸保持不变，每幅桥由5榀箱梁组成，30 m装配式小箱梁横幅布置图见图1。每榀梁中心高1.8 m，通过顶板倾斜形成桥面横坡，梁底宽1 m，中梁顶宽2.4 m，边梁顶宽2.95 m，跨中部分顶板、腹板及底板厚度均为18 c m，梁端顶板厚度18 c m，腹板厚度28 c m，底板厚度25 c m，梁与梁间湿接缝宽75 c m，连续墩顶箱梁通过现浇30 c m厚中横梁形成结构连续［1］。

图1 30 m装配式小箱梁横幅布置图（单位：c m）

预应力钢束采用直径为Φs15.20 mm的高强、低松弛钢绞线，技术标准应符合GB／T5225－2003的要求，标准强度为1 860 MPa，计算弹性模量为195 GPa，预应力束表见表2。

表2 预应力束表

2.2 结构计算

选取南引桥一联5×30 m（一联4×30 m、3×30 m的受力情况类似）装配式小箱梁。结构体系为先简支后结构连续。

2.2.1 计算模型和方法

采用桥梁博士，按直线桥计算，结构离散图见图2。全桥共划分为103个单元，104个节点，其中桥面系单元103个，永久支撑6个，在第4个支点设置竖向和水平约束，其余均设竖向约束。跨中荷载横向分配系数按刚接梁法计算，支点荷载横向分布系数按杠杆法计算。

图2 结构离散图

2.2.2 计算分析

采用平面杆系结构有限元思想，从预制到结构体系转换及成桥各阶段进行模拟分析。数值模拟时考虑：桥梁所处的环境条件、结构设计的安全等级、主梁跨经及截面形状、主梁混凝土配合比、预应力束位置、预应力大小、汽车荷载等级、汽车冲击力、有效温度、温度梯度效应、混凝土收缩及徐变、施工顺系、拆除临时支座及支座沉降等因数。主要荷载组合，组合I：结构重力＋预加力＋收缩徐变＋汽车荷载；组合II：结构重力＋预加力＋收缩徐变＋汽车荷载＋有效正温差＋梯度正温差＋支座沉降；组合III：结构重力＋预加力＋收缩徐变＋汽车荷载＋有效负温差＋梯度负温差＋支座沉降。总体静力计算按施工阶段和使用阶段分别进行验算，主要内容包括承载能力极限状态验算、抗裂验算、应力验算等。其中最重要的是体系转换的分析，它是先简支后结构连续体系设计的关键，将直接影响到桥梁的线形及结构的稳定。计算结果表明：结构在各种工况下的验算结果均满足规范要求［2］。

3 施工工艺流程与关键技术

3.1 主要施工工艺流程

主要施工工艺流程见图3。

图3 主要施工工艺流程图

3.2 小箱梁预制［3］

（1）预制前准备工作。先施工台座两端扩大基础，然后施工台座及龙门吊轨道基础，最后进行场地硬化。台座高25 c m，整个台座按二次抛物线设置预拱度，跨中预拱度为2 c m。台座两边布置5×5 c m角铁，以便粘贴止浆带。在距离两端台座1 m处预留30 c m宽的空隙，作为穿起吊钢丝绳的预留孔道，浇注混凝土时，安装一块活动底模。本桥预制场设置在105～110号墩之间。

（2）钢筋绑扎、波纹管及模板安装。底板、腹板钢筋绑扎前，在现场台座上涂一层地板蜡，在角铁上粘贴止浆带，并在台座侧面用油漆标出钢筋位置。绑扎钢筋时，安装好2 c m厚的塑料垫块。为防止腹板钢筋倾覆，采取将腹板钢筋与底板钢筋电焊连接。底板、腹板模板安装由龙门吊配合人工进行，2节模板之间用螺栓连接紧密，外模底部穿直径22 mm拉杆（孔道预埋在台座内），顶部穿直径28 mm拉杆。内模2 m 1节，用螺栓牢固连接内模。按设计图纸位置安装好波纹管，波纹管接头处用粘胶带缠裹严密，防止漏浆。内模及外模安装后，绑扎顶板钢筋，并安装好扁波纹管。

（3）混凝土浇注及振捣。混凝土由料斗运至现场，龙门吊吊起料斗入模。混凝土浇注方式从一端向另一端整体阶梯形推进。即先浇注一段底板，然后浇注腹板、顶板，如此反复直至浇注完毕。浇注腹板时注意两边腹板对称、分层下料，分层厚度不超过30 c m。采用I16作为压梁，压住内模顶部，外边用花篮螺丝固定在外模上。待混凝土浇注至顶板时，拆除压梁。底板振捣由工人进入内模中，采用直径5 c m插入式振捣棒振捣，特别是底板与腹板连接处要仔细振捣密实。腹板振捣采用附着式振捣器和插入式振捣器联合振捣工艺。附着式振捣器不能空振，必须在有混凝土的部位才能开动附着式振捣器。顶板混凝土振捣采用插入式振捣器振捣。振捣时，振捣棒不能碰撞波纹管、锚垫板及预埋件，锚垫板处混凝土一定要振捣密实。

（4）拆模及养护。当混凝土强度达到2.5 MPa时开始拆除模板，内模采用人工拆除，从小箱梁内拖出。外模拆除时，先拆除上下拉杆和连接螺栓，敲击木楔，使模板落下，然后由龙门吊吊离。混凝土初凝后，开始洒水养护，养护时间为7 d。顶板上采用覆盖土工布洒水养护。腹板及底板由工人进入内腔中洒水养护。养护时不能形成干湿交替，必须保持混凝土表面湿润。

3.3 小箱梁运输、安装

（1）小箱梁运输。小箱梁吊装采用捆绑式，存梁区设在102～105号墩桥面上。预制场成品梁利用场内2×60 t龙门吊纵移至小车上，运梁小车自行至架桥机吊钩下方，等待起吊。架桥机采用DF50／150III型，运梁车采用ZXLC120型。小箱梁边梁重102 t，中梁重97 t，先用龙门吊依次安装105号～104号～103号～102号（此部分作为存梁区），再用架桥机依次安装102～38号，110～152号，最后用龙门吊依次安装105～110号（预制场）。

（2）小箱梁安装。根据实际放样的路线中心线和墩中心线里程，在盖梁顶面标出每孔的纵向中心线和支座中心线等，在支座垫石混凝土达到设计强度后标出小箱梁端位置横线，并对垫石表面、梁底面清理干净。架桥机安装完成并试吊合格后，进行架桥机前移就位工作，首先将行梁移至靠近横梁处，并增加后端平衡重量，确保其抗倾覆安全系数大于1.5。拆除前支撑，使架桥机呈全悬臂状态，自动牵引卷扬机，让架桥机前移，前移至设计位置后，固定好架桥机，并将交叉拉杆收紧，以确保横向稳定性。小箱梁安装的顺序为：先两边，后中间。安装前应认真清扫混凝土表面，精确地测量出支座安装的平面位置和高度。小箱梁起吊吊点按设计规定的位置，吊具采用钢丝绳，在吊装过程中尽量减少停顿起步次数，下落应平稳，避免架桥机承受过多的冲击荷载及水平力。小箱梁安装前，先设置临时砂箱支座，待一跨安装完毕后，将架桥机移至下一跨，进行安装工作。

（3）小箱梁安装技术措施。架桥机前移时必须将后行梁移至后支腿附近，且行梁上的平车居中移动前必须清除所有障碍。移动时由专人观察行走情况，行走速度不宜太快，尽量减少时停时移的次数，在移动时发现异常情况，应及时与电控中心联系，以免造成严重后果。在运送过程中，小箱梁在平车中的支撑及固定应高度重视，两跨之间的缝隙采用砂袋回填，负弯矩区的齿槽需铺设钢板，保证小箱梁运输安全。在吊安过程中，应保证吊具的强度和刚度绝对满足要求，尽量做到操作的连续性和平稳性。

3.4 简支变连续体系转换

结构体系转换的重点是要保证梁体均匀、同步下降，支座同时受力。具体施工步骤如下。

（1）在桥面墩顶附近布置测量点（标尺），精确抄平并作好初始值记录。

（2）人员组织落实，进行技术交底，交代操作要点。箱梁安装就位后，将桥面板钢筋及端横梁钢筋临时焊接。浇注连续接头、中横梁及两侧与顶板负弯矩束同长度范围内的桥面板，混凝土用手推车运至浇注地点，插入式振捣器振捣密实，洒水养护。待混凝土养护至设计强度的95%后，按先短束后长束的顺序张拉顶板负弯矩预应力束，采用逐根两端对称张拉，并灌浆封锚。接头施工完毕后，由每联跨中向支点浇注剩余部分桥面板湿接逢。

（3）张拉连续钢束后，由1联两边跨开始对称向中跨落梁，在每个墩两侧对称进行，下落方法是打开砂孔，缓慢均匀地放出砂筒中的砂，以便小箱梁平稳均匀下落。临时支座采用砂箱（卸荷砂筒）制作，比永久支座高10 mm，以便拆除。砂箱采用钢管制作而成，内填干砂，砂筒与顶心之间间隙用沥青填塞，防止砂子受潮。根据小箱梁和架桥机荷载计算，每个砂箱承载力为1 000 k N，为保证小箱梁安装后不沉降，临时支座在安装前进行预压。每榀小箱梁每端设2个临时支座（伸缩缝一侧直接安装永久支座）。同时将永久支座安装于墩顶接头中心下的支座垫石上。

（4）测量桥面量点标高，作好记录，并检查梁体混凝土有无裂纹或损坏.资料汇总分析，总结经验，指导下一步施工。

小箱梁形成连续梁后，方可拆除临时支座，先两边后中间，其方法是敲、凿或用氧气焊枪烧割。

4 结语

（1）对30 m装配式小箱梁的计算分析，验证了在承载能力极限状态下与正常使用极限状态下的受力性能，其结构的强度、刚度等各项指标满足规范要求，结构安全、可靠。

（2）对30 m装配式小箱梁主要施工流程与关键工艺的阐述，为同类桥梁各施工环节的质量控制提供参考。

（3）目前南引桥已建成通车，该桥安全状况良好。小箱梁外形美观、结构轻巧，便于标准化、工厂化批量预制，现场拼装施工，是城区桥梁优选结构类型之一。

［1］ 湖北省交通规划设计院.鄂东长江公路大桥两阶段施工图设计［Z］.武汉：湖北省交通规划设计院，2007.

［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］ JTG／T F20－2011公路桥涵施工技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2011.