高墩连续刚构的合拢方案研究

郑楷柱，林敏

（广东省公路勘察规划设计院股份有限公司，广东广州 510507）

1 工程概述

湖南省炎汝高速公路属于山区高速公路，其中黑垅大桥跨越山间洼地。桥位两端位于低山地区，跨越山间洼地及地方道路，地形较起伏大，地表植被发育，地面标高441.0～551.7 m。本桥位于整体式路基段，桥跨组合为13×30 m先简支后结构连续T梁+（60+100+60）m连续刚构+6×30 m先简支后结构连续或连续刚构T梁，见图1。平面上，桥梁位于R=740.675 m圆曲线上，中心桩号K145+262，桥长790 m，桥面总宽为2×12 m，净宽2×11 m。

图1 主桥桥型布置图（单位：cm）

主桥连续刚构上部结构采用(60+100+60)m预应力混凝土连续刚构，边中跨比为0.6。主梁采用C55混凝土。左、右幅桥宽均为12 m，采用单箱单室箱形断面，其中底宽6.5 m，两侧翼缘板悬臂长2.75 m。主梁根部梁高H根=5.8 m，跨中及边跨端部梁高H中=2.8 m，H根/L=1/17.24，H中/L=1/35.714。主梁梁高变化采用2次抛物线。主梁采用三向预应力体系，包括纵向预应力、横向预应力和竖向预应力。下部结构主墩采用薄壁空心墩，墩身采用单箱单室断面，纵桥向宽3.5～5 m，对应壁厚为0.6～1.1 m，横桥向宽与上部箱梁底宽相同为6.5 m，对应壁厚为0.6 m；由于左右幅桥横断面位于陡坡上，主墩承台采用分离式承台，承台平面尺寸为10.2 m×10.2 m，承台厚度3.5 m。半幅桥主墩基础采用9根180 cm桩径的钻孔灌注桩。下部结构过渡墩墩身为薄壁空心墩，墩身采用单箱单室断面，纵桥向宽2.6 m，对应壁厚为0.6 m，横桥向宽为7 m，对应壁厚为0.6 m。过渡墩承台平面尺寸为8 m×8 m，承台厚度3 m。半幅桥过渡墩基础采用4根180 cm桩径的钻孔灌注桩。

施工方法采用挂篮悬臂浇筑。

2 合拢方案拟定

合拢顺序是连续刚构施工过程中的关键问题。首先，合拢改变了合拢段所在跨的静定性质及浇筑梁段的收缩徐变进程，随着超静定次数和收缩徐变的变化，桥梁将产生与施工关联较大的次内力及内力重分布，影响成桥结构的位移和内力状态；其次，合拢顺序是施工控制的敏感因素，每批合拢的内容不同，施工的难易程度就有所不同，对误差累积也有明显影响；再者，合拢顺序直接关系到各墩的施工进度安排，对工期和成本都有极大影响。目前常见的合拢顺序有两种：一是先边跨合拢，再中跨合拢；二是先中跨合拢，再边跨合拢[1-2]。

根据桥位处的地形情况，边跨过渡墩墩高最高达到32 m，并且过渡墩均位于山坡陡坎上，表层地质属于全风化松散的砂砾土。由于本桥主桥的合拢方式决定了本桥高墩边跨直线段施工方案，这又是本桥的施工难点和重点，为此拟定了三种合拢方案[3-6]：

方案一：挂篮平衡悬臂浇筑，先合拢边跨，后合拢中跨。这是较常用的合拢方式。合拢段取2 m，则边跨现浇段长度8.8 m，此时需要在边墩附近搭设高支架现浇边跨现浇段。

方案二：挂篮平衡悬臂浇筑，先合拢中跨，形成“Π”形结构，两边跨悬浇4 m长节段，边跨直线段4.8 m，可采用三角托架现浇施工，最后合拢边跨。这种合拢方式缩小了边跨现浇段长度，可以采用三角托架施工边跨现浇段。

方案三：首先挂篮平衡悬臂浇筑至中跨最大悬臂，接着在边跨悬浇4 m长节段，同时在中跨设置配重确保平衡，之后用三角托架现浇施工4.8 m长边跨现浇段，合拢边跨，最后合拢边跨。这种合拢方式缩小了边跨现浇段长度，可以采用三角托架施工边跨现浇段。

3 合拢方案比选

3.1 方案一合拢顺序

主梁合拢方案一的详细施工顺序为：（1）主墩顶立托架现浇0#、1#梁段,并张拉预应力钢束,然后安装挂篮。（2）挂篮悬臂对称浇筑2#～13#梁段并张拉相应纵向、横向、竖向预应力钢束。（3）搭设边跨支架现浇边跨现浇段（15#梁段）。（4）吊架施工边跨合拢段（14#梁段），完成边跨合拢。（5）中跨悬臂端施加顶推力，调节墩身内力。（6）吊架施工中跨合拢段（14#梁段），完成中跨合拢。顺序见图2。

图2 方案一合拢顺序示意图

3.2 方案二合拢顺序

主梁合拢方案二的详细施工顺序为：（1）主墩顶立托架现浇0#、1#梁段,并张拉预应力钢束,然后安装挂篮。（2）挂篮悬臂对称浇筑2#～13#梁段并张拉相应纵向、横向、竖向预应力钢束。（3）吊架施工中跨合拢段（14#梁段），完成中跨合拢，形成“Π”形结构。（4）两边跨悬浇4 m长节段（14#a梁段）（5）三角托架现浇施工边跨现浇段（15#梁段）。（6）吊架施工边跨合拢段（14#梁段），完成边跨合拢。顺序见图3。

图3 方案二合拢顺序示意图

3.3 方案三合拢顺序

主梁合拢方案三的详细施工顺序为：（1）主墩顶立托架现浇0#、1#梁段,并张拉预应力钢束,然后安装挂篮。（2）挂篮悬臂对称浇筑2#～13#梁段并张拉相应纵向、横向、竖向预应力钢束。（3）在边跨悬浇4 m长节段（14#a梁段），同时在中跨设置“不平衡悬浇配重”确保不对称悬浇的受力平衡。（4）三角托架现浇施工边跨现浇段（15#梁段）。（5）吊架施工边跨合拢段（14#梁段），完成边跨合拢。（6）吊架施工中跨合拢段（14#梁段），完成中跨合拢。顺序见图4。

图4 方案三合拢顺序示意图

3.4 方案比选

为了方便在同等条件下进行方案对比，连续刚构的主梁采用相同配束编束，墩身采用相同的配筋；由于主墩高达74 m，不同的合拢方案对于主墩内力相比主梁内力情况更敏感，墩身的设计情况起控制作用。通过计算可知，桥墩墩顶截面为控制截面，现将控制截面的内力及承载能力对比见表1。

结合表1的数据，通过对比计算可知，方案一施工顺序在施工过程中不产生不平衡弯矩，成桥后由于收缩徐变、二恒等荷载作用下，将使墩顶截面内力成为控制内力，并且可以通过施加顶推力调整墩顶与墩底截面的内力；此时墩身内力最小，在同等配筋情况下富余最多。方案二施工顺序由于存在“π”形刚构不平衡悬浇，将对墩产生永久的不平衡弯矩，对墩的受力不利，大大降低桥梁运营过程中墩身安全余度；此时在同等配筋情况下富余最少。方案三施工顺序在合拢前基本对称施工，对桥墩受力较小，同时“不平衡悬浇配重”是在成桥后的结构整体刚度较大的体系下进行卸除，桥墩在卸除“不平衡悬浇配重”后产生的弯矩相对较小，同时对墩身产生往边跨侧推的效应，可以通过调整“不平衡悬浇配重”的重量，适当调整墩身内力；此时在同等配筋情况下富余适中。

对于合拢方案施工的难点和造价差异主要体现在边跨现浇段的施工。方案一的现浇直线段长度为8.8 m，采用落地式支架施工，存在支架高度达32 m高，高支架施工风险和代价大，但挂篮平衡悬臂浇筑，施工控制相对容易。方案二和方案三的现浇直线段长度为4.8 m，采用托架施工，避免高支架施工风险和减少施工措施费用，但方案三通过“不平衡悬浇配重”，实现不对称悬浇的受力平衡，施工控制要求高。

表1 墩身控制截面的承载能力及裂缝对比表

综合考虑墩身受力情况、边跨现浇段施工难易和施工措施费用，由于方案三墩身安全度有保证，施工风险适中，施工费用低，所以推荐采用方案三的合拢方案。

4 结语

对于高墩连续刚构，不同的合拢方案对于墩身的受力差异大，施工难易也差异大，特别是对于边跨现浇段的施工，成为合拢方案的重点，所以合理选取合拢方案对于控制墩身的安全度、降低施工难点和风险，具有重要意义。黑垅大桥的合拢方案选取，对于类似的高边墩长边跨连续刚构合拢方案的选取具有一定的借鉴意义。

[1]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]范立础.桥梁工程(上册)[M].北京:人民交通出版社,1996.

[3]彭亮.连续刚构桥高墩边跨现浇段施工方案的探讨[J].黑龙江科技信息,2013(15):284-285.

[4]龚玉华,陈雷,陶路,等.山区连续刚构桥高墩边跨现浇段施工方案[J].世界桥梁,2012(3):20-23,27.

[5]陈列,徐公望.高墩大跨预应力混凝土桥桥式方案及合龙顺序选择[J].桥梁建设,2005(1):33-35,51.

[6]程伟,陈斌,肖红梅,等.不平衡长度悬浇现浇段及合龙段施工方法探讨[J].公路交通科技(应用技术版),2007(6):95-96,99.