107国道赤壁陆水二桥重建施工方案研究

严少波

(湖北省交通规划设计院　武汉　430051)

107国道赤壁陆水二桥重建施工方案研究

严少波

(湖北省交通规划设计院武汉430051)

摘要结合赤壁市陆水二桥拆除重建工程，介绍了工程主要技术标准，以及施工方案，从支架的充分利用、工期、造价等因素对主桥的挂篮施工方案和满堂支架施工方案进行了比较，并通过有限元软件对该桥进行受力计算，分析预应力钢束的布置对箱梁结构受力的影响。结果表明，满堂支架法施工方案能缩短建设工期，充分利用既有设施，在一定条件前提下有其优势。

关键词满堂支架法挂篮施工结构受力分析

1工程概况

陆水二桥位于107国道湖北省咸宁市赤壁市境内，跨越陆水河。陆水二桥建成于1989年，全长226m，桥面宽18m，桥型为4孔净跨径50m的刚架拱桥，设计荷载：汽-20、挂-100。上部结构为刚架拱片组成，下部结构为空腔重力式桥墩，钻孔灌注桩基础，重力式U形桥台。陆水二桥地处城区附近，重载车辆多，交通量大，其实际承载能力不满足现有交通量的需求，导致桥梁出现较严重病害。为保证桥梁正常运营，需对陆水二桥进行危桥改造。

经初步设计比选，确定采用20mT梁+(34m+2×54m+34m)预应力混凝土变截面连续箱梁+20mT梁方案。新建主桥上部构造为34m+2×54m+34m四跨一联的预应力混凝土截面连续箱梁，箱梁采用单箱双室直腹板截面。下部构造利用老桥承台及基础(老桥拆除上部结构及主墩)，新建2～4号主墩墩身采用整体式空心墩，1及5号墩为过渡墩，采用柱式墩。新老桥梁桥型方案对比情况见图1。

图1新老桥梁桥型方案对比图(单位：cm)

2主要技术标准

设计速度：60km/h。

汽车荷载：公路-I级。

桥面布置：全宽20m。

地震：工程区地震动峰值加速度为0.05g，按7度设防。

3主桥施工方案

本桥主桥为预应力混凝土变截面连续箱梁。随着桥梁建设技术的发展，在中等跨径的连续梁桥施工中，满堂支架施工逐渐被悬臂现浇施工工艺所代替[1]。但在本项目中，由于老桥拆除采用满堂支架方案，老桥拆除后满堂支架稍加改造，可以作为新桥施工的支架，因此主桥施工图阶段针对利用满堂支架和采取挂篮施工进行了同等深度比较。

3.1挂篮施工方案

箱梁0号块件采用支架施工，0号段两端分别用钢管作为悬臂施工状态的临时固结支撑体系(待全桥合龙后，拆除临时支撑体系)[2]。箱梁0号节段施工完成后，在其上面拼装悬浇挂篮。主桥箱梁采用先边跨后中跨的合龙顺序，边、中跨合龙段采用吊架施工。箱梁0号节段长11m，每个悬浇“T”纵向对称划分为6个节段，梁段数及梁段长从根部至跨中分别为3.0m，5×3.5m(见图2)。边、中跨合龙段长均为2m，边跨现浇段长6m。

图2　挂篮悬浇施工方案示意图

3.2满堂支架施工方案

满堂支架施工方案箱梁截面尺寸没有变化，节段长度及预应力布置张拉位置较原方案不同。箱梁0号节段长11m，每个满堂支架现浇“T”纵向对称划分为A0，A1，A2 3个节段(见图3)，梁段长分别为11.0，10.0，10.5m。中跨合龙段长为2m。

图3　满堂支架施工方案示意图(单位：cm)

满堂支架施工方案节段数较挂篮施工由7个节段减少为3个节段，除0号节段长度不变外，其余分段长度都增加。

3.3结构受力及造价情况

3.3.1结构受力

挂篮施工方案，混凝土主梁在施工阶段出现的最大压应力为11.1MPa，持久状况下，混凝土主梁上缘的最大压应力为15.86MPa，下缘的最大压应力为10.15MPa，主梁截面最大主压应力值为9.9MPa[3]。满堂支架施工方案，混凝土主梁在施工阶段出现的最大压应力为12.7MPa，持久状况下，混凝土主梁上缘的最大压应力为16.2MPa，下缘的最大压应力为12.0MPa，主梁截面最大主压应力值为16.2MPa。

从结构受力对比看，挂篮施工略优于满堂支架施工，但相差不大，都能满足规范要求。2种施工方案结构受力对比见表1。

表1　挂篮施工方案与满堂支架施工

3.3.2材料和造价

挂篮施工方案，主梁C55混凝土用量3 064m3，普通钢筋用量748.3 t，钢绞线用量128.5 t。满堂支架施工方案，主梁C55混凝土用量3 146 m3，普通钢筋用量881.1 t，钢绞线用量149.4 t。在建安费上，相比满堂支架施工，挂篮施工方案具有一定优势。2种施工方案施工材料用量对比见表2。

表2　挂篮施工方案与满堂支架施工

3.4结构受力差异分析

利用桥梁博士结构计算软件对陆水二桥2种施工方案建模分析，2种施工方案对结构受力的影响主要体现在顶板预应力钢束的布置，对荷载短期效应组合下截面上缘拉应力及荷载标准值组合下截面上缘压应力的影响。2种施工方案顶板预应力布置差异如下。

(1) 选用挂篮施工方案时，每个悬臂施工节段长3～5m，顶板预应力钢束可以直接锚固于箱梁节段截面内，锚固点距离截面上缘0.33m，见图4。

图4　挂篮施工方案纵向预应力钢束锚固断面示意

选用满堂支架施工时，部分施工节段较长图(10～11m)，如果预应力钢束仅锚固在每个箱梁节段截面内，其结构受力不能满足规范要求，为了改善结构受力情况，需要在箱梁节段内每隔3～5m设置齿板，用于锚固预应力钢束[4]，锚固点距离截面上缘0.825m，见图5。

图5　满堂支架施工方案纵向预应力钢束锚固断面示意图

取顶板钢束T2锚固点位置进行比较分析，当顶板钢束T2锚固于齿板时，锚固点距离截面上缘0.825m，荷载标准组合下截面上缘最大应力为15.8MPa，荷载短期效应组合下最小应力为4.1MPa，见图6。

图6　T2钢束锚固于齿板时上下缘应力示意图

调整顶板钢束T2锚固点至箱梁截面内，距离截面上缘0.33m，其他预应力钢束位置不变，此时，荷载标准组合下截面上缘最大应力为16.2MPa，荷载短期效应组合下最小应力为4.5MPa，见图7。

图7　T2钢束锚固于箱梁截面时上下缘应力示意图

当改变其他顶板钢束锚固点位置时，都可得到如下结论：预应力锚固点距离箱梁截面上缘越近，则截面上缘应力越大。故相较于悬臂施工，用满堂支架法施工时，箱梁截面上缘在荷载短期效应组合下，更容易出现拉应力，需要布置更多的预应力钢束，使结构受力满足规范要求。由于增加了齿板等构造的原因，混凝土及普通钢筋数量也相应地增加。

3.5方案选定

本项目地处城区附近，交通量大，工期要求较高。由于满堂支架方案浇注节段少，工期远小于挂篮施工方案(可缩短工期2个月，总工期21个月)，社会效益显著。且满堂支架是为拆除旧桥搭建，支架周转次数多，周转时间短，设备利用率高，使用辅助设备少(无需大型吊装设备)[5]。挂篮施工方案在结构受力和材料用量方面略有优势，但为其特制的20m宽挂篮(2对)为非标准宽度，制作费用高，后期利用率低。

两施工方案总造价基本相当，综合考虑社会效益和社会资源利用，选定满堂支架方案为本项目实施方案。项目现处于施工实施阶段。

4结语

满堂支架施工方案在结构受力和材料用量上不如挂篮施工方案，但具体到本项目，由于支架的再利用和节省特制挂篮的费用，其总造价基本相当。而且由于可以节省工期，有效利用社会资源，施工方案比选效果显著。

由于挂篮施工工艺的成熟，中等跨度连续梁桥满堂支架施工方案在设计中几乎被摈弃。 但本项目满堂支架在方案比选中显示出的合理性，在桥梁跨径不大的情况下，与老桥拆除方案相结合，是其他工程可参考的经验。

参考文献

[1]任翔,李浩,黄平明.支架现浇混凝土连续梁施工方案比选及监测成果分析[J].公路,2012(10):57-60.

[2]周卫,覃辉鹃.桥梁悬浇施工技术问题的探讨[J].公路，2004(8): 278-280.

[3]贾金青，余芳，闫长旺，等.连续梁桥悬臂施工截面应力分析[J].建筑结构学报，2011(23)：334-335.

[4]王依兰.支架法现浇连续梁施工方法及工艺[J].黑龙江交通科技，2010(8)：143-145.

[5]梅军，王新伟，梁华.满堂支架在现浇连续箱梁施工技术中的应用[J].江西建材, 2009(3)：82-83,86.

收稿日期：2014-10-19

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.015