预制悬拼变截面连续刚构的设计与施工技术研究

晏江驰

(浙江省交通规划设计研究院有限公司，浙江 杭州 310031)

1 绪 论

1.1 预制节段拼装研究现状

预应力混凝土连续刚构桥梁在跨越大河、沟谷等地形的桥梁设计中应用较广，具有跨越能力大、施工无体系转化、施工工艺成熟、桥梁整体性好、行车平顺性好、造价低等优点。传统悬浇变截面连续刚构施工工艺成熟，但存在施工周期长，施工场地安全风险较大，施工质量较难控制等问题，预制拼装施工相比传统的悬臂浇筑工艺施工周期大大缩减，提高施工区域及其周围的安全性，施工质量好，上部结构几何线形容易控制，以最大限度降低施工对社会交通车道的挤占、加快施工进度，减轻施工对周边环境的影响，减少工人长时间高空作业，降低施工风险等，本文结合新安江特大桥的设计与施工，浅谈悬拼连续刚构的设计及施工体会。

桥梁节段预制拼装至今已有60多年的历史，其背景乃二战后，欧洲为迅速修建大战期间破坏的桥梁，设计出许多开创性的桥梁工法，经济且高效的自动化桥梁工法应用而生。上世纪80年代以来，各国学者对节段施工体外预应力结构进行了细致深入的研究。

近十几年内，北美、西欧、日本等国相继制定发布了节段梁设计和施工的相关规范和规程。目前我国的节段预制拼装技术运用相对较少，更多的是采用满堂支架现浇和悬臂浇筑等方案。因此有必要针对我国公路建设的需要，对高速公路预制拼装桥梁设计和施工进行较为全面的分析研究。

本研究的主要目的是通过建立合理的有限元模型，结合公路桥梁施工图设计，对预制节段拼装结构从施工到成桥，再到运营等全过程的受力进行较全面的计算分析，研究预制节段拼装体外预应力混凝土箱梁的计算设计过程，并从设计、施工、管理等各个关键环节和工序采取一系列行之有效的质量保证措施及手段，从而保障预制节段梁的结构设计更合理、施工控制水平更高、施工质量更有保障，为预应力混凝土悬拼连续刚构桥的设计、施工、管理等方面取得宝贵的工程实践经验。以期推动预制节段拼装结构在我国公路建设中更广泛的应用。

1.2 项目概况

新安江特大桥位于浙江省建德市，是浙江省建德至金华高速公路跨新安江的一座特大桥，规划四级航道，净宽90 m，净高7 m，主桥跨径为75 m+130 m+75 m连续刚构，主桥主墩墩高约20 m，主墩及采用V型薄壁墩。本高速公路有另外一处跨越兰江的桥梁同样采用75 m+130 m+75 m连续刚构。从增加模板利用率的角度出发，将两处连接刚构统一预制，进行预制悬拼的施工方法，可以减少施工时间，降低或避免工人长时间高空作业，减少施工危险等。

2 节段梁计算

2.1 计算模型

主桥上部结构的采用midas civil 2012进行结构分析计算。主梁共划分94个单元，桥墩划分为44个单元，承台划分为2个单元。

结构离散图如图1所示。

图1 结构离散图

2.2 计算特点

相比悬浇箱梁计算，预制拼装节段梁的计算有以下不同，首先，预制悬拼节段梁的特点是普通钢筋不相连，对于全预应力构件设计来说，这对应力的影响基本忽略不计，但是对于承载能力极限状态的抗力影响较大，常规悬浇箱梁计算时考虑普通钢筋的作用，而预制拼装节段梁不考虑普通钢筋对截面抗力的贡献，以本项目为例，该作用达到抗力的5%左右，目前国内对于预制悬拼强度折减系数尚未深入研究，建议参考美国AASHTO规范相关内容；其次悬浇箱梁传统做法大多全部使用体内束，而预制拼装节段梁采用体内体外混合配束的方式，一般来讲，体内束满足箱梁自重及桥面系自重的作用，体外束则考虑汽车活载的作用，在计算过程中，控制好施工阶段梁体的应力，施工阶段梁体压应力储备控制在1 MPa以内。

3 构造设计

3.1 构造尺寸

(1)箱梁一般构造及特点

主梁形式为预应力混凝土箱梁。预应力混凝土箱梁采用单箱单室截面，顶板宽12.5 m，底板宽7 m，两侧翼缘各宽2.75 m。墩顶处梁高为7.8 m，边跨端部的梁高为3.2 m。梁底曲线为二次抛物线。与传统悬浇箱梁相比，预制悬拼箱梁有所不同，首先除了0#块和现浇湿接缝采用现浇外，其余所有的节段均采用预制节段，包括合拢节段。其次考虑到变截面箱梁预制节段数较多，而截面高度的不断变化，导致模板需求量很大，传统悬浇箱梁的底板从跨中到根部是不断变厚的，预制节段梁由于受力的需要也设置了底板从跨中到根部的变厚，但是通过处理，保证每个预制节段的底板等厚，使得施工变得相对简单。

(2)预应力布置

纵向预应力钢束分为体内束和体外束两种，体内束设置了顶板束、底板束、腹板束三种；体外束设置了边跨束和中跨束。顶板横向预应力钢束采用15-3型钢束，采用单端张拉方式。本箱梁不设置竖向预应力钢束。

3.2 剪力键

预制梁段两端设置凹凸交替的剪力键，用于传递梁段间剪切力。预制梁段近主墩支座端为凸形剪力键，远主墩支座端为凹形剪力键，在湿接缝两侧均为凹形剪力键。剪力键是节段间传递剪力、便于施工定位、保证节段匹配的重要构造措施。通常设在箱梁底板、腹板和顶板上。有时也设在翼板上。密齿剪力键一般在4 cm厚左右，太小则不利于混凝土粗骨料浇筑;太大不便于节段表面钢筋布置。

4 施工过程及注意事项

4.1 施工注意事项

(1)箱梁节段预制

箱梁节段在预制场地采用短线法预制，块件预制采用连续浇注，即依次浇注相邻块件，已浇好的块件可以作为相邻浇注块件的端模。梁段在预制场放置时间不少于3个月，施工组织设计时应留出足够场地。箱梁竖曲线可由高精度的折线拟合形成，具体由施工单位和监控单位根据施工工艺而确定该曲线，通过梁段上下缘长度不同形成竖曲线，梁段预制过程中建议保持一个端面为正交面。接缝采用环氧树脂密复式剪力键齿，预制箱梁节段时，接缝间需满涂隔离剂，利于节段脱离。

(2)预制节段箱梁安装

节段间匹配面的粘结剂采用环氧树脂，环氧树脂粘结剂的配合比、配制方法、物理力学性能以及固化时间等应由施工单位根据不同的温度等现场作业条件结合相关试验确定。胶层保持均匀，厚度控制在2～3 mm，在拼接时需妥善处理预应力波纹管孔口，可粘贴一块厚约10 mm的海绵垫圈(经环氧树脂浸泡)或其他可靠措施，以防止压浆时漏浆及匹配面处串孔、堵孔现象。节段拼装时的临时预应力采用精轧螺纹钢筋予以施加，临时预应力必须滞后纵向预应力五个节段才能拆除，以保证施工任何阶段主梁接缝处不小于0.3 MPa压应力。

5 结 论

(1)通过本文研究，对新安江预应力混凝土悬拼连续刚构桥从设计、施工、管理等各个关键环节和工序采取一系列有效的质量保证措施和手段，桥梁施工控制水平得以提高，得出全桥梁顶实测标高曲线趋势与设计值标高曲线趋势大致相同，全桥线形比较顺畅;实测应力值与理论应力值也比较吻合，梁体应力状态正常。本文研究为预应力混凝土悬拼连续刚构桥的设计、施工、管理等方面提供了一些实用的的工程经验。

(2)通过本文研究表明，变截面连续刚构桥梁成功的采用了节段预制拼装技术，并对预制节段连续刚构桥梁成桥过程的受力机理和施工及管理过程总结出了一些经验，对同类桥梁的设计及施工具有一定的参考价值。并为其在国内的推广奠定了一定的基础。