节段桥梁设计与施工的关键问题

2011-12-30赵逵

中国新技术新产品 2011年5期

关键词：钢束合龙悬臂

赵逵

（黑龙江省公路勘察设计院，黑龙江哈尔滨 150001）

引言

节段桥梁施工技术具有对环境交通影响小、对施工的地理位置要求低、施工工期短等优点，可基本实现无支架化施工，不影响现有交通，特别适合于对环境要求极高的城市桥梁的施工。本文就节段桥梁在设计方面存在的问题及具体施工方法进行了简要的探讨。

1 节段桥梁预制拼装法

首先，可以大幅度的缩短工期。与现浇箱梁相比，在进行下部结构施工的同时即可进行节段的预制。如果采用工厂化预制与混凝土低温蒸汽养护技术，每一节段的生产周期可缩短到1天。另外，由于采用了新型的特种架桥机设备进行节段的逐跨拼装，一跨箱梁的架设时间约为7天，大大缩短了施工周期。

其次，减小对环境的影响。节段拼装时占用的地面道路较少，施工过程中对地面交通与行人的干扰也较小，特别适合城市范围内的高架桥梁施工，除采取必要的安全措施外，可保持原有的交通运行，提高了文明施工程度。

再次，节段预制拼装工艺可保证桥梁的线型美观。由于预制时采用密贴镶合匹配浇筑法，而且整根梁的每个节段由同一套模板浇筑而成，保证了梁体的线型一致。

节段预制拼装工艺目前还存在一些局限性，减少这些局限因素应是今是改进和提高的目标。

设备一次性投入大。施工中涉及的主要设备包括预制模板、小平车、架桥机等，工厂化的预制模板包括能够自动脱模的内、侧模和自动找平的底模，这些都需要由专业的制造工厂进行设计、制造。

另外，通用性较差。在节段预制拼装施工中，模板系统和架桥机是一笔极大的投资，只有达到一定的工程量，才能达到一次摊销的目的。因为，每套模板是针对本次施工节段的长度和横断面，如果在以后的施工中运用该项工艺，就需对模板和架桥机进行重新改造。

其次，架桥机对纵坡、线性都有一定的限制条件，当桥梁的设计参数不满足要求时，将不能采用此项施工工艺。

2 节段桥梁悬拼拼装法

节段桥梁的施工方法很多，但就城市桥梁而言，悬臂拼装法是具竞争力的方案，即主梁在预制场地分段预制，留好预应力孔道，下部结构施工完成后，把梁段运到工地拼装，同时张拉所需的钢束。整个过程的结构体系为先是悬臂结构，合龙后形成连续体系。节段桥梁的分段长度可根据结构的受力要求及施工机具灵活划分。

设计方面，可采用高标号混凝土，预应力体系可多种多样，计算机的使用已使桥梁的结构分析及挠度控制十分简便。与满堂支架法相比，结构由简支到连续，存在结构体系转换问题，预应力及徐变引起的次内力已不容忽视。钢束既可布置在腹板内，也可布置在顶底板内，结构自重大大降低，跨越能力增强。

施工方面，可以节省大量的支架、型钢和模板，混凝土质量可以得到保证。对城市桥梁而言，不必用挂篮进行张拉钢束等作业，只需简单的移动支架即可。节段的预制可与下部构造同时进行，一方面大大加快了施工进度，另一方面可减少徐变带来的负面影响，充分发挥力筋的高强性能。节段的安装可充分利用机械化设备，安排在车流量较小的时段进行，对交通影响较小。

但是，节段式桥梁的技术要求较高，影响结构的因素较多，施工控制也很严格，对小跨度桥梁由于梁高较低，无工作面张拉连续力筋，不适宜采用节段桥梁。

3 节段桥梁设计和施工的关键问题

3.1 次内力

影响节段桥梁设计和施工的关键因素是次内力、节段间的连接、体系转换及高程控制等。节段桥梁的预应力筋可分悬臂力筋和连续力筋。结构的次内力主要为预应力产生的次内力和徐变次内力。悬臂力筋只是产生徐变次内力，而不产生弹性次内力，连续力筋则产生弹性次内力，当有多次体系转换时，也会产生徐变次内力。次内力(矩)的净效增加了中间支点处的负弯矩和跨中正弯矩，对结构产生不利影响。但次内力并非完全不利，连续结构中，可以把次内力有效地使用，从而增加结构的经济性。事实上，在悬臂拼装阶段，支点处的负弯矩随悬臂长度增加逐渐增大，刚合龙时跨中正弯矩很小。正是徐变次内力引起内力重分配使支点负弯矩减小，而跨中正弯矩增加，随着时间的增长及其它荷载的加入，结构整体受力趋向合理。预应力产生的次内力可用力法或等效荷载法计算。精确计算徐变次内力比较困难，与计算过程中的有关假设与实际出入较大有关，但不管采用什么方法，即使计算结果偏差较大，也不会对结构产生重大影响。

设计中，只要优化跨度及钢束布置，合理安排合龙程序，就可充分利用次内力的有利方面。

3.2 预应力钢束布置

节段桥梁的配束由悬臂力筋和连续力筋两部分组成，悬臂力筋布置在顶板、腹板及上梗肋内。顶板内钢束常布置成直线形，直接锚固在节段拼装面上，腹板内钢束一般为曲线形状，使钢束承担部分剪力。但有的大跨度桥梁只在顶板布束而不弯入腹腔板内，这给施工带来极大便利。连续力筋布置在底板内，在箱内底板上留锯齿块张拉锚固钢束。悬臂拼装的节段桥梁，钢束一般布成短束，弯起力筋只有2个弯折点，节段从预制到安装，大部分徐变已发生，因此预应力损失大大减少，可有效地增大永存预应力，使钢束的高强性能充分发挥。

悬臂拼装阶段，梁体需布置大量悬臂束，而体系完成后并不需要那么多钢束，为避免浪费，往往需设临时束。体外预应力体系是一种有效尝试。由于钢束布置在箱内(箱形梁)可以将截面做得更薄，通过控制张拉力，有效地控制及调整施工中的挠度和预拱度。但体外预应力结构极限承载能力稍低，如何合理地使用，尚需进一步研究。

3.3 安装定位及挠度控制

节段的拼装常做成企口缝。腹板企口缝用于调整高程，顶板企口缝可控制节段的水平位置，使拼装迅速就位，并能提高结构的抗剪能力。有的在预制节段的底板处设预埋件，用以固定拼装时的临时筋；也有的在腹板拼装面设连续的凹凸榫，顶板上仅留有2个水平半圆形和2个垂直梯形槽口的接榫供安装定位用。

安装就位时，宜在拼装面涂环氧树脂，使拼装面粘接较好。挠度控制往往是设计和施工的关键问题，所设的预拱度必须根据施工情况及徐变情况作精确分析和计算，并及时调整，一般可通过张拉力筋或控制力筋张拉力调整，必要时可用千斤顶调整，接触面的接缝间可嵌入较软金属(如铜)。城市桥梁由于搭移支架方便，也可在局部布置临时支架进行调整。挠度控制不好，不仅影响线形，而且合龙难度较大，必须精心设计和施工。