浅析三山南桥设计与施工

2013-01-17吴念

城市道桥与防洪 2013年5期

吴念

（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉 430071）

1 工程概况

三山南桥旧桥位于佛山市南海区三山港橹尾撬水道上，是连接三山与南海、顺德各地的主要通道，该桥对三山港的开发建设具有重大的社会与经济意义。

该旧桥于1991年10月动工，1993年2月完工。随着广东经济的发展，原桥上通行的载重车辆日益增加，旧桥汽车-20级的荷载等级标准偏低，同时，旧桥主跨跨径为40 m，主跨桥墩位于河床中心，不能满足橹尾撬水道规划Ⅵ级航道最小净宽60 m的要求，为了满足航运规划和桥梁通行能力的要求，三山南旧桥必须拆除，在旧桥桥位附近另外新建新桥。

新建三山南桥桥涵设计荷载采用公路—I级，主桥分上下行两幅桥，每幅桥梁宽度16.2m，主桥为45 m+70 m+45 m预应力混凝土连续梁结构，连续梁总体布置见图1所示。

主桥单幅桥在两个主墩上按“T构”用挂篮分段对称悬臂浇筑施工。全桥按对称悬臂浇筑→边跨合拢→中跨合拢顺序进行施工。

2 主要技术标准

（1）道路等级:公路-Ⅰ级。

（2）人群荷载：3.5 kN/m2。

（3）设计车速：60 km/h。

（4）车道数：双向6车道。

（5）地震动峰值加速度0.1 g，对应地震基本烈度Ⅶ度。

（6）设计洪水频率：1/100。

（7）通航标准：Ⅵ级。通航净宽不小于62 m，通航净高不小于6.0 m。

（8）被交防洪堤、防洪堤路净高4.5 m。

（9）被交环堤路、桥下掉头车道净高5.0 m。

（10）桥梁宽度：主桥宽34 m，为双向6车道，3.5 m人行道＋12.0 m行车道＋0.5 m墙式护栏＋2 m中央分隔带＋0.5 m墙式护栏＋12.0 m行车道＋3.5 m人行道＝34 m；引桥不设人行道，宽28 m，0.5 m墙式护栏＋12.0 m行车道＋0.5 m墙式护栏＋2 m中央分隔带＋0.5 m墙式护栏＋12.0 m行车道＋0.5 m墙式护栏＝28 m。

3 主桥上部结构设计与计算

3.1 结构尺寸

主桥上部结构为（45+70+45）m三跨预应力变截面连续箱梁，由上、下行分离的两个单箱双室箱型截面组成，其横断面见图2所示。单个箱体顶板宽16.20 m，厚0.28 m，设2%的横坡；底板宽10.8 m，厚度从跨中至距主墩中心3.75 m范围按二次抛物线由0.25 m变化成0.6 m，横桥向底板保持水平；箱梁根部梁高4.0 m，跨中梁高2.0 m，箱梁梁高从距跨中1.0 m至距主墩中心1.75 m处按二次抛物线变化；腹板厚度0～6号块为0.65 m，8～10号块为0.45 m，在7号块范围内由0.65 m按直线变化至0.45 m；翼缘板悬臂长为2.7 m，端部厚0.18 m，根部厚0.65 m。除在主墩墩顶设置一道厚2.5 m的横梁，边跨端部设厚1.5 m的横梁外，其余部位均不设横梁。主桥箱梁混凝土强度等级采用C50，按全预应力构件设计。

3.2 结构计算

3.2.1 计算模型的建立

主桥上部结构计算模型采用平面杆系单元，采用MIDAS/CIVIL 2010进行分析计算。全桥共划分66个单元，67个节点。全桥结构计算模型见图3所示。

3.2.2 计算参数的取值

C50混凝土：容重：26 kN/m3；

弹性模量：3.45×104MPa。

基础不均匀沉降：1.0 cm。

箱梁整体升温：+25℃。

箱梁整体降温：-20℃。

竖向日照温差：T1=14℃,T2=5.5℃，竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。

管道摩擦系数：μ＝0.17。

管道偏差系数：κ＝0.0015。

锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值（一端）：6 mm。

相对湿度：80%。

混凝土加载龄期：7d。

3.2.3 计算结果

按规范JTG D62-2004有关规定对各种荷载进行不同的荷载组合，对结构的施工阶段应力、持久状况承载能力极限状态、正常使用极限状态、短暂状况应力均进行了验算。通过计算，施工阶段应力验算最大压应力为12.07 MPa，最大拉应力为0.53 MPa，分别满足相应的应力限值18.14 MPa和2.44 MPa。承载能力极限状态验算最大弯矩和剪力分别为72280 kN·m和25465 kN，分别小于相应结构抗力103513 kN·m和41498 kN。正常使用极限状态正截面抗裂验算均未出现拉应力，斜截面主拉应力为0.73 MPa，小于拉应力限值1.06 MPa。因此，施工阶段应力验算、承载能力极限状态验算，以及正常使用极限状态验算均满足规范相应要求。

4 施工过程中出现的问题及处理

三山南桥于2010年下半年开始施工，在施工的过程中，出现了以下几个方面的问题，通过各参建单位的讨论研究，这些问题基本都得到了解决。

（1）部分桩基施工时实际地质情况与地质资料不符。三山南桥主桥和引桥桩基都是按嵌岩桩进行设计，桩底要求进入中风化或微风化岩层。但是，佛山地区地质情况比较复杂，在施工的过程中先后出现了岩层里有裂隙，有夹层等不良地质情况，主墩8#桥墩还出现了同一承台下6根桩的地质情况有较大差别的情况，给现场施工及桩基终孔的判定增加了难度，最后只能按照设计单位提供的终孔原则（按设计图纸中要求的桩基入岩深度来控制）进行判断终孔，导致有较多的桩基都进行了加长。对于这种地质条件比较复杂的地区，在综合考虑各种因素后，设计时可考虑采用摩擦桩，以减少后续施工过程中的变更。

（2）设计交桩时提供的控制点被破坏。该项目为重建项目，设计交桩的控制点（除去部分已遭破坏的控制点）基本上都位于原有老路上，施工时由于不能封闭原有交通，也没有对控制点进行很好的保护，导致部分控制点被破坏，最后只能采用加密的控制点对路线的高程进行控制。对于控制点位置的选择，应该尽量选择不易被破坏的位置。同时在施工的开始阶段，应该对设计提供的控制点进行复测并加强保护，根据施工的需要加密控制点，每隔一定的时间就应该重新对控制点进行复测，以便提供准确的测量数据。

（3）主梁悬臂施工时挂篮的刚度不够。挂篮施工通过专家评审会后，在实际的施工过程中发现浇筑混凝土后，挂篮底模同一截面不同位置高程存在一定的差别（同一截面的不同位置底板高程是应一样的），并且连续几个节段都出现这种问题。经参建各方讨论认为：虽然该项目主梁悬臂施工采用的挂篮在其他的项目成功应用过，也通过了专家评审，但是，由于该项目采用的挂篮是旧挂篮，挂篮使用的钢材存在一定的锈蚀和缺陷等问题，导致挂篮的实际刚度没有达到理论的计算值，吊带和底模纵梁刚度不足，最后，通过增加手拉葫芦减小吊带的受力，增加底模纵梁的支撑点，从而使挂篮的刚度有了一定的提高，为主梁的顺利合拢打下了基础。因此，悬臂施工挂篮的设计是关键，该项目采用的挂篮较笨重，挂篮自身重量较大，对挂篮整体的刚度也有一定的影响，设计施工时应该合理设计挂篮的结构形式，尽量采用轻型挂篮。

（4）悬臂施工时混凝土的养护不到位。主桥箱梁悬臂施工时是夏天，白天气温比较高，昼夜温差较大，施工单位采用在浇筑的混凝土表面铺麻袋，洒水养护，结果箱梁顶板顶面和箱室内腹板还是出现了一些微裂缝，经过分析，认为裂缝造成的原因主要是混凝土的干缩引起的，施工单位在养护洒水的时候是每隔2 h洒水一次，但是白天气温比较高，浇筑的混凝土还是会出现间断的无水养护的状态。鉴于这种情况，最后采用水管一天24 h不间断供水洒水，并指派专人进行管理的方式，使混凝土的养护到位，裂缝明显减少。