预应力箱梁挂篮悬浇改满堂支架现浇若干问题浅析

郝 翠，曹新垒

（安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽合肥，230088）

预应力箱梁挂篮悬浇改满堂支架现浇若干问题浅析

郝 翠，曹新垒

（安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽合肥，230088）

结合某预应力混凝土桥梁施工方案变更实例，本文对箱梁挂篮悬浇改满堂支架现浇的若干问题进行分析研究，并分析了方案变更对上部结构受力的影响，同时对变更后采用的满堂支架方案进行了综合评价，可为同类桥梁变更设计施工提供相应参考。

桥梁施工，方案变更，挂篮悬浇，满堂支架

0 引 言

预应力混凝土变截面连续箱梁常规施工方法多为挂篮悬臂节段浇筑施工[1]-[3]，但因受施工现场情况以及工期成本要求等多种客观因素的限制，有针对性的采用满堂支架施工也会带来便利性和经济性双重收益。施工方案的变更必然引起结构变化，需要设计上对箱梁结构进行重新设计复算，针对结构的受力情况进行分析[4]-[6]，采取相应的设计措施保证方案变更后的结构安全耐用，满足使用需求。

1 工程概述及变更原因

某桥上部结构为（38+65+38）m的三跨变截面预应力混凝土连续箱梁，跨越防洪大堤，该桥单幅箱梁宽20.75 m，单箱双室结构。箱梁0#块梁高4.0 m，主梁跨中高度为2.0 m，顶板宽20.75 m，顶板厚0.28 m，底板宽14.25 m，底板厚由0.65 m变化到0.32 m，腹板厚由0.65 m变化到0.5 m，按2次抛物线变化。由于本桥建设工期紧张，且本跨堤桥所在地形条件较好，因此施工单位向建设单位提出将上部结构施工方案由挂篮悬臂浇筑变更为满堂支架现浇方案。

2 上部结构设计要点

2.1 箱梁结构尺寸变化

原挂篮悬浇方案：主梁0#块节段总长9.0 m，在桥墩两侧临时支架上立模现浇，边跨支架现浇

图1 挂篮悬浇方案箱梁节段构造图（单位：cm）

满堂支架现浇方案：梁体外形保持与原设计方案相同，箱梁纵向分为边跨现浇段，墩顶现浇段，中跨现浇段以及两个后浇合拢段。其中现浇梁段可同时浇筑。五个现浇梁段长度分别为：两个27.0 m主墩墩顶现浇段，两个24.4 m的边跨现浇段以及长度34.0 m的中跨现浇段。边跨与中跨的合拢段长度均为2.0 m。如图2所示。

图2 满堂支架方案箱梁节段构造图（单位：cm）

2.2 箱梁预应力体系变化

相对于挂篮悬浇方案配置的预应力，满堂支架设计预应力主要不同点有两处：1）悬浇方案主梁3-4 m划分一个节段，顶板预应力钢束根据节段划分在每个节段处进行锚固，满堂支架方案节段较长，因此对顶板预应力进行了相应调整，多数顶板预应力钢束布置在合龙段处进行张拉；2）悬浇方案在箱梁每个节段均有腹板钢束下弯后锚固在腹板下部，同时底板布置预应力钢束，而对于满堂支架方案由于腹板钢束下穿箱梁底板后在梁端进行锚固，可同时保证箱梁主应力与底板正应力满足设计要求，因此取消了多数底板预应力钢束，如图3所示。

图3 满堂支架方案箱梁腹板钢束示意图

3 两种方案对结构影响

采用桥梁博士程序，针对两种方案分别建立平面杆系模型[7]，计算分析了主梁的正截面抗弯承载力和正常使用极限状态的正应力和主应力，以下列出主要计算结果。

3.1 箱梁正截面抗弯承载力分析

依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.1.5条规定[7]，桥梁构件的承载能力极限状态计算应满足：作用效应的组合设计>值≤构件承载力设计值。

图4 挂篮悬浇方案箱梁承载力包络图（单位：kN

图5 满堂支架方案箱梁承载力包络图（单位：kN）

从图4-图5分析可知，针对两种施工方案进行结构设计：1）挂篮悬浇方案：箱梁承载力设计值最大为599619 kN而结构承受作用效应值为262342 kN，安全系数为2.3。2）挂篮悬浇方案：箱梁承载力设计值最大为565590 kN而结构承受作用效应值为217827 kN，安全系数为2.6。由上可得两种方案箱梁承载力设计值均大于结构承受的作用效应值，满足规范的相关要求。

3.2 箱梁应力分析

依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第6.3.1条规定对两种方案进行相关验算，正常使用极限状态作用短期效应组合下混凝土的上下缘正应力和主应力分布。具体的应力分布见图6～图9。从图6-图7主梁应力图分析可知，原设计方案为挂篮悬浇施，在短期效应荷载组合下，主梁正应力上缘最大为15.83 MPa，下缘最大为10.69 MPa；主梁最大主拉应力为0.94 MPa

图6 挂篮悬浇方案短期效应组合主梁正应力图（单位：MPa）

图7 挂篮悬浇方案主梁混凝土主拉应力图（单位：MPa）

图8 满堂支架方案短期效应组合主梁正应力图（单位：MPa）

图9 满堂支架方案主梁混凝土主拉应力图（单位：MPa）

从图8-图9主梁应力图分析可知，变更方案为满堂支架现浇，在短期效应荷载组合下，主梁正应力上缘最大为14.47 MPa，下缘最大为10.58 MPa；主梁最大主拉应力为1.0 MPa。从图6-图9应力图分析可知，两种方案设计均满足规范的要求，经过变更优化分析，满堂支架方案的正应力分布更加均匀。

3.3 箱梁线形分析

混凝土箱梁主要通过施工过程中立模标高来实现对于主梁的线形的控制调整。对于挂篮悬臂分段浇筑施工，在施工中线形控制要点为挂篮的设计和加工，预压重量，合龙段施工等几个关键工序。为确保箱梁线形平滑流畅，满堂支架施工时可利用支架纵横向步距小的优点，计算出沿支架步距断面处的梁底标高，然后进行精确调整，则可避免挂篮施工时节段之间以直线代替抛物线的情况，梁底的线形更接近于设计的抛物线线形。

4 满堂支架施工方案分析

4.1 满堂支架施工主要工序

1）满堂支架搭设：支架现浇施工中支架地基处理是支架稳定的关键因素。支架地基处理必须坚实，地基应分层夯实，压实，以防止支架沉陷。支架钢管的纵横向间距应严格按设计要求布置，确保满堂支架具有足够的强度、刚度、稳定性。

2）支架堆载预压：箱梁施工前对支架进行堆载预压，消除地基非弹性变形和支架非弹性变形的影响，有利于桥面线形控制。预压荷载为箱梁自重的120%，预压荷载宜采用均布形式采用砂袋堆载法进行分段预压，预压荷载分五级加载，第五级加载120%后所测数据与持荷24 小时后所测各控制点高程数据变化很小时，表明地基及支架已基本沉降到位。

3）模板安装：模板要求拼缝严密，线条顺畅，相邻模板高差符合规范要求。可采用泡沫双面胶堵塞严密，以防漏浆。

4）混凝土浇筑及预应力张拉：浇筑梁体混凝土时，应由0#块向两端方向同时进行。采用分层浇筑，一般宜按梁的全部横断面斜向分段、水平分层地连续浇筑。

4.2 满堂支架方案分析

满堂支架施工优势：

1）施工工期：本桥满堂支架施工方案在2014.10-2015.5月完成施工，相比挂篮悬浇方案缩短2个月工期，同时避开主汛期，增加防洪安全性。

2）施工安全：桥梁施工支架宽高比远大于2，安全系数相对高，支架作业简单、工艺成熟、便于调整。悬浇属于危险性较大的高空作业项目，且节段多，工序多，安全隐患相对大。

3）施工质量：支架现浇整体性较好，对结构整体承载力提高有利。线型较好，施工缝少，大幅度降低节段间错台等外观影响，有利于后期堤顶道路的城市景观需要。

4）施工成本：满堂支架施工比挂篮施工减少投入，且在施工中应用广泛，投资回收快，挂篮只能专业用于悬臂浇筑施工，投入回收相对较慢。

施工注意要点：

1）地基处理：承台基坑开挖范围应保证回填压实度，以小型夯机进行分层碾压，地基承载力需达到与原状土持平。基础整体硬化加固，分层碾压密实，分层厚度控制，地基承载力，承载力不得小于经支架验算后的最小承载力，满堂支架施工应对桥梁宽度范围内松软地段全部挖除换填，遇地质情况较差可能造成基础处理费用较高。

2）跨堤作业：满堂支架跨越河岸大堤，施工过程会对堤身造成一定程度破损。因此需对大堤的工程地质进行调查，对大堤的整体、局部稳定性分析及沉降进行计算。堤上支架基础的处理应尽量减少对大堤的影响。

5 结语

1）本文针对预应力箱梁挂篮悬浇改满堂支架现浇的若干问题进行了分析研究，桥梁的设计到施工两者相互作用，改变施工方案后针对满堂支架的特点对结构进行重新设计，以保证结构的安全性以及施工的便利性。

2）施工方案变更为满堂支架施工后主梁外观光洁度、表面平整度都得到了很好的控制，全桥合拢后主要参数均满足设计要求。同时工期比原计划进度提前，在河道主汛期来临前完成了主体结构施工，取得了良好的社会经济效益。

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Analysis on Some Problems of Balanced Cantilever method instead of Full Space Supports for Prestressed box girder

HAO Cui， CAO Xinlei

(Anhui Transport Consulting & Design Institute Co.,Ltd, Hefei Anhui,230088)

According to a changing scheme a prestressed box girder engineering, several problems caused by changing construction scheme from balanced cantilever method to full space supports have been analyzed for, and the influence are analyzed between the different construction schemes, providing reference for similar bridge design and construction based on comprehensive evaluation of full space supports method.

bridge construction，changing scheme，balanced cCantilever，full space supports

U441.3

A

2095-8382(2016)06-014-03

10.11921/j.issn.2095-8382.20160603梁段长4.4 m，边、中跨合龙段均长2.0 m，主梁1#～8#块均采用挂篮悬臂浇筑施工。如图1所示。

2015-10-29

郝翠（1985-），女，工学硕士，主要研究方向为市政桥梁。