现浇预应力混凝土箱梁桥腹板束张拉方案研究

林子强　陆勇

摘要：文章以南宁市沙井大道清川桥底改造及五一路口、南乡路口立交工程为研究对象，结合项目建设条件的变化及施工工期紧张的情况，比较和研究了现浇预应力混凝土连续箱梁桥腹板束常规梁端张拉、梁端开大槽口张拉、顶板张拉三种方案的优缺点及适用性，可为同类桥梁设计及施工提供参考及借鉴。

关键词：现浇箱梁;梁端大槽口张拉;顶板张拉;张拉方案

中国分类号：U448.21+3文献标识码：A

0 引言

随着城市经济的飞速发展和城市人口的扩张，城市交通量快速增加，多数城市的交通条件已经不能满足当前经济和人口的需求，大多城市已经出现交通严重拥堵的状况，许多城市路网正在超负荷运作。特别是城市路网中平面交叉出现的问题最大，一旦出现一个冲突点问题，将导致多条路网出现严重拥堵甚至瘫痪，这将给居民的出行和城市的发展带来较大的影响。为了解决平面交叉带来的问题，目前多数城市都在将平面交叉逐步改造为立体交叉形式，或建设高架桥形式，而在改造过程中由于现有交通的影响和征地拆迁问题，在立交桥和高架桥建设过程中势必出现不能按常规顺序和多工作面开展的情况。为了不影响工期和避免对交通的长期影响，只能在有工作面和施工条件的地方施工，这将导致在进行桥梁设计和施工过程中，必须保证多联桥梁之间施工互不干扰。本文以南宁市沙井大道清川桥底改造及五一路口、南乡路口立交工程为例，研究影响现浇混凝土桥梁施工顺序的原因，分析和比较各种预应力张拉方案的优缺点，为以后现浇预应力混凝土连续箱梁桥的设计和施工提供参考和借鉴。

1 工程背景

沙井大道清川桥底改造及五一路口、南乡路口立交工程位于南宁市江南区沙井片区与富宁片区交界处，为清川桥底沙井大道与江南大道交叉口改造以及沙井大道和五一路交叉口、南乡路交叉口立交工程，主线将沙井大道改为立交桥上跨五一路和南乡路。主线桥梁全长807.02 m，桥梁跨径布置为（3×25） m+（3×25） m+（35+50+35） m+（3×27.34） m+（3×25） m+（4×25） m+（3×25） m+（2×25） m+（35+50+35） m+25 m，桥梁宽度为28.5～43.5 m，按左右两幅桥布置，其中跨南乡路及五一路主桥为变截面预应力混凝土连续箱梁桥，桥跨布置为（35+50+35） m，其余联为预应力混凝土等高连续箱梁，全桥采用支架现浇施工。本项目原设计方案为主线及匝道桥梁上部结构各联箱梁施工分批进行（第一批先施工张拉第一、三、五、七、九联，第二批施工张拉第二、四、六、八、十联预应力钢束），但由于项目施工工期紧及场地限制，桥梁施工不能按照原设计施工顺序进行，根据现场条件有施工条件的桥梁先进行施工，这就需要各相邻桥梁之间施工互不影响，而主要影响施工顺序的因素是箱梁预应力的张拉，通过本项目进行桥梁钢束的张拉方案研究，结合本项目实际情况选择合适的张拉方案。

2 钢束张拉方案研究

2.1 梁端张拉方案

梁端张拉方案为常规预应力混凝土梁桥常用的腹板钢束张拉及锚固方案。该方案只需在梁端预留较浅的槽口，预留槽口一般只需满足钢束张拉后锚固和封锚的空间即可。如图1～3所示。

从图1～3可以看到，常规的梁端张拉方案中，箱梁的预留张拉构造极其简单，只需在梁端现浇时预留一个较浅的张拉槽口即可。

该方案的优点为：（1）由图1可以看出箱梁腹板钢束统一在梁端张拉锚固，有较大的张拉锚固面，可以使钢束在梁端分布均匀，箱梁梁端受力均匀;（2）箱梁构造简单，只需在梁端预留较小的锚固和封锚的空间即可，不需设置其他构造要求;（3）由图2可以看出该方案预留槽口较小，对箱梁端横梁削弱较小，不会影响结构的受力性能。

该方案的缺点为：（1）由图2可以看出，若采用常规梁端张拉方案则不可能进行多联相邻桥梁之间同时施工，相邻桥梁之间无钢束张拉工作空间，无法进行施工，只能采用从一个方向单端张拉顺序施工;（2）由于该方案只能进行单端张拉施工，导致桥梁分跨联长不能太长，会导致桥梁伸缩缝较多，行车不顺，或者采用分段浇筑分段张拉的方案，将导致工期延长;（3）由于该方案只能采用单端张拉形式，导致在钢束张拉时预应力损失较大。

该方案设计应注意钢束在锚固面的布置，相邻钢束之间的上下和左右的中心间距，钢束中心距离梁顶面和底面的距离。相应的距离应根据钢束的选用大小，混凝土的强度布置，满足最小间距要求，避免张拉时混凝土压碎及压溃。

2.2 梁端大槽口张拉方案

梁端大槽口张拉方案通过在预应力混凝土梁端預留较大的钢束张拉槽口，以满足箱梁腹板束的张拉锚固空间和工作空间，主要是满足钢束张拉时的工作空间。梁端大槽口张拉方案构造与常规梁端张拉方案设置类似。

只需加大梁端的张拉槽口即可，主要是加大沿梁纵桥向的槽口深度，以此满足钢束张拉时的工作空间要求。见图4～5。

该方案的优点为：（1）相邻桥梁之间有足够的钢束张拉空间，可以满足相邻桥梁之间的同步现浇施工;（2）该方案可以满足桥梁钢束两端张拉的要求，减小预应力损失，桥梁在分跨分联时可以适当加长，减少桥梁伸缩缝，增加行车舒适性;（3）由于该方案相邻桥梁之间钢束张拉互不影响，所以对于桥梁施工顺序不会产生影响，桥梁可以进行多工作面同时施工，将大大缩短施工周期。

该方案的缺点为：（1）由图4可以看出，由于钢束张拉槽口的存在，会削弱桥梁端横梁，对端横梁受力存在一定影响;（2）由于槽口预留为钢束张拉的工作空间，所以施工时横梁的骨架钢筋及相应的其余普通钢筋需要临时割断，待预应力张拉锚固完成后再进行焊接，将导致施工较为麻烦，质量控制要求较高;（3）由图4可以看出，由于槽口的存在，桥梁支座距离梁端面较大，这就需要增大桥梁下构桥墩墩顶的尺寸，将会影响桥梁的美观;（4）由图4～5可以看出，虽然预留了张拉槽口，但是考虑对梁的受力影响和桥墩墩顶的尺寸影响，槽口空间仍较小，施工时较为困难，这就同时需要采用尺寸较小的内卡式千斤顶进行钢束张拉;（5）由图5可以看出，大槽口张拉需相邻两桥梁之间的宽度一致，槽口位置需要对应。

该方案设计锚固面的布置同常规梁端张拉一致，但应注意考虑不同跨径梁高变化，较高的梁将不利于钢束的穿束，导致需要加大槽口大小，主要是沿着纵桥向槽口深度的变化。同时由于该方案导致梁端横梁较大的削弱，需要对梁端横梁进行加强，同时应注意下构桥墩墩顶大小应满足支座的布置空间。

2.3 顶板张拉方案

顶板张拉方案[3]即是将箱梁腹板钢束弯起在箱梁顶板位置进行张拉锚固，该方案较梁端张拉和梁端大槽口张拉在构造上更为复杂，如图6～7所示。

从图6～7可以看出，顶板张拉方案构造上较梁端张拉和梁端大槽口张拉复杂，需要在梁端顶板开多个张拉槽口，同时根据钢束的布置及张拉的需要，钢束顶板张拉处的顶板厚度和腹板厚度均需进行加厚处理，以保证钢束的锚固和张拉。

该方案的优点为：（1）由图6可以看出，采用顶板张拉方案相邻桥梁之间的钢束张拉施工互不影响和冲突，桥梁可以不受施工顺序影响，进行多工作面施工，缩短施工周期;（2）对梁端支座布置不产生影响;（3）钢束张拉和锚固工作空间不受限制，施工较为方便，采用常规设备即可施工，施工质量容易控制;（4）由于相邻桥梁之间钢束的施工互不影响，相邻桥梁之间的宽度和腹板位置无须一致，相邻桥梁之间的槽口无须对应，均可施工。

该方案的缺点为：（1）由图6可以看出，由于腹板钢束均提前起弯至顶板张拉锚固，这就会导致在梁端预应力分布不均匀，梁端部分存在预应力空白区，这就需要增加底板短束保证梁端下缘的预应力性能;（2）由于钢束需要在顶板锚固和张拉，导致顶板张拉槽口处的顶板横向钢筋和梁端横梁骨架钢筋需临时割断，待预应力张拉锚固完成之后再进行焊接，导致施工较为麻烦;（3）由于张拉槽口的存在，会削弱梁端横梁，对端横梁受力存在一定影响;（4）由于需要满足钢束张拉和锚固的需要，钢束张拉范围内桥梁顶板和腹板需要进行变厚处理，以保证钢束张拉的安全。

该方案设计时应注意相邻钢束之间的上下和左右的中心间距，钢束中心距离槽口边缘的距离。相应的距离应根据钢束的选用大小、混凝土的强度布置，满足最小间距要求，避免张拉时混凝土压碎及压溃。张拉槽口的大小应根据钢束的大小和采用的设备进行设置，同时钢束在梁端起弯时，注意起弯角度不应太大，角度太大会导致较大的预应力损失。

3 张拉方案比较

通过上述对三种张拉方案的分析得出以下结论：

（1）常规的梁端张拉方案构造最简单，操作和施工最方便，但是该方案局限性较大，只适用于对施工周期和施工顺序无要求的情况，或者单联桥梁。

（2）梁端大槽口张拉方案构造类似于常规梁端张拉方案，构造相对简单，但由于槽口的存在，对梁端支座布置存在影响，需要增加下构桥墩墩顶尺寸，同时钢束施工工作空间较小，施工较为复杂。而且，该方案要求相邻桥梁之间凑口位置对用，所以只适用于箱梁桥梁宽度一致，相邻桥梁之间腹板位置对应的情况。

（3）顶板张拉方案相对于常规梁端张拉方案和梁端大槽口张拉方案构造较为复杂，需要增加梁端钢束锚固范围内顶板和腹板的厚度，同时需要增加梁端底板短束，需在箱梁内增设齿块张拉梁底短束。该方案适用性较广，但对于跨径较大，腹板束较多的桥梁，该方案会导致顶板锚固范围较大，顶板和腹板增加厚度范围较大，会增加桥梁自重，同时需要增设更多的底板短束。

本论文工程案例沙井大道清川桥底改造及五一路口、南乡路口立交工程由于存在匝道的汇入，存在相邻桥梁之间宽度不一致和腹板划分位置不一致的情况，同时两个交叉口跨线桥跨径较大，腹板束较多，所以本工程结合桥梁的变化形式，钢束张拉方式采用梁端大槽口张拉方案和顶板张拉方案，其中（35+50+35） m两座跨线桥采用梁端大槽口张拉方案，其余桥跨采用顶板张拉方案。

4 结语

通过研究分析，常规梁端张拉方案和梁端大槽口张拉方案构造简單，梁端预应力钢束分布均匀，桥梁梁端受力及应力分布均匀。但是常规梁端张拉方案局限性较大，不适用于施工工期和施工条件受限的桥梁。梁端大槽口张拉方案适用性较大，但对于相邻桥梁宽度和腹板位置要求较高，需要相邻桥梁之间槽口对应。顶板张拉方案相较于上述两种张拉方案适用性较广，但构造相对较麻烦，梁端受力相对前两种张拉方案较差。在进行桥梁设计时应根据具体项目的情况选择合适的张拉方案。

参考文献：

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