连续刚构桥桥面同步施工方案可行性分析

薛家伟，张伟斌，董世赋，焦卫宁

1.湖北省交通规划设计院股份有限公司，湖北 武汉 430051 2.中建三局工程设计有限公司，湖北 武汉 430074 3.湖北省城建设计院股份有限公司，湖北 武汉 430051 4.中交第二公路工程局有限公司，陕西 西安 710065

1 工程概况

大福河大桥是某高速公路上的一座大型桥梁，其主桥跨越大福河。大福河大桥主桥采用跨径组合为（65+120+65）m的预应力混凝土变截面连续刚构桥，桥梁主跨布置及箱梁一般构造如图1～图3所示。

图1 桥梁主跨布置图（单位：cm）

图2 边跨箱梁一般构造图（单位：cm）

图3 中跨箱梁一般构造图（单位：cm）

2 上部结构施工方案

2.1 原施工方案

大福河大桥主桥箱梁采用挂篮悬臂施工工艺，主要施工顺序如下：（1）完成桥墩施工后在托架上现浇0号块。（2）依次由墩顶向跨中对称、平衡悬臂浇筑箱梁，混凝土龄期及强度满足设计要求后张拉顶板纵向预应力钢束、相应腹板下弯钢束、竖向预应力钢筋及横向预应力钢束，当悬臂施工至最后1～2个梁段时，同时架设边跨现浇段托架及托架预压，现浇边跨现浇段梁段。（3）悬臂浇筑梁段施工完成后，拆除悬臂施工挂篮，形成最大单“T”状态。（4）合龙段浇筑应选择一天中气温较低的时间进行，合龙温度为15～18℃，严格按照施工图中的合龙顺序进行合龙，边跨合龙前应在悬臂端附加和合龙段混凝土相等的压重，可采用水箱蓄水法，以方便加载和卸载。（5）待边跨合龙段混凝土龄期及强度满足设计要求后张拉相应的纵桥向预应力钢束、竖向预应力钢筋及横向预应力钢束。（6）安装中跨合龙段吊架。在中跨两悬臂端施加中跨合龙段压重，压重取中跨混凝土重量的一半。安装中跨劲性骨架，张拉合龙束，浇筑合龙段混凝土并同步等量减少配重。（7）待中跨合龙段混凝土龄期及强度满足设计要求后，张拉相应的纵桥向预应力钢束、竖向预应力钢筋及横向预应力钢束。（8）全桥合龙完成后，去掉吊架，并进行桥面系及防幢墙的施工。

2.2 桥面同步施工方案

为保证工期要求，对大福河大桥原有施工方案进行优化，以加快施工进度。优化重点为在主梁各节段施工过程中同步施工两侧防撞护栏及现浇调平层，防撞护栏及调平层施工滞后主梁悬臂3个节段，具体内容如下：（1）主梁按原有施工方案悬臂施工至6#节段，待6#节段张拉完毕、挂篮前移到位后，对称现浇0#～3#节段两侧防撞护栏及混凝土调平层。现浇桥面层分两次浇筑，第一次先现浇防撞护栏，第二次再现浇混凝土调平层。（2）主梁按原有施工方案悬臂施工至9#节段，待9#节段张拉完毕、挂篮前移到位后，对称现浇4#～6#节段两侧防撞护栏及混凝土调平层。现浇桥面层分两次浇筑，第一次先现浇防撞护栏，第二次再现浇混凝土调平层。（3）主梁按原有施工方案悬臂施工至12#节段，待12#节段张拉完毕、挂篮前移到位后，对称现浇7#～9#节段两侧防撞护栏及混凝土调平层。现浇桥面层分两次浇筑，第一次先现浇防撞护栏，第二次再现浇混凝土调平层。（4）主梁按原有施工方案悬臂施工至15#节段，待15#节段张拉完毕、挂篮前移到位后，对称现浇10#～12#节段两侧防撞护栏及混凝土调平层。现浇桥面层分两次浇筑，第一次先现浇防撞护栏，第二次再现浇混凝土调平层。（5）主梁按原有施工方案悬臂施工至18#节段，待18#节段张拉完毕、挂篮前移到位后，对称现浇13#～15#节段两侧防撞护栏及混凝土调平层。现浇桥面层分两次浇筑，第一次先现浇防撞护栏，第二次再现浇混凝土调平层。（6）主梁按原有施工方案进行边、中跨合龙施工，待边、中跨合龙完毕后，再一次性现浇剩余节段两侧防撞护栏及混凝土调平层，最后进行沥青铺装。大福河大桥全桥共15个节段，施工顺序按（1）～（4）、（6）进行施工。

3 方案优化可行性分析

3.1 成桥线形对比

采用桥梁分析软件对大福河大桥的施工全过程进行模拟，通过对比分析，验证桥面同步施工方案的可行性。通过理论计算，原方案施工和桥面同步施工在二期铺装完毕后的累计位移值对比结果如图4所示。

图4 两种方案二期铺装完毕后累计位移对比图

由图4可知，与原方案施工相比，桥面同步施工主要对边跨合龙口和跨中合龙口的线形影响较为明显，其变化趋势为边跨下挠，最大值发生在边跨合龙口，为7mm；主跨上拱，最大值发生在中跨合龙口，为11mm。通过分析可知，桥面同步施工对全桥线形影响不大。

3.2 应力对比

通过理论计算，原方案施工和桥面同步施工在施工过程中应力对比结果如图5～图7所示。

图5 6#节段施工完毕（0#～3#节段桥面施工完毕）应力对比图

图6 中跨合龙后剩余桥面施工完毕应力对比图

图7 二期铺装完毕应力对比图

由图5可知，6#节段施工完毕后，与原方案施工相比，桥面同步施工时主梁根部附近区域应力变化较为明显，其中上缘应力减小，最大值为-0.1MPa；下缘应力增加，最大值为0.1MPa。同理，9#节段施工完毕后，与原方案施工相比，桥面同步施工时主梁根部附近区域应力较为明显，其中上缘应力减小，最大值为-0.2MPa；下缘应力增加，最大值为0.2MPa。12#节段施工完毕后，与原方案施工相比，桥面同步施工时主梁根部附近区域应力较为明显，其中上缘应力减小，最大值为-0.5MPa；下缘应力增加，最大值为0.4MPa。15#节段施工完毕后，与原方案施工相比，桥面同步施工时主梁根部附近区域应力较为明显，其中上缘应力减小，最大值为-0.9MPa；下缘应力增加，最大值为0.8MPa。

由图6可知，中跨合龙剩余桥面施工完毕后，与原施工方案相比，桥面同步施工时主梁根部以及中跨合龙段附近区域应力变化较为明显，其中主梁根部上缘应力减小，最大值为-1.1MPa，下缘应力增加，最大值为1.2MPa；跨中上、下缘应力均减小，最大值为-0.9MPa。

由图7可知，二期铺装（沥青施工）完毕即成桥状态，结构应力整体差值不大，变化最明显处发生在跨中，上、下缘应力均增加，最大值为0.7MPa。

分析原因如下：（1）由图5可知，与原方案施工相比，桥面同步施工导致桥面荷载增加，相同工况悬臂状态下主梁上、下缘应力出现变化，根部附近最为明显，截面上缘应力减小，下缘应力增加；随着桥面荷载逐渐增大，根部附近应力变化也越明显。（2）由图6可知，中跨合龙后及桥面施工（防撞护栏及混凝土调平层）完毕，桥面荷载加载完毕，此时主梁根部附近区域应力变化最为明显，上缘应力减小，最大值为-1.1MPa，下缘应力增加，最大值为1.2MPa。（3）由图7可知，待沥青铺装完毕，桥面荷载大小一致，主梁根部区域应力基本一致，主跨跨中应力变化较为明显，上、下缘应力均增加，最大值为0.7MPa。

4 结束语

文章通过对跨径组合为（65+120+65）m的预应力混凝土变截面连续刚构桥在主梁各节段施工过程中同步施工两侧防撞护栏及现浇调平层的桥面同步施工方案进行了施工过程模拟计算，对桥面同步施工方案和原施工方案在二期铺装完毕后的累计位移及施工过程中的应力进行了对比分析，进而对桥面同步施工方案的可行性进行了研究。研究结果表明，桥面同步施工方案是可行的，为连续刚构桥加快施工速度、缩短工期提供了一种新方法。