浅谈石潭溪连续刚构中跨顶推一次合龙的计算与施工

王立亮 陈碧云

宁波交通工程建设集团有限公司 浙江 宁波 315000

1 工程概况

国道316线闽清新石潭溪大桥位于闽清县，是跨越水口大坝库区内闽江支流石潭溪的桥梁。原石潭溪大桥为中承式钢管拱桥，位于石潭溪口沿溪两岸绕行至溪宽很小处，线路长、线型差，于1997年建成通车，2013年4月被鉴定为危桥，此后实行交通限行管制，禁止大中型货客车通行。新建石潭溪大桥建于原石潭溪大桥的下游侧，石潭溪大桥为变截面连续刚构箱梁桥，孔跨布置72m+130m+72m，桥梁上部结构采用单箱单室箱梁，下部桥墩采用双肢薄壁桥墩，桥墩与主梁采用墩梁固结形式。桥墩基础采用钻孔灌注桩，桥台为扩大基础，重力式台。桥面净空布置为：1.75m（人行道）+9.0m（行车道）+1.75m（人行道）。桥梁设计荷载：公路-Ⅰ级。墩台桩基采用钢护筒施工，基坑明挖，承台现浇。墩柱采用钢模施工。桥梁上部采用挂篮悬臂浇筑施工，桥梁边跨直线段采用支架法现浇法施工，合拢段采用挂篮施工。全桥边跨、中跨一次合拢，中跨合拢时进行顶推方法[1]。

2 中跨合拢顶推计算

2.1 中跨合拢顶推目的

桥梁1、2号桥墩与主梁固结，桥墩（包括桩基）的弯矩受主梁纵向平动及主梁转角变形影响。通过在合拢时对主梁进行顶推，使桥墩产生远离跨中方向的预偏心，在合拢、后续施工及使用过程中，桥墩逐渐向跨中方向偏移，恢复到竖直状态（或接近竖直状态），墩身弯矩逐渐减小，更有利于桥墩的受力。

2.2 合拢顶推位移取值范围

首先计算出影响桥墩向跨中偏移的值，根据此值分析确定顶推位移的大致区间，试算顶推力的大小，再根据顶推后桥墩弯矩的改善情况及顶推时桥墩弯矩、主梁的竖向变形，综合确定顶推力及顶推位移。

2.2.1 合拢温度的确定。桥梁预计主梁在7月份合拢，主梁合拢时温度按270C考虑。根据《公路桥涵设计通用规范》结构有效温度标准值的取值，福州地区结构计算有效温度最低值取00C，最高值取340C，有效温度的中间值为170C，合拢温度高于温度中间值100C左右，顶推时考虑消除降温100C左右的影响。

2.2.2 各影响因素桥墩变形量结算结果

采用桥梁结构专用软件SCDS计算（图1），各因素桥墩变形量计算结果见下表。理论计算时，考虑了桩基的弹性变形量（表1）。

图1 桥梁计算模型图

表1 桥墩变形量计算结果表 （单位：mm）

2.3 确定顶推力及位移

根据上述确定的桥墩顶推变形范围，初步拟定顶推力进行试算比较。初步拟定三种顶推力500kN、600kN和700kN。将不同的顶推力作用到计算模型上，计算桥墩梁的变形量及墩身弯矩，根据比较确定最终的顶推力。

顶推600kN时，合拢2年后墩顶水平变形基本能够达到竖直位置，顶推时墩身弯矩也较小，主梁变形量也不时很大。综合考虑，顶推力确定为600kN，跨中合拢口位置总的顶开量32mm（计入梁的变形），1号墩水平变位7.6mm，2号墩水平变位20.3mm。

2.4 顶推构件计算

根据上述计算，跨中合拢时的理论顶推力600kN，顶推总变形32mm。顶推时考虑支架模板的阻力，已绑扎的底板钢筋、波纹管的拉力，桥墩桩基理论计算模型的偏差等因素，施工顶推力将大于理论计算值，施工顶推装置总的顶推力按不小于1000kN设计。

合拢顶推装置对称安装在箱梁腹板处，位置接近箱梁形心轴，全桥仅在中跨位置设置一处。顶推装置总的顶推力为1000kN，单套顶推力500kN。顶推装置由千斤顶、钢垫板、传力钢管组成。顶推装置构造及安装示意见图2。

图2 顶推装置构造及安装示意图

根据顶推力及顶推位移选定合适的千斤顶型号，顶推钢管采用规格为φ245×10的无缝钢管，材质为Q235，钢管长度计算时暂按170cm考虑，钢管按轴心受压计算[2]。

φ245×10钢管截面特性为：

面积A=73.83cm2，回转半径i=8.32cm。

钢管两端按铰接考虑，钢管受压计算长度l0=2×170=340cm。

长细比 λ=340÷8.32=40.9。

查钢结构设计手册，受压构件稳定系数φ=0.939。

钢管应力为：500÷0.939÷73.83×10=72MPa<[205] MPa，满足要求。

3 合拢锁定后温度对劲性骨架影响计算

中跨顶推后，安装劲性骨架并进行焊接锁定，桥梁由单悬臂状态转变为连续结构，在未浇筑混凝土前，劲性骨架将承受一定的荷载。从焊接锁定到浇筑合拢段混凝土时间较短，主要影响因素为温度影响。焊接合拢温度为一天中温度最低值，假定最高升温150C，计算最高升温情况下，劲性骨架内力。按两种工况计算温度升高情况下，劲性骨架内力。

工况一：中跨合拢段锁定，边跨暂不锁定；

工况二：边跨、中跨均锁定，边跨现浇段设水平向弹性约束。由于边跨现浇段位于支架上，水平向刚度取值较困难，暂时假定弹性刚度值与桥墩水平抗推刚度一致。

劲性骨架按箱梁顶、底板各设置2组考虑，劲性骨架采用32a槽钢。

桥梁升温150C时，劲性骨架内力计算结果见表2。

表2 劲性骨架内力计算结果表

在表2中，中跨劲性骨架的内力仅为温度升高导致的劲性骨架上增加的内力，实际内力应再加上顶推时，千斤顶卸载后转移到劲性骨架的内力。考虑劲性骨架的初始内力，劲性骨架应力满足要求。由于边跨现浇段支架材料、搭设方式不同，水平抗推刚度会有很大的不同，不同的抗推刚度，对劲性骨架的影响不同，刚度越大，梁的伸长变形受到的约束力越大，劲性骨架上的力也越大。由于这个因素的不确定性，采用先锁定中跨合拢段劲性骨架，边跨合拢段劲性骨架在浇筑混凝土前，温度最低时再进行锁定，锁定后再浇筑合拢段混凝土[3]。

4 一次合拢预应力张拉方案

一次合拢后，需要张拉两个边跨，一个中跨的底板、腹板及顶板预应力束，具体张拉的预应力束见下表3。不同的张拉顺序会对桥梁产生不同的内力，需要计算确定合理的张拉方案。

表3 合拢后预应力张拉数量表

预应力张拉顺序方案确定主要考虑两种影响因素：其一，预应力张拉时，主梁最薄弱位置（合拢段位置）的梁顶、底面不出现拉应力或拉应力比较小，满足规范要求；其二，充分考虑施工方便性，减少张拉设备的转运。经分析试算，确定以下的预应力张拉顺序。预应力张拉施工顺序及最薄弱位置梁截面应力计算结果见表4。

表4 预应力张拉顺序及梁截面应力表

同类型预应力束张拉时，应先张拉长束，再张拉短束。

上述计算是考虑一个张拉班组施工，先在主梁顶面施工，张拉部分预应力束，然后将张拉设备移入箱梁内，箱梁内张拉完后，移出张拉设备，张拉梁顶面上最后4束预应力束。为了考虑施工的方便性，故施工过程中部分截面的压应力储备适中。

若采用两个张拉班组，一个班组在梁顶面施工，一个班组在箱梁内施工的话，可以在张拉W2’，W1’同时张拉T15、T16，其他预应力束的张拉顺序可根据施工进度由监控方面随时调整。潭溪大桥一次合拢方案，边跨、中跨同时合拢，其中中跨顶推力取为600kN。从计算结果中可看出，施工阶段主梁最大拉应力为0.90MPa，出现在合拢段下缘，，满足规范要求；主梁最大压应力为16.79MPa，出现在合拢段下缘，，满足规范要求。薄壁墩未出现拉应力，满足规范要求。

5 结束语

石潭溪大桥采用边跨、中跨一次合拢，并在中跨合拢时对桥梁进行顶推，以中跨顶推一次合拢计算为依据，顺利完成桥梁合龙，技术指标符合设计要求。

工程施工中采取全过程施工监控，工程建成质量合格，通过验收并于2016年8月29日正式建成通车。新石潭溪大桥建成后，不仅恢复了南平、宁德等地连接福州的交通大动脉G316线在该路段的畅通，同时也提升了线路技术标准，改善了行车舒适性，公路通行能力和服务水平进一步提升（图3）。

图3 石潭溪大桥建成通车

石潭溪大桥建成通车以后，跟踪观察和检测桥梁受力和挠度，运行状况符合设计要求，目前使用情况良好。