浅析重交通条件下曲线桥梁施工技术

崔 凯 王高伟

（中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安 710038）

0 引言

曲线桥梁工程由于结构特殊，对施工设计和技术的要求高，施工流程复杂，极容易出现计算失误造成设计误差，直接影响到施工安全和工程质量。因此需要针对曲线桥梁施工展开研究，高度重视受力分析和施工技术的应用，不断提高施工水平。

1 曲线桥梁工程的施工特点

曲线桥梁具有较高的美学价值，在很多景区中建设景观桥梁方便于游客欣赏美景，和景区环境相配合。但曲线景观桥梁由于外形条件的特殊性，桥体结构承受扭矩、剪力以及弯矩的作用，受力极容易不平衡，对施工技术提出了更多要求。曲线桥梁工程主要包括悬臂法、满堂支架现浇法、预制吊装法以及顶推施工法等，其中满堂支架现浇法最常见。由于曲线桥梁工程在横断面、平面以及纵向结构上存在较大变化，施工中测量工作量大。且使用的模板较多，需要在翻身、吊运以及预制中加强注意。使用钢箱梁构件，常出现构件重心位于轴线外的情况，方构件需要根据实际情况设置，避免倾倒[1]。

重交通是指重载、大流量的交通条件，对曲线桥梁工程提出较高要求，需要满足荷载大幅增加的通行需要。随着我国旅游行业快速发展，人流量不断增加，对人行景观曲线桥梁安全稳定提出更高的要求，频繁出现超重超载问题，需要桥梁工程荷载能力达到较高水平。在曲线桥梁工程中，应优化结构设计和施工，延长桥梁工程寿命，满足桥梁工程使用要求。为适应重交通条件对桥梁工程安全的要求，必须要提高桥梁工程设计标准，进行严谨的受力分析优化设计，使桥梁工程荷载满足交通发展趋势，保障交通工程安全[2]。

2 重交通条件下曲线桥梁施工技术的应用

该文以某市人行景观曲线桥梁为例，该桥梁下部结构采用混凝土结构 ，上部采用钢箱梁/混凝土结构，桥面采用混凝土垫层和沥青混凝土面层。该工程下部结构使用满堂支架浇筑施工技术为主，临时支撑架为辅施工。曲线桥梁施工需要关注梁板各部位尺寸计算、设计和制作模板、台座施工、加工和安装钢筋、架设和固定模板、埋设预埋件、混凝土浇筑和养护、张拉钢绞线、孔道压浆施工、定位垫石和挡块、吊装梁板、桥面附属施工等要点。结合该工程施工经验总结施工要点如下。

2.1 受力分析

2.1.1 支座反力分析

曲线桥梁受力情况主要受到曲率半径的影响，须根据曲率半径建立有限元模型，分析预应力、自重以及重交通条件下产生的挠度、支座反力以及应力。根据FEA有限元软件计算，曲线桥梁不同支座反力情况见表1。

表 1 不同曲率半径支座反力情况（kN）

由此可见随着曲率增大，支座反力呈现出相关性变化。在两侧的制作中，支座外侧受力表现出持续降低，而制作内侧受力呈现出持续增加。中间制作内外侧受力变化幅度不大。可以发现，当曲率半径＜500m的桥梁工程，支座内外侧反力存在较大差异，在设计阶段应当重视反力差异对桥梁工程的影响。尤其是在重交通条件下，容易造成内侧支座脱空现象。对曲率半径＜500m的桥梁工程的设计，需要计算两端支座反力，避免形成拉力，积极使用抗拉力支座进行建设[3]。

2.1.2 扭矩分析

进一步分析桥梁端侧扭矩情况，如表2所示。可见随着曲率半径的增加，端侧扭矩表现出降低趋势。当曲率半径处于60m～500m，端侧扭矩快速降低，当曲率半径超过500m时，端侧扭矩下降趋于稳定。因此面对相同荷载条件，当桥梁工程曲率半径越小，端侧的扭矩相应增加，见表2。

表 2 不同曲率半径桥梁端侧扭矩情况（kN·m）

2.1.3 桥梁挠度分析

使用FEA有限元分析软件，根据曲率半径的变化分析桥梁工程挠度的变化，见表3。可见随着曲率半径的增加，控制截面变形情况趋于稳定，当半径超过500m时，挠度分布均匀。且外侧挠度较内侧挠度大。随着曲率半径增加，控制截面挠度减少，即曲率半径小，截面挠度分布更加不均匀。

表 3 不同曲率半径控制截面挠度情况（mm）

2.1.4 截面应力分析

针对桥梁工程的应力分析相对复杂，桥梁内外侧应力数值存在很大差异，无法避免，通过桥梁工程设计主要规避弯扭耦合现象，当桥梁工程受到外荷载作用时，扭矩随着弯矩形成而产生，扭矩造成内外侧应力差，需要在设计阶段分析应力差值，见表4。

表 4 不同曲率半径控制截面应力情况

由此可见随着曲率半径增加桥梁应力发生明显变化，由于曲率半径差异，桥梁控制截面内外侧应力明显不同，曲率半径越小，内外侧应力分布越不均匀，随着曲率半径增加，应力分布趋于均匀。在梁端控制截面中，底板应力为负，顶板应力为正。在跨中控制截面中，顶板应力为负，而底板应力为正。在支撑条件下，内侧应力应大于外侧应力。由于桥梁结构应力情况复杂，受到多种因素影响，需要经过应力计算设计桥梁工程，减少内外侧应力差[4]。

2.1.5 荷载分析

在重交通条件下，人流量和桥梁自重对桥梁工程荷载能力提出较高要求。使用MIDAS CIVIL软件建立模型，使用荷载追踪器进行位置追踪。从内偏心、外偏心和不偏心三种荷载状态下分析桥梁支座受力情况，见表5和表6。可见受到移动荷载的影响，桥梁工程支座内外侧受到不同的反力，支座扭矩情况远超过荷载。

由于移动荷载施加区域不同，主梁受到不同的内外侧应力，当移动荷载为外偏心状态时，主梁内外侧应力表现不均匀。在内偏心或不偏心的状态下，主梁应力均匀。在设计阶段需要根据偏心荷载状态验算受力情况，保证桥梁荷载能够在重交通状态下运行，保障桥梁工程的安全。

表 5 不同荷载状态下支座反力情况（kN）

表 6 不同荷载状态下扭矩情况（kN·m）

2.2 计算梁板尺寸

在曲线桥梁工程中，曲线段各梁板尺寸均不同，须科学设计每片梁板尺寸。根据桥梁工程特征，中板尺寸和普通梁板尺寸一致，但梁板顶板、底板尺寸为梯形，按照底板中心计算梁长，设置预埋件和普通梁一致，在端部2m～4.5m加密布置。由于底板为梯形，和中板相同，但底板外侧翼缘板使用扇形设计，预埋件采用正交方式布置。在梁板结构得到明确后根据尺寸和角度进行施工图的绘制。绘制施工图要保证梁板预拱度位于梁板正中心，横向均匀对称。通过应用CAD软件绘制施工图，保证梁板细节尺寸和施工图相符合。

在曲线桥梁的梁板施工过程中，具体施工流程可概括为“处理地基→台座浇筑施工→底模安装施工→底板钢筋绑扎→腹板钢筋绑扎→波纹管布设→内模安装→顶板钢筋绑扎→侧模安装→预埋件设置→预留孔洞→混凝土浇筑施工→拆除模板→混凝土养护→孔洞清理→穿束→张拉→孔道压浆→封锚处理→混凝土养护”。施工前还需要全面复核曲线桥梁的施工设计图，保证存在准确无误的各项设计参数，同时须针对性地设置流水作业标识牌，工序验证、交接、跟踪可基于梁板标识牌完成，更好地保证施工质量。

2.3 制作模板

使用分节组装模板，对梁板尺寸精准控制，提高模板利用率。模板使用对称组装方式，每节长度不超过3m，均使用合页支撑结构拆模。模板结构使用倒八字结构，具有顶部大、底部小的特点，方便于拆模工作的进行。堵头模板的形式较多，可使用拼接模板进行，提高施工期间模板制作的效率。

2.4 台座施工

使用C25砼底座作为台座（30cm），台座上铺钢板（4mm），严格控制台座平整度。按照设计方案，在底模跨中预留预拱度（向下1.1cm），以抛物线为中心对称设置。在顶两侧埋设槽钢，台面铺设钢板，使用膨胀螺栓稳定锚固，切除外露部分，使用磨光机充分打磨。为避免梁板偏移，在台座上根据预拱度完成浇筑后，施工人员应根据布设间距标记位置，保证结构受力和布筋互相对应。

2.5 固定钢箱梁

如图1所示，钢箱梁结构存在较多预埋件，对固定施工的要求高。需要根据施工图准确定位钢箱梁位置，由于曲线桥梁钢箱梁长短不一，要根据设计图使用对应型号的钢箱梁。确定钢箱梁尺寸和定位后，稳固固定焊接后，再进行浇筑。尤其是桥面和护栏，务必保证钢箱梁牢固性。由于曲线桥梁端部应力集中，须按照设计固定稳固。预应力孔道按照设计要求固定，使用胶带缠绕孔道接头，保证严密连接。浇筑期间要严格控制振动棒位置，避免破坏钢箱梁。

图 1 钢箱梁横断面

2.6 浇筑施工

施工设备包括振捣棒、高频振动器以及配电柜等。根据梁板钢筋密度进行浇筑，混凝土水灰比严格控制在0.35～0.4。使用一次成型工艺浇筑，塌落度稳定在3cm～5cm，从一端开始浇筑，封底后进行顶板的浇筑，从一端浇筑至另一端。振捣时使用插入式振捣棒进行分层振捣，浇筑底板从端头和顶板预留工作口，使用振捣棒充分振捣，均匀严密插点，不允许漏振。完成底板浇筑后，固定压紧内模。浇筑采取对称浇筑，进行分层下料方式，厚度控制在50cm以内，振捣过程中移动振捣棒距离控制在30cm之内，需要插入下层深度10cm。下料和振捣保证对称进行，避免内模发生偏位。保证锚具位置混凝土充分振捣，张拉时由于砼应力缺陷可能造成难以估计的损失和事故，现浇段和封锚段应凿毛。拆模后测量梁板尺寸，有问题立即改正。为避免混凝土表面形成皲裂，需要使用无纺布覆盖在混凝土表面，按照规定浇水养护。混凝土皲裂问题主要由于内外部的温差造成，需要尽量减少内外温差，避免发生裂缝。为提高混凝土强度安装自动喷淋设施以保证梁板得到充分养生。在低气温环境下，则需要使用蒸汽保温设备降低温差。

2.7 定位挡块和垫石

在施工中曲线桥梁垫石和挡块容易出现梁板和角度不一致的问题，造成梁板位置和间距不能放置减震块，梁板支座和垫石位置出现偏移，为了解决这一问题，需要使用CAD软件在平面图上确定垫石和挡块的实际位置，在施工中严格控制挡块和垫石的实际位置，禁止随意布设挡块和垫石。

2.8 吊装施工

吊装梁板一般选择起重机或架桥机用于曲线桥梁施工，施工过程需要做到轻吊轻放，梁体简支状态需要设法保持。基于架桥机型号，施工过程需要开展桥墩盖梁、支撑梁、主梁的安全验算，曲线上各控制点坐标计算需要以设计平面线形要素为依据，以此完成对应平面曲线图及梁板平面尺寸绘制，应用软件开展模拟架设，即可更好地保证施工质量。此外，还需要关注人与机械磨合、完美的平纵面线形打造。架设钢箱梁主要使用汽车和临时辅助支架进行，运输和吊装钢箱梁要轻吊轻放，充分保证梁体简支。在施工时应当进行桥墩盖梁、支撑梁以及主梁的验算。根据平面图计算曲线控制点的具体坐标，在CAD施工图上标注，根据曲线角度绘制梁板平面尺寸，使用制图软件的功能模拟架设钢箱梁达到设计位置。通过在平面图标注钢箱梁具体位置，吊装钢箱梁前使用全站仪辅助，准确放样，再进行施工，准确位置准确。施工全程均要以设计图为准，不能出现位置偏差或尺寸错误，避免影响工程质量。

2.9 桥面附属施工

设计与控制需要结合圆滑曲线拼装需要，可考虑采用1.5m或1m模板，施工过程中的浇筑成型需要结合实际控制段落长度，测量放样环节的平纵横控制可基于5m点位入手，同时严格控制浇筑施工质量和安全，最终顺利得到具备优美圆滑曲线的桥梁。

3 结论

综上所述，曲线桥梁工程具有一定特殊性，面对重交通条件，对其设计合理性和施工技术提出了更高的要求，务必要高度重视施工技术的科学应用，经过全面受力分析，不断优化施工设计，才能充分保证工程质量。未来还需要重视对桥梁工程的无损检测，通过引进先进工具设备进行检测，保证工程质量。