V形墩刚构桥设计施工问题探讨

2023-01-08覃仁昊张兴

交通世界 2022年13期

覃仁昊，张兴

（中交公路规划设计院有限公司贵州分公司，贵州贵阳 550000)

0 引言

目前，国内大部分省市的交通网络已经趋于完善，基本满足当地居民的出行需要。本项目所在的新马单村位于广东省江门市新会区，为四面环河的一座孤岛，依旧靠着轮渡与外界往来联系，并且当地经常受到台风的威胁，加剧出行风险。新马单大桥的建设，能够打通孤岛的陆上交通，对地方经济发展起到推动作用。

1 工程概况

广东省2021年农村公路桥梁安全保障整治工程建设总承包WQGZ01 标段（渡改桥）新马单大桥是一座为跨越虎坑水道而设置的桥梁，全长557m，桥梁宽度10m。此项目所在地区水陆交通连成完善的网络，且拥有较好的地理条件。城区以及乡镇原本的公路交通较完善。在施工区域内，存在三种主要的地形，首先是剥蚀残丘，高差在30～60m 之间，有植被覆盖，上层土壤是粉质黏土，厚度在0～5m；其次是冲积平原，是该项目走廊带区域的主要地貌特征，居民工作生活以耕种与养殖塘为主，整体地势较平坦，高差仅有0～10m，且地表水相对丰富，地层有沙土及黏性土等，厚度一般在0～16m；最后是冲积河谷，属于淤泥质土，埋深在22～26m。

2 桥梁结构设计

2.1 整体设计

在桥位处设置一座全长557m，桥面宽度为10.0m，跨径组成为 5×25+5×25+ （65+120+65） +2×25m 的桥梁。整体结构为：引桥上部采用25m 预应力混凝土先张工字梁，下部桥墩采用桩柱式桥墩，两岸桥台采用座板台；主桥上部采用预应力混凝土V 形墩刚构桥，下部采用V 形空心墩，过渡墩采用墙式墩，基础均采用承台桩基础。引桥采用预制吊装施工；主桥0号块采用托架现浇，其余梁段采用悬臂浇筑施工。该桥平面位于缓和曲线、圆曲线以及直线上，墩台径向设置，主桥桥型如图1 所示。桥梁横断面布置：0.5m（护栏）+1.0m（硬路肩兼作人行道）+7.0m（车行道）+1.0m（硬路肩兼作人行道）+0.5m（护栏）=10.0m。

2.2 上部结构

按照该项目的施工条件与建设要求，主桥上部结构采用预应力混凝土变截面连续刚构，跨径布置为65+120+65m，箱梁为单箱单室截面，箱梁根部梁高6.5m，高跨比为1∶18.46，跨中梁高为2.8m，高跨比为1∶42.86，0 号块以外箱梁底板按二次抛物线变化。箱梁顶板宽10.0m，底板宽度为5.0m，翼缘板悬臂长2.5m，桥面设2.0%的双向横坡，由铺装厚度进行调整形成，箱梁顶板按水平设计；箱梁顶板厚度为0.28m；箱梁底板厚度从跨中的0.27m 按直线变化到箱梁根部的1.1m；箱梁腹板厚度在0～2 号梁段为85cm，3 号梁段为85～70cm，4～8 号梁段为70cm，9号梁段为70～50cm，10～12 号梁段及边跨与中跨合龙段为50cm，边跨现浇梁段为50～60cm。0号块设两道厚200cm 横隔板，边跨端部设厚150cm 横隔板，箱梁合龙段设200cm 厚横隔板，箱梁采用纵向及竖向预应力体系，边中跨底板束采用先长后短对称均匀张拉。

主桥箱梁采用悬臂挂篮施工，各单T 箱梁除0 号块外分为12对梁段，箱梁纵向分段长度为3×3.5m+6×4.0m+3×4.5m，0 号块长22.0m，中跨合龙段长度为2.0m，边跨现浇段长度为3.92m，梁段最大重量为141.0t，挂篮自重按80t考虑。

2.3 下部结构

桥梁的下部结构包括桥台、主桥桥墩、引桥桥墩、过渡墩等。两岸桥台均采用座板台、承台桩基础，桩基按摩擦桩设计，采用机械成孔的施工方案。主桥桥墩整体呈现V 形外观，结构为钢筋混凝土结构，其斜墩尺寸规格是2.0m×5.0m；承台厚度为3.5m，基础采用6Φ200cm 的钻孔灌注桩。主桥过渡墩采用墙式墩，承台厚度为3.0m，基础采用4Φ180cm 的钻孔灌注桩。桩基础均按嵌岩桩设计，有助于提高桥梁整体稳定性。引桥桥墩采用桩柱式墩，钻孔灌注桩直径为1.2m，如果实际施工中发现地质情况与设计参数不符，应立即与设计方联系[2]。

2.4 附属结构

在桥梁两侧设置钢筋混凝土护栏，每隔3～5m 设置一道假缝，假缝宽度为3mm，深度控制在20mm，在墩顶的中心位置，留出10mm 宽断缝。本项目的桥面处理，鉴于工字梁的现浇桥面板原本便拥有铺装功能，所以不再单独设置铺装层，而在箱梁部分的桥面，需设置0.1m厚现浇层。根据现行公路桥梁支座的相关要求，本项目先张工字梁采用板式橡胶支座，主桥边支点采用盆式橡胶支座。另外，公路桥梁项目还需考虑排水的问题，本项目直接运用PVC 管道进行集中收集与排放。台后搭板长度为8m。

2.5 其他设计

本项目在设计过程中，基于桥梁安全性考虑，主要考虑抗震与耐久度、预应力防腐三个方面的问题。

（1）桥梁抗震问题。为降低地震灾害给桥梁造成伤害，提升整体结构的稳定性，主要采取的加强措施有：将结构中相对薄弱的部分进行强化；提升桥梁不同构件之间的整体联系性，注重配筋的处理，以增加桥梁结构的延性；为避免在地震中发生落梁的情况，在墩台盖梁及桥台台帽处加设防震挡块，同时，在桥台及分联墩处都留有充足的纵向空间；在保障桥梁整体结构具备较高抗震性能的基础上，尽可能多地布设耗能装置，达到抗震作用；注意施工缝的处理，保障相应位置的处理强度[3]。

（2）耐久度的设计。按照实际的环境条件进行结构划分。根据该桥梁工程的环境状态，把海洋对于桥梁混凝土结构的耐久性影响分成多个区域，而为保障桥梁结构的耐久度，设计采取了两个处理方案，具体为：优化混凝土结构的耐腐蚀性，选择海工高性能混凝土材料；适当加大结构保护层的厚度参数，搭配适宜的构造处理，并确保达到裂缝限制标准。另外，在特殊情况下，可额外增加其他的耐久性处理。该公路桥梁项目，设计基准期为100 年，其中混凝土材料的水胶比以及胶凝材料的最低用量、抗氯离子的渗透水平，根据构件所处的位置设计不同的参数。以承台及桥墩为例，其混凝土材料的水胶比不能超过0.35；胶凝材料的用量不能少于400kg/m3；氯离子的扩散系数需在2.5×10-12m2/s。各构件保护层耐久性的设计主要在厚度上作出调整。一方面，上部结构分成主梁底板下缘与顶板上缘、防撞护栏（附属构件），其中前两项均选择C50 混凝土，护栏采用C35 混凝土，三者保护层厚度参数为35mm。另一方面，下部结构，其中盖梁及墩柱等都采用C40 混凝土，保护层厚度参数为45mm。而在承台及桩基等部分，混凝土均采用C35混凝土，承台的保护层厚度参数为65mm；桩基的保护层厚度参数为75mm。对于大体积混凝土结构，为提升其整体结构的稳定性，需控制收缩与水化热的程度。对此可采取的处理方式为：降低胶凝材料用量，采用低水化热产生均匀的胶凝材料；调整外加剂掺量，延长混凝土凝结时间，推迟混凝土水化热峰值出现时间；混凝土浇筑后应尽可能推迟与海水接触时间（至少14d）。

（3）预应力防腐设计。在现场灌浆期间，借助真空技术，辅助完成压浆。对于预埋的管材成孔阶段，要求使用的波纹管必须满足相关规定。其中，塑料材质的波纹管，需运用原始的粒状原料，不可添加再生料。同时，波纹管应平滑光洁，在管壁上不能出现气泡、硬块与其他各类机械性损伤。而波纹管环的基本刚度至少要达到60kN/m2，管壁厚度要达到2mm。

3 桥梁施工要点

3.1 下部结构

桥梁下部结构的设计施工，关键要强调桩基础、墩台与支座。

（1）桩基础的现场施工时，在灌注混凝土材料环节中，为使成型结构符合设计参数，需利用有效方式加固钢筋骨架，避免灌注时发生上浮的问题。支承部分对应好中线，保证骨架位置准确，在桥梁墩柱与桩基部分的主要受力区域，各条钢筋需错开设置，接头部分如采取搭接的方式，要求受力截面积占比在25%以内，如采用焊接或者挤压接头，该比例控制在50%以内即可。钢筋直径不小于22mm时，需利用钢筋挤压连接器处理。本项目中运用的钢筋骨架，鉴于施工跨度较大，所以建议采取分段制作的方式，具体划分长度按照实际的吊装情况设计，保障不出现变形等问题。在骨架外侧需布置垫块，用于确定保护层厚度，而垫块的纵向间距控制在2m，每个桩周围需至少设置4个，骨架的上部安装吊环，方便起吊。桩基可采用冲击钻进行成孔，相邻两孔建议不要同时钻孔或浇筑混凝土，以免搅动孔壁造成串孔或断桩。在浇筑混凝土材料之前，必须全面清孔。此外，在水下部分浇筑作业时不可出现暂停的情况，避免引发夹层事故，同时，注重混凝土初凝与上升导管的控制，以免由于导管上升速度过快，使桩身和水体接触，形成夹层；反之，如果上升速度偏慢，会造成埋管太深，无法顺利拔出[4]。

（2）墩台与支座。墩台上需设置和制作配套的垫石，在施工前，先确定好各构件的质量及强度。墩台施工过程中要准确测量预埋垫石、钢板等的标高，而墩台整体的垂直度偏差需控制在0.1%以下，其顶部与底部的偏差在10mm内。为保障混凝土结构的美观性，需用钢模板，钢模板与支架都要具备一定刚度，支架基础需加以固定。现场施工期间，需关注温度条件、支架变形等实时状态，以免在初凝阶段出现明显的变形与裂缝病害。在承台的施工处理中，所有支架与模板等均需对照设计图纸实行全面检查，保障尺寸准确，没有杂物。承台的尺寸偏大，容易产生较多的水化热，所以要注意调整部分工艺，如添加适量粉煤灰等，降低结构内外温差，预防形成裂缝。

3.2 上部结构

3.2.1 引桥部分的工字梁预制

混凝土浇筑需一次性完成，且单次连续浇筑时长需在6h以内，并且在使用拌和物时，要确保其内部空气含量在3%～4.5%，并且模板与钢筋温度需控制在5～35℃。施工中采取全过程管理，避免有漏浆及漏振等情况。对于新旧混凝土结合作业面，需凿毛5～10mm，并保障作业面维持在适宜的湿润程度，保障结合效果。

3.2.2 主桥箱梁

鉴于应用悬臂挂篮施工，所以要求结构在保障轻巧的同时，还要保证刚度达标。为此，需提前试压，在确认结构挠度与强度均符合设计参数后才能进行拼装。之后，通过预压与加载试验，确定整体结构的承载性能。在悬臂浇筑过程中，处理墩身时，需确定各个临时固结件的质量。0 号块设置于墩顶托架上，所以浇筑时要确保托架本身的强度与刚度。考虑到0 号块的体积偏大，且设置的预应力管道和钢筋数量及密度均较高，现场作业时，要额外注意管道位置以及振捣动作。在挂篮完成后，从2 号梁段开始，一直到12号梁段，依次开展悬臂浇筑。在确认混凝土的强度达到90%，同时龄期至少有5 日，两项条件均满足的情况下，才能组织下一步施工。

3.2.3 钢筋施工技术

在需接长的部分，应规避承受应力偏大的区域，如果由于特殊情况断开，需要重新连接钢筋，要注意焊接部分的长度与品质。如果构造的钢筋和骨架的位置有冲突，需在确保后者点位不变的情况下合理改变前者位置。在本项目中，除特别表述需要焊接处理的钢筋外，其余钢筋节点可选择机械连接的方式。如果钢筋本身的直径在36mm 以内，并且现场施工条件较差，在技术条件允许的情形下，可利用绑扎处理。对于焊接处理的钢筋，如果钢筋直径达到12mm，需运用单面焊接的方式[5]。