吳 念
(中交第二航務工程勘察設計院有限公司,湖北武漢 430071)
三山南橋舊橋位于佛山市南海區三山港櫓尾撬水道上,是連接三山與南海、順德各地的主要通道,該橋對三山港的開發建設具有重大的社會與經濟意義。
該舊橋于1991年10月動工,1993年2月完工。隨著廣東經濟的發展,原橋上通行的載重車輛日益增加,舊橋汽車-20級的荷載等級標準偏低,同時,舊橋主跨跨徑為40 m,主跨橋墩位于河床中心,不能滿足櫓尾撬水道規劃Ⅵ級航道最小凈寬60 m的要求,為了滿足航運規劃和橋梁通行能力的要求,三山南舊橋必須拆除,在舊橋橋位附近另外新建新橋。
新建三山南橋橋涵設計荷載采用公路—I級,主橋分上下行兩幅橋,每幅橋梁寬度16.2m,主橋為45 m+70 m+45 m預應力混凝土連續梁結構,連續梁總體布置見圖1所示。
主橋單幅橋在兩個主墩上按“T構”用掛籃分段對稱懸臂澆筑施工。全橋按對稱懸臂澆筑→邊跨合攏→中跨合攏順序進行施工。
(1)道路等級:公路-Ⅰ級。
(2)人群荷載:3.5 kN/m2。
(3)設計車速:60 km/h。
(4)車道數:雙向6車道。
(5)地震動峰值加速度0.1 g,對應地震基本烈度Ⅶ度。
(6)設計洪水頻率:1/100。
(7)通航標準:Ⅵ級。通航凈寬不小于62 m,通航凈高不小于6.0 m。
(8)被交防洪堤、防洪堤路凈高4.5 m。
(9)被交環堤路、橋下掉頭車道凈高5.0 m。
(10)橋梁寬度:主橋寬34 m,為雙向6車道,3.5 m人行道+12.0 m行車道+0.5 m墻式護欄+2 m中央分隔帶+0.5 m墻式護欄+12.0 m行車道+3.5 m人行道=34 m;引橋不設人行道,寬28 m,0.5 m墻式護欄+12.0 m行車道+0.5 m墻式護欄+2 m中央分隔帶+0.5 m墻式護欄+12.0 m行車道+0.5 m墻式護欄=28 m。
主橋上部結構為(45+70+45)m三跨預應力變截面連續箱梁,由上、下行分離的兩個單箱雙室箱型截面組成,其橫斷面見圖2所示。單個箱體頂板寬16.20 m,厚0.28 m,設2%的橫坡;底板寬10.8 m,厚度從跨中至距主墩中心3.75 m范圍按二次拋物線由0.25 m變化成0.6 m,橫橋向底板保持水平;箱梁根部梁高4.0 m,跨中梁高2.0 m,箱梁梁高從距跨中1.0 m至距主墩中心1.75 m處按二次拋物線變化;腹板厚度0~6號塊為0.65 m,8~10號塊為0.45 m,在7號塊范圍內由0.65 m按直線變化至0.45 m;翼緣板懸臂長為2.7 m,端部厚0.18 m,根部厚0.65 m。除在主墩墩頂設置一道厚2.5 m的橫梁,邊跨端部設厚1.5 m的橫梁外,其余部位均不設橫梁。主橋箱梁混凝土強度等級采用C50,按全預應力構件設計。
3.2.1 計算模型的建立
主橋上部結構計算模型采用平面桿系單元,采用MIDAS/CIVIL 2010進行分析計算。全橋共劃分66個單元,67個節點。全橋結構計算模型見圖3所示。
3.2.2 計算參數的取值
C50混凝土:容重:26 kN/m3;
彈性模量:3.45×104MPa。
基礎不均勻沉降:1.0 cm。
箱梁整體升溫:+25℃。
箱梁整體降溫:-20℃。
豎向日照溫差:T1=14℃,T2=5.5℃,豎向日照反溫差為正溫差乘以-0.5。
管道摩擦系數:μ=0.17。
管道偏差系數:κ=0.0015。
錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮值(一端):6 mm。
相對濕度:80%。
混凝土加載齡期:7d。
3.2.3 計算結果
按規范JTG D62-2004有關規定對各種荷載進行不同的荷載組合,對結構的施工階段應力、持久狀況承載能力極限狀態、正常使用極限狀態、短暫狀況應力均進行了驗算。通過計算,施工階段應力驗算最大壓應力為12.07 MPa,最大拉應力為0.53 MPa,分別滿足相應的應力限值18.14 MPa和2.44 MPa。承載能力極限狀態驗算最大彎矩和剪力分別為72280 kN·m和25465 kN,分別小于相應結構抗力103513 kN·m和41498 kN。正常使用極限狀態正截面抗裂驗算均未出現拉應力,斜截面主拉應力為0.73 MPa,小于拉應力限值1.06 MPa。因此,施工階段應力驗算、承載能力極限狀態驗算,以及正常使用極限狀態驗算均滿足規范相應要求。
三山南橋于2010年下半年開始施工,在施工的過程中,出現了以下幾個方面的問題,通過各參建單位的討論研究,這些問題基本都得到了解決。
(1)部分樁基施工時實際地質情況與地質資料不符。三山南橋主橋和引橋樁基都是按嵌巖樁進行設計,樁底要求進入中風化或微風化巖層。但是,佛山地區地質情況比較復雜,在施工的過程中先后出現了巖層里有裂隙,有夾層等不良地質情況,主墩8#橋墩還出現了同一承臺下6根樁的地質情況有較大差別的情況,給現場施工及樁基終孔的判定增加了難度,最后只能按照設計單位提供的終孔原則(按設計圖紙中要求的樁基入巖深度來控制)進行判斷終孔,導致有較多的樁基都進行了加長。對于這種地質條件比較復雜的地區,在綜合考慮各種因素后,設計時可考慮采用摩擦樁,以減少后續施工過程中的變更。
(2)設計交樁時提供的控制點被破壞。該項目為重建項目,設計交樁的控制點(除去部分已遭破壞的控制點)基本上都位于原有老路上,施工時由于不能封閉原有交通,也沒有對控制點進行很好的保護,導致部分控制點被破壞,最后只能采用加密的控制點對路線的高程進行控制。對于控制點位置的選擇,應該盡量選擇不易被破壞的位置。同時在施工的開始階段,應該對設計提供的控制點進行復測并加強保護,根據施工的需要加密控制點,每隔一定的時間就應該重新對控制點進行復測,以便提供準確的測量數據。
(3)主梁懸臂施工時掛籃的剛度不夠。掛籃施工通過專家評審會后,在實際的施工過程中發現澆筑混凝土后,掛籃底模同一截面不同位置高程存在一定的差別(同一截面的不同位置底板高程是應一樣的),并且連續幾個節段都出現這種問題。經參建各方討論認為:雖然該項目主梁懸臂施工采用的掛籃在其他的項目成功應用過,也通過了專家評審,但是,由于該項目采用的掛籃是舊掛籃,掛籃使用的鋼材存在一定的銹蝕和缺陷等問題,導致掛籃的實際剛度沒有達到理論的計算值,吊帶和底??v梁剛度不足,最后,通過增加手拉葫蘆減小吊帶的受力,增加底??v梁的支撐點,從而使掛籃的剛度有了一定的提高,為主梁的順利合攏打下了基礎。因此,懸臂施工掛籃的設計是關鍵,該項目采用的掛籃較笨重,掛籃自身重量較大,對掛籃整體的剛度也有一定的影響,設計施工時應該合理設計掛籃的結構形式,盡量采用輕型掛籃。
(4)懸臂施工時混凝土的養護不到位。主橋箱梁懸臂施工時是夏天,白天氣溫比較高,晝夜溫差較大,施工單位采用在澆筑的混凝土表面鋪麻袋,灑水養護,結果箱梁頂板頂面和箱室內腹板還是出現了一些微裂縫,經過分析,認為裂縫造成的原因主要是混凝土的干縮引起的,施工單位在養護灑水的時候是每隔2 h灑水一次,但是白天氣溫比較高,澆筑的混凝土還是會出現間斷的無水養護的狀態。鑒于這種情況,最后采用水管一天24 h不間斷供水灑水,并指派專人進行管理的方式,使混凝土的養護到位,裂縫明顯減少。
三山南橋主橋為預應力混凝土連續梁結構,采用掛藍懸臂澆筑施工,施工工藝成熟,本文通過介紹其設計參數的取值,主橋上部結構的整體計算,以及在后期施工過程中出現的一些問題和解決方法,為同類橋梁的設計和施工提供了一些參考。
[1]JTGD62-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].
[2]JTGD60-2004,公路橋涵設計通用規范[S].
[3]范立礎,橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2004.
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