淺談高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋

1、淺談高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋淺談高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋中鐵十四局集團(tuán)三公司延延高速項(xiàng)目部任飛摘要：本文結(jié)合延延高速黃河特人橋介紹了高墩人跨連續(xù)剛夠橋的發(fā)展歷程，結(jié)構(gòu)特 性以及施工中的重點(diǎn)難點(diǎn)。關(guān)鍵詞：連續(xù)鋼構(gòu)；高墩；大跨；施丁1、發(fā)展歷程在國(guó)外，伴隨著預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)和懸臂施工技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)60年代在t型剛構(gòu) 橋的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了一種新的橋型，連續(xù)剛構(gòu)橋。連續(xù)剛構(gòu)橋主梁為連續(xù)剛體，與薄壁墩固 結(jié)而成，吸收了連續(xù)梁橋和t型剛構(gòu)橋的優(yōu)點(diǎn)。具有適應(yīng)性強(qiáng)、施工方便、易于養(yǎng)護(hù)、造 型優(yōu)美、經(jīng)濟(jì)性好、行車(chē)舒適等優(yōu)點(diǎn)，自問(wèn)世以來(lái)得到了迅速發(fā)展。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，為了滿足交通運(yùn)輸?shù)男杷?，連續(xù)剛構(gòu)橋因其具冇優(yōu)越的

2、性能 得到了廣泛的應(yīng)用。1990年建成了我國(guó)第一座跨徑為180m的廣州洛溪大橋。z后，相繼 建成了黃石長(zhǎng)江大橋(162. 5+3x245+162.5) m、虎門(mén)大橋輔航道橋(150+270+150) m等 一系列具有代表性的橋梁，將連續(xù)剛構(gòu)橋的建設(shè)推向新的高度。近年來(lái)，高等級(jí)公路的建設(shè)逐步向西部延伸。那里地勢(shì)險(xiǎn)峻，地形多為深溝、陡坡，對(duì) 橋梁建設(shè)提出了更高的要求，因此出現(xiàn)了大量高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋。冃前在國(guó)內(nèi)，主跨跨 徑最人的為重慶石板坡長(zhǎng)江人橋復(fù)線橋，跨徑為330米；墩高最高的為四川臘八斤溝特大 橋，最大墩高182.5m。我項(xiàng)冃部承建的延延高速黃河特大橋最大跨徑160m,最大墩高 141m,無(wú)

3、論從設(shè)計(jì)水平上，還是施工難度上都處于同類(lèi)橋梁的領(lǐng)先水平。隨著西部大開(kāi)發(fā)的進(jìn)一步推進(jìn)和東部跨海連江工程的實(shí)施，連續(xù)剛構(gòu)橋的建造熱潮仍在 繼續(xù)。并且隨著設(shè)計(jì)水平的提升和施工工藝的改善，以及在高原地區(qū)受地形環(huán)境的限制， 為滿足建橋的實(shí)際需要，連續(xù)剛構(gòu)橋未來(lái)將會(huì)向著更人跨更高墩的方向發(fā)展。2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及力學(xué)特性連續(xù)剛構(gòu)橋吸收了連續(xù)梁橋和剛架橋兩種橋型的特點(diǎn)，是一種組合體系橋梁。一般將橋 跨結(jié)構(gòu)即主梁和墩臺(tái)整體相連的橋稱(chēng)之為剛構(gòu)橋。由于墩梁之間采用剛性連接，在豎向荷 載作川下，將在主梁端部產(chǎn)生負(fù)彎矩，跨中的正彎矩也會(huì)隨之減小，跨中截面尺寸也會(huì)相 應(yīng)的減小；支柱在承受豎向荷載的同時(shí)也會(huì)承受彎矩和水平推力，

4、是一種有推力結(jié)構(gòu)形 式。剛夠橋人多數(shù)位超靜肚結(jié)構(gòu)，這就造成了在混凝土收縮，溫度變化，墩柱不均勻沉降等 過(guò)程中產(chǎn)生附加內(nèi)力；在施工過(guò)程中的體系轉(zhuǎn)換過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生附加內(nèi)力。在跨徑較小的情況下-般選用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式的剛構(gòu)橋，在人跨度橋梁屮，經(jīng)常采用預(yù)皿力混凝土 剛構(gòu)橋。高墩人跨連續(xù)剛夠橋是一種人跨徑預(yù)應(yīng)力剛構(gòu)橋。在受力方面有著與一-般剛構(gòu)橋相近的 特性，但伴隨著跨徑的增大和墩高的增高，在受力方面也有著h己獨(dú)特的特征。墩梁固 結(jié)，上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)共同承受荷載；采用柔性墩，允許墩柱有較人的位移，形成擺動(dòng) 支撐體系；多次超靜定結(jié)構(gòu)混凝土收縮、徐變、溫度變化等作用卜-產(chǎn)個(gè)的附加應(yīng)力會(huì)對(duì)結(jié) 構(gòu)產(chǎn)生較大的

5、影響。3、橋部類(lèi)型及其特點(diǎn)3. 1基礎(chǔ)高墩人跨連續(xù)剛夠橋的基礎(chǔ)構(gòu)造形式與具他橋梁并無(wú)太大的區(qū)別，但具對(duì)地基的不均勻 沉降量控制嚴(yán)格。一般而言根據(jù)橋位處的地址情況而定，經(jīng)常采用樁基礎(chǔ)。我項(xiàng)冃部承建 的黃河特人橋位于陜晉界，典型的u型河谷，陜西岸陡坡峭，黃河河底平坦，山西岸為梯 wo橋址區(qū)地層主要為碎石土、粉砂、卵石土、新老黃土、強(qiáng)風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化砂巖。根 據(jù)地層條件以及受力需要，采用樁基礎(chǔ)，主橋3#、9#墩為8根樁基，448#墩均為24根群 樁基礎(chǔ)。由于本橋的跨徑較人墩高較高,從受力的角度考慮，混凝土承臺(tái)體積較人。4#-8#五個(gè)主 墩承臺(tái)均為24.加x15.8mx5m的大體積承臺(tái),單個(gè)承臺(tái)混凝土

6、方量達(dá)到1912m3,對(duì)大體 積混凝土的施工提出了更高的要求。3. 2墩柱高墩人跨連續(xù)剛構(gòu)橋的墩柱與連續(xù)梁共同承受內(nèi)力，且結(jié)構(gòu)內(nèi)力是按照主梁和橋墩的剛 度比進(jìn)行分配的。如果橋墩的剛度大，則其所分得的內(nèi)力相應(yīng)的增大，墩頂處梁段處受力 很大，既沒(méi)冇起到降低墩頂彎矩的初衷，也不能充分發(fā)揮主梁的抗彎能力。同時(shí)，若剛度 過(guò)大，縱橋向位移較小，不能有效的消除附加內(nèi)力引起的變形。因而，縱橋向剛度在滿足 施工和運(yùn)營(yíng)階段的穩(wěn)定性前提下要盡量?。粚?duì)于橫橋向剛度，隨著墩高的增高風(fēng)荷載逐漸 成為控制橋梁內(nèi)力的主要兇素，為了增強(qiáng)橫向穩(wěn)定性，橫向剛度需要人一點(diǎn)，用以抵抗傾高墩大跨的柔性墩，立面形式大體上分為以下三種。即單

7、柱式薄壁墩，雙柱式薄壁墩和 組合式墩柱。（1）單柱式墩單薄壁墩在墩位處只冇一個(gè)截面形式為空心的矩形截血或箱梁截面的橋墩。單薄壁空心 墩為四周閉合的截血形狀，其抗扭性能好，抗推能力強(qiáng)，但其柔性不如雙薄壁墩。為了在 懸澆階段捉供足夠安全的抵抗縱向不平衡彎矩的作用，需耍較大的縱向尺寸，成橋運(yùn)營(yíng)階 段其較大的抗推剛度導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在收縮、徐變、溫度變化等作用f產(chǎn)生很大的內(nèi)力，對(duì)墩 柱、基礎(chǔ)均產(chǎn)生不利影響，從而使得基礎(chǔ)墩柱的配筋顯著增加，導(dǎo)致下部構(gòu)造造價(jià)增加。單薄壁墩，多用在深谷和深水河流的高橋墩上，隨著墩高的進(jìn)一步增高其柔性也會(huì)有所改 善，經(jīng)濟(jì)性能也有所改善。（2）雙柱式薄壁墩雙薄壁墩順橋向剛度較小，可以很

8、好的適應(yīng)橋梁的縱向變形，一般用于墩高50m以內(nèi)的 懸怦施工連續(xù)剛構(gòu)橋。采用雙薄壁墩可以有效的增加豎向剛度，抗推能力小允許的變位 大，不僅可以有效的減小主梁墩頂?shù)呢?fù)彎矩，使得彎矩峰值出現(xiàn)在墩頂，使結(jié)構(gòu)內(nèi)力分配 更加合理。雙薄壁對(duì)橫向的迎風(fēng)面枳較小、風(fēng)載體形系數(shù)小，對(duì)抵抗山區(qū)峽谷橫風(fēng)更河 利。但對(duì)于墩高大于50m,若采用此種墩形會(huì)增加施工的復(fù)雜性和難度，就會(huì)變的不經(jīng) 濟(jì)。（3）組合式橋墩組合式橋墩上部采用雙薄壁，下部采用單薄壁空心墩，具有以上兩種橋墩形式的優(yōu)點(diǎn)。 通過(guò)調(diào)整上部雙薄壁和下部單薄壁空心墩高度，對(duì)以獲得較好的縱向剛度和橫向剛度，從 而滿足結(jié)構(gòu)在施工階段和運(yùn)營(yíng)階段的受力要求。延延高速黃河特

9、大橋根據(jù)地形與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)計(jì)的橋墩如下形式。如圖1所示。8#4#5#7#6#圖1黃河特大橋墩身形式示意圖主橋橋墩4#-7#墩髙分別為116m, 140m, 141m, 120m。8#墩墩高62m。墩高大于100m的4、5、6、7號(hào)墩采用單薄壁空心墩;橫橋向?qū)捑鶠?.0米，順橋向4和7號(hào)墩為7. 5米、 5和6號(hào)墩為9.0米，壁厚順橋向0.9米，橫橋向0.7米。主橋8號(hào)墩采用雙薄壁空心橋 墩；橫橋向?qū)?.0米，順橋向單薄壁2. 5米，壁厚順橋向0.8米，橫橋向0.6米。橋墩中 部設(shè)置橫系梁，增強(qiáng)橫向聯(lián)系，提高橫向剛度。橋墩單幅平面圖，如圖2所示。圖2.1 4#-7#橋墩橫截面示意圖圖2. 2

10、8#橋墩橫截而示意圖3. 3主梁（ ）為了減小上部結(jié)構(gòu)的自重，增加跨度，減小上、下部結(jié)構(gòu)的工程量、增加截而的抗扭剛度，高墩人跨連續(xù)剛構(gòu)橋上部結(jié)構(gòu)一般采用變截而箱梁。箱梁根部的高跨比為1/151/20,其屮大部分為1/18；跨屮的高跨比也在下降，橋的上部結(jié)構(gòu)趨于輕型化。橋型的梁 底變化曲線一般按照1.51.8幕次的拋物線變化。頂板和底板是承受正負(fù)彎矩的主要工作部位，當(dāng)采用懸臂施工方法 時(shí)，梁的下緣特別是靠近橋墩的截面承受很大的壓應(yīng)力。箱型截面的底板應(yīng)提供足夠大的 承壓面積，發(fā)揮良好的的受力作丿ij。一般情況下，箱梁底板厚度隨箱梁負(fù)彎矩的增大而逐 漸加厚直至墩頂，以適應(yīng)受壓要求；箱梁頂板的厚度需要

11、滿足橋而橫向彎矩的要求和滿足 布置縱向預(yù)應(yīng)力鋼束的耍求。延延高速黃河特人橋主橋上部結(jié)構(gòu)為88+4x 160+88米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，由一個(gè)單箱單室箱型斷血組成。箱梁根部高度為9. 5米，跨中梁高3. 5米，其間梁高按1.8次拋物線變化。箱梁頂板寬12. 15米，底板寬7米，頂板厚0.3米，底板厚度由跨中0.32米按1.8次拋物線變化至根部1.1米，腹板分別為0.5米，底板厚1.3米，腹板厚0.8米。除橋墩箱梁內(nèi)設(shè)4道橫隔板外，其余屮跨跨屮各設(shè)2道橫隔板。橋而橫坡采用不同腹板高度予以調(diào)整，主梁采用掛藍(lán)懸臂澆筑法施工。主梁斷而示意圖，如圖3所示。圖3主梁梁端跨中斷面示意圖4、施工重點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

12、在高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋施工中，其中大體積承臺(tái)混凝上施工、薄壁空心墩施工、大跨懸 灌線性控制施工是施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。4. 1大體積承臺(tái)混凝上施工主墩承臺(tái)混凝土體積巨大，4#一8#主墩尺寸為24. 2mx 15. 8mx5m, 一次澆筑if仝體積為 1912m3 o按照施工進(jìn)度的安排，承臺(tái)施工需要在冬季完成。對(duì)于人體積混凝土施工，重點(diǎn) 是控制裂縫的產(chǎn)牛。出丁混凝土溫度變化產(chǎn)牛變形受到混凝土內(nèi)部和外部的約朿影響，產(chǎn) 生較大應(yīng)力，尤其是拉應(yīng)力，是導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。為避免混凝土出現(xiàn)裂 縫，不影響結(jié)構(gòu)的受力和正常的使用，必須采取可靠搭施防止內(nèi)外出現(xiàn)過(guò)大溫差，對(duì)混凝土溫度變化加以控制，嚴(yán)格控制裂

13、縫出現(xiàn)。通過(guò)對(duì)人體積混凝土裂縫產(chǎn)生的機(jī)理分析，在 施工中主要從原材料質(zhì)量控制，配合比選取，嚴(yán)格控制拆模時(shí)間，混凝土養(yǎng)護(hù)、通水散熱 兒個(gè)方而來(lái)控制內(nèi)外溫差，確保內(nèi)外溫差控制在20°cz內(nèi)。4.2薄壁空心墩施工主橋橋墩4#-7#墩高分別為116m, 140m, 141m, 120m,均為單薄壁空心墩,采用爬模施 工工藝；8#墩墩高62m,為雙薄壁空心墩，采用翻模施工工藝。由于橋墩較高，對(duì)橋墩的 垂玄度和偏位要求很高，施丁過(guò)程屮要嚴(yán)格控制，防止出現(xiàn)失穩(wěn)的情況。在現(xiàn)階段的高墩丿施工中，常常采用爬模和翻模兩種施工形式。翻模是由上下兩組同樣規(guī) 格的模板組成，隨著混凝土的連續(xù)灌注，下層混凝土達(dá)到拆

14、模強(qiáng)度后，自下而上將模板拆 除，接續(xù)支力，如此循環(huán)往復(fù)，完成橋墩的灌注施工。爬模施工是按照結(jié)構(gòu)的平面圖，沿結(jié)構(gòu)周邊一次 裝設(shè)模板，爬升過(guò)程中不用再支模，拆模等；混凝土可以保持連續(xù)澆注，施工速度快，隨 著模板內(nèi)混凝土不斷澆注，通過(guò)不斷提升模板來(lái)完成整個(gè)建筑物的澆注和成型。施工過(guò)程 中要切實(shí)理解好兩種施工形式的特點(diǎn)，優(yōu)選方案，編制好施工組織計(jì)劃，精心組織施工。4. 3人跨懸灌線性控制施工由于墩高跨人，懸臂澆注吋梁段的變形較人，且受日照溫差、溫度、預(yù)應(yīng)力、臨時(shí)荷載 及混凝上的強(qiáng)度、彈性模量的影響，各節(jié)段的預(yù)拋值控制難度較人，線型控制的合攏精度 要求高。梁段的合攏施工技術(shù)較為復(fù)雜，成橋后的線型及應(yīng)力狀態(tài)必須與設(shè)計(jì)相吻合。由 于受混凝土的徐變影響，通車(chē)后跨中的撓度下沉較多，影響通車(chē)后的結(jié)構(gòu)線型及使用，故 必須采取可靠措施使得各“t”構(gòu)衣形成體系z(mì)前盡可能減少混凝土徐變對(duì)梁體帯來(lái)的影 響。5、總結(jié)語(yǔ)本文用繞著高墩人跨連續(xù)剛構(gòu)橋的發(fā)展丿力程開(kāi)始展開(kāi)闡釋?zhuān)治隽似涫芰μ匦?，?gòu)造特 點(diǎn)以及施工中的重點(diǎn)、難點(diǎn)。淺析了高墩人跨連