先简支后连续桥梁的设计与连续段施工工艺

鱼泉河大桥

先简支后连续桥梁的设计与连续段施工工艺

黄刚

（中国水利水电第七工程局六分局水界路项目部）

摘要：结合鱼泉河大桥先简支后连续的施工实例，介绍先简支后连续梁的设计及连续段施工工艺。

关键词：先简支后连续梁；设计与施工工艺

1 工程概况

渝湘高速公路水界段A1合同段由水电七局承建，A1路线全长4.7km，合同总价6398万元，合同工期24个月。其中K3+300鱼泉河大桥，是目前由水电七局承建的所有桥梁中最长的高速公路梁桥，全长339.974m ，宽26m，90°正交。桥跨左右幅错跨设置，左幅长339.974m，右幅长315.039m，为钢筋预应力T梁桥。为避免多跨简支梁桥桥面连续在其接缝处易于破损引起桥面跳车的弊端，设计对鱼泉河大桥作了结构体系转换，即“先简支后连续”，即在多跨桥墩处相邻孔梁板端用预埋钢筋、现浇接头的办法，将简支梁受力状态改为连续梁受力，为克服墩顶梁板结构产生的负弯矩，设计在负弯矩增设二次张拉钢绞线预应力束。其连续端结构见图1。结构形式：其中第一、第三联为先简支后连续结构，其中第二联为先简支后连续刚构（左半桥上部构造采用3×30+5×30+3×30m共三联，右半桥上部构造采用4×30+3×30+3×30m共三联）；桥台为U型台，扩大基础；双柱式桥墩，挖孔灌注桩基础。

图1 连续墩顶面图

2 先简支后连续结构优越性及特点

（1）简支梁桥属于单孔静定结构，它构造简单，施工方便，其结构尺寸易于设计成系列化和标准化，有利于在预制场地上组织大规模预制生产，并用龙门吊、架桥机等现代化的起重设备进行安装。采用装配式的施工方法可以大量节约模板支架木材，降低劳动强度，缩短工期，显著加快建桥速度。然而简支梁桥也存在很大缺点：从运营条件来说，简支梁桥在梁衔接处的挠曲线会发生不利于行车的折点，一般简支梁在梁衔接处设置成伸缩缝或桥面连续，伸缩缝造价较高，易受破坏，又无法避免行车的不舒适性；桥面连续也容易出现破坏（已建工程中简支梁上桥面连续出现破坏的屡见不鲜），另外简支梁跨中弯矩较大，致使梁的截面尺寸和自重显著增加，需要耗用材料多，这些都是简支梁桥的显著缺点。

（2）连续梁桥同简支梁桥相比较而言，其特点差别很大：结构较复杂，当跨径较大时，长而重的构件不利于预制安装施工，而往往要在工费昂贵的支架上现浇，需要的工期长。但是连续梁桥无断点，行车舒适，且由于支点负弯矩的存在，使跨中正弯矩值明显减少，从而减少材料用量及结构自重，这些特点是简支梁桥所无法比拟的。

（3）先简支后连续梁桥刚好发挥了上述两种梁桥的优点，克服它们的缺点。

其施工特点是先按简支梁规模化施工，后用湿接缝把相临跨的梁块连接成连续梁，从而得到连续梁优越的使用效果。鱼泉河大桥正是采取先简支后连续这种结构形式。

3 结构设计特点和意图

（1）结构由预制梁段与现浇梁段组成。

（2）由双排支座变为单排支座的过程即为体系转变过程。

（3）在恒载与活载作用下（体系转换结束后）结构的受力特征均为连续梁之特征。

（4）在预制T梁顶、底板预埋了一排粗钢筋，伸出锚端，施工中纵向两梁的钢筋连接在一起，主要作抗剪力用。

（5）在梁板顶板中设置抗负弯矩预应力筋，锚头设在梁板顶面，在T梁预制中为保证预应力束两端上覆厚度，防止预应力径向分力上影响，已设置比梁板高出5.9cm的齿块板即锚块。纵向两梁的预应力筋穿过现浇段，连成一个整体。（6）现浇段砼采用C50高标号微膨胀砼，微膨胀采用UEA膨胀剂。

根据不同体系，湿接缝即为纵向连接两跨简支梁，横向连接同跨梁板的现浇砼段，在30m梁的设计中，其纵向为缝宽70cm，横向为桥宽。

下面对先简支后连续梁进行简化受力分析。简支、连续梁剪力及弯矩示意假设只受均布荷载集度为q的作用，其受力分别如下图2所示：

图2 简支、连续梁剪力及弯矩示意图

比较两图可知：梁的最大弯矩转移到两梁连接的现浇段即墩顶连续段湿接缝处，且变为负弯矩，同时现浇段的剪力比原设计简支梁梁端所受剪力还大。因此现浇段承受着最大弯矩及最大剪力，为连续梁的最不利截面。

4 先简支后连续施工工艺流程

先简支后连续桥的梁板为后张法预应力梁，场地集中预制，在桥上进行体系转换，吊装时先采用临时支座按简支梁安装就位后，在连续墩上预置永久橡胶支座，现浇接头、张拉克服负弯矩的预应力束，将体系转换为连续梁，最后铰缝和桥面铺装层，完成桥梁施工。其施工工艺流程见图3。

图3 先简支后连续桥施工工艺流程图

5 连续段湿接缝施工技术要求和施工工艺分析

预制梁板安装在临时支座上，并调整好轴线与标高后即可进行湿接缝的施工。根据先简支后连续梁的工作原理和施工工艺流程可知：新老砼连接面处理；临时支座、永久支座正确安装；连接钢筋、预应力束施工质量是从简支变为连续施工质量的关键。

（1）新老砼连接面处理。有试验资料表明，新老砼连接面的抗拉强度与施工缝处理方法有关，表1为施工缝处理方法与抗拉强度的关系参考表。将梁顶板要浇筑砼的范围内的梁板表层砼去皮1mm～2mm，在浇筑砼时湿润表面并座浆，以保证新老砼的良好结合。因此对旧砼去皮，对新老砼连接是很重要的。所以，对现浇接头部位的T梁端头及T梁翼缘板都应去皮，对周边接触面和T梁全长内横向铰缝务必在预制场内凿毛洗净，以减少高空作业并保证新老粘接质量。

表1

（2）搁置Ｔ梁的临时支座可用将钢管截成筒状侧边钻孔临时阀门封闭灌装砂层（砂应该在使用前烘干）的办法，高度可比永久支座略高3～5mm，以便体系转换时最后拆除；在湿接头前，应对永久性橡胶支座表面进行保护(塑料膜或薄钢板履盖)其接缝处残渣、杂质可用高压风清除干净，并仔细检查各支座放置的平整度。

（3）安装底模及永久性支座

将支座置于墩顶支座垫石上，放好后在永久性支座外周围安装底模，为严防漏浆，永久性支座与底模间的缝隙应采取有效措施密封。根据实际情况及经济性，

底模大多采用泡沫板，考虑到泡沫板在现浇砼作用下会有所压缩，选择泡沫板厚度要比支座厚度大2mm，并与支座间的缝隙用胶布或砂浆封住，防止漏浆。如果安装好泡沫板底模后，仍有些后工序须进行电焊，为防止焊渣掉落至底模烧坏泡沫板，可在泡沫板上喷洒一层水泥浆。

（4）钢筋安装

按湿接缝钢筋构造图绑扎钢筋，设计图上对纵向连接钢筋要求采用双面焊接来实现。其实纵向钢筋连接可采用搭接焊、帮条焊或套筒压接接头。

（5）安装预应力束道

为防止预应力筋与管道之间摩擦引起的应力损失增加及改变预应力筋的受力，应严格控制预应力束道的位置。束道在两预制梁端与现浇段相接处的位置偏差应控制在2mm以内。在现浇段中预埋与预制梁中同种材料的预应力束道（本次施工采用镀锌扁波纹管），须与预制梁段对应束道顺接，确保连接可靠，不漏浆。

（6）现浇

在模板安装完毕以后，即可浇筑。根据连续段的受力情况，为防止砼收缩引起现浇段与预制梁的开裂及预应力损失，砼中掺加UEA膨胀剂。设计上采用C50微膨胀砼，因钢筋密集，规定砼石子的粒径不大于2cm。根据配合比，严格控制各材料用量，浇筑砼时采用小直径振捣棒的振捣器配合大直径振捣棒的振捣器，最后用平板式振捣器，确保现浇段砼密实。

（7）养生

施工完毕，为防止早期收缩出现裂缝，最好在捣实抹平后即用塑料薄膜覆盖，在砼初凝前，掀开塑料薄膜，砼会泛水至表面，这时进行二次收浆，以控制平整度及防止出现裂缝。收浆完再用塑料薄膜覆盖待下次洒水养生时，换砂或草袋洒水代替塑料薄膜继续养生。

（8）墩顶负弯矩区桥面板浇筑

（9）张拉预应力束及压浆

待现浇砼强度达到设计强度的85％后，张拉桥面负弯矩钢束。预应力束采用镀锌扁锚锚固，用YDC24Q型千斤顶对预应力束中的每根预应力筋逐根张拉。张拉完毕后封锚并及时压浆。然后逐孔张拉剩余部分的，形成连续刚构体系。

至此，拆除临时支座（应该注意拆除顺序和对称），完成整个转换过程。

6 施工中应注意的问题及几条措施

（1）做好技术交底工作，全面领会设计意图，特别是对现场施工操作人员和现场技术人员务必按上述施工工艺要求及施工规范进行施工。

（2）梁板预制时湿接头预埋钢筋位置一定要准确，板端钢筋预留长度要一致，可比设计长度略短0.5cm，这样为梁板就位、钢筋焊接创造有利条件，避免当梁板全部安装完毕后处理接头钢筋造成的操作环境差、工人劳动强度大而无法保证接头钢筋连接质量情况出现。

（3）梁体上老砼的去皮工作必须提前进行，当预制的梁板刚拆模后即开始施作，除对梁板端部接头老混凝土去皮外，还必须重视铰缝和梁上部负弯矩区梁顶凿毛，避免梁板全部安装完毕且钢筋接头连接好后再作此道工序，既费时又费工，飞落在湿接头缝隙内的残渣等杂质，用高压风或高压水枪均无法彻底清除，影响湿接头质量，给今后桥梁运菅安全带来隐患。

（4）端模板周转次数多后拆装易变形，施工时需定期进行端模板尺寸修正与校验。

（5）由于永久橡胶支座均为水平布置，而桥面均有横坡，吊装时每一片的四个临时支座高度应考虑横坡，即内侧临时支座应比外侧临时支座高H(H=支座间距×桥面横坡)。

（6）湿接缝、连续段等现浇段工程量虽小，但工序繁琐且专业性强，每道工序都会影响整座桥梁的质量，应组织专业队伍施工，同时考虑该部分的经济效益。

7结束语

渝湘高速公路水界段主线多跨桥梁全部采用先简支后连续梁形式，与整体现浇梁相比，梁板更便于集中预制，通过在桥上完成体系转换，较好地解决了多跨桥梁简支梁接头易破损所引起的桥面跳车问题。