关于组合箱梁在南京二桥应用的探讨

一、南京长江第二大桥概况
　　南京二桥位于现长江大桥下游11m处，由"二桥三路"即南引线、南汊大桥、八卦洲引线、北汊大桥、北引线组成，全长21.2km。八卦洲引线起于北汊大桥南桥台尾，由北向南先后跨越小江河、中心河、跃进河，终于南汊大桥北桥台尾（包括八卦洲互通立交），全长5.70577km，是"二桥三路"中里程最长、施工难度最大的引线。
　　 二、沿线水文、地质
　　八卦洲位于南京市栖霞区八卦洲乡，四周被长江南北江所环绕，地貌为江心洲冲积平原，洲上江堤所围面积41平方千米。1954年被长江特大洪水（水位8.6m，高程黄海高程）淹没，后多次对江堤进行加固抬高，经受了1998年的特大洪水考验，堤围内未受长江洪水之害。目前，水利部门已在八卦洲内按井格布局，修好大、中、小沟渠达30条之多（沟渠总长约66km），并在江堤上建成9处排涝站，以解决降雨内游问题。经水文分析，洲内一百年一遇的内涝水位为4.25m，这一水位在1998年的特大洪水中得到验证。
　　地质详勘结果表明，桥址处小江河地表以下18～20m为可液化破土层，中心河及跃进河地表以下20m范围内广泛分布瘀泥软土层。中心河软土层厚约7～13m，跃进河软土层厚约10～16m，其下卧基岩为泥岩，埋深在50～70m之间。
　　 三、桥型的选择
　　路线穿过八卦洲的主要河流有小江河、中心何、跃进河，根据河流特性及两岸条件拟建3座兼作两岸被交道路的分离式立交的大桥，桥梁设计标高及长度由被交道路所需的净高及桥头软土地基允许填土高度（5m）控制。
　　根据以上特点，桥型的选择和桥跨布置注重与整个河流及洲内现有道路环境的协调，桥梁设置后不得破坏或降低原有河渠的功能（如管水、排涝、灌溉、输水等）和道路的标准等级。从被交道路净空（4.5m）要求不高、河流宽度不大（一般80m左右）、水深较小以及桥梁长度较长的特点选择了较为经济的中等跨径（30m）进行布孔；从不良地质角度考虑，选择了先简支后连续的结构，以消除不均匀地基沉降、跨河、跨路、对连续梁施工的影响且便于预制安装，提高施工速度；从美观角度考虑，选择了上部结构为等截面组合箱梁，简捷轻盈的上部结构配以简单明快的双柱式墩台，合适的桥下净空与自然环境有机融合，增加了整个沿线和区域环境的美感。
　　 四、结构设计
　　 1.设计标准
　　设计荷载：汽车-超20级，挂车-120。
　　设计洪水频率：l／100
　　地震基本烈变：7度。
　　桥型见表1。

2.上部结构
　　（1）上部结构采用多箱组合，各箱单独预制，简支安装，墩顶现浇连续接头的先简支后连续结构体系，横向坡度按2％设置。
　　（2）为方便于模板制作和外形美观，主梁纵向外形轮廊尺及弯道内外侧预制梁长均保持不变，采用墩顶现浇连续接头调整弯道内外弧长。考虑湿接缝变宽和增加箱梁片数的方法来满足加宽变化段宽度要求。
　　（3）为减轻安装重量及增加横向整体性，各箱梁之间横向湿接缝，各墩顶设现浇横梁，各台顶的横梁与箱梁同时预制。
　　（4）为满足受力及钢束布置的需要，箱梁腹板内侧在端部附近加厚，腹板内预应力钢束除竖向弯曲外，在主梁加厚段稍有平面弯曲。
　　（5）本设计主梁按部分预应力混凝土A类构件设计，上部结构内力计算采用平面杆系有限元程序，荷载横向分配系数采用刚接板（梁）法计算，桥面板计算按单向板计算。
　　 3.下部结构
　　下部结构采用双柱式桥墩，变宽段和桥台采用三柱式，柱径140cm，桩径150cm，桥面横坡由各墩柱的高度调整，不设横系梁，桥台内力分析时，按先处理液化破土层、软土地基层和填筑路基土，然后施工钻孔灌注桩的施工顺序考虑。为了减少软弱地基中台后填上和台前填土产生的土压力差，将锥坡台前作3m平台，以增加台前土压力，尽量保证桥台桩桩均衡受力。


　　 4.主要经济技术指标（表2）

五、施工工艺
　　由于桩基础施工有比较完善的施工工艺，就不再赘述。本文主要针对上部结构分三个部分作一些阐述。
　　 1.预制箱梁的制作
　　（1）预制场地的选择
　　根据八卦洲的地质特点及施工条件，八卦洲的建筑材料、路基填料均来自洲外，运输困难，两桥头路基均采用粉喷桩先进行软基处理，然后再填土预压，预压期360天的特点，路基标段先于1997年12月开工，1998年6月中心河和跃进河标段进驻工地，路标几乎完成了桥头路基的填土工作。基于这一特点，两施工单位利用桥头路基作为预应力混凝土箱梁的预制场地。
　　（2）制作底座
　　考虑到底座要周转多次，应坚固无沉陷，平整又光滑，因此在已经平整好的路基上，底模下设10cm25号混凝土找平层，面层上设15cm厚40号混凝土面层，底摸尺寸为30.5m*1.0m。由于箱梁在施工预应力后会产生上拱度，形成两端为支点的简支架，在底模两端各2m范围内进行加厚处理，厚度由15cm加厚到50cm，并设一层10*20的钢筋网，为防止张拉预应力后及存梁期引起大的上拱度，在底模上设置3.2m的下拱度，下拱度按抛物线设置。移梁时，为了使吊具不致于破坏底座，在预制梁吊点对应底座预留20cm宽的槽口，槽口用钢板垫平，便于吊装时抽出。
　　（3）钢筋绑扎
　　由于箱梁钢筋直径较小，顶、底板φ16，腹板φ12，底板钢筋在底模上绑扎，顶板、腹板钢筋在加工厂绑扎成片，然后再吊装与底板钢筋相连，以提高钢筋绑扎的精度和效率。
　　（4）立模
　　箱梁模板包括侧模、芯模和封头模板三部分，为保证混凝土表面质量，外模采用定型钢模板，芯模跃进河桥采用整体拼装钢模板，中心河桥开始采用木模，后改为整体拼装钢模板。在端部肋板6m以内（即预应力筋弯起部分）每隔lm安装附着式振动器一台，以解决波纹管阻碍插入式振捣器不能插入的振捣难题，充分保证了混凝土的密实。
　　（5）混凝土的浇筑
　　根据混凝土的试验结果，配合比（重量比）水泥：砂：石子：水=1：1.320：2.146：0.291。水泥用量500kg/立方米，碎石粒径5～25mm，坍落度8～10cm。，加入复合型外加剂，充分保证混凝土的流动性，使初凝时间不小于6h。
　　中心河桥采用木芯模时，将底、腹、顶板钢筋同时绑扎好后，混凝土从两侧腹板灌入，底板每隔3～4m预留观察窗口，当底板混凝土浇筑好时，观察窗口混凝土溢出。然后逐渐将混凝土浇筑向腹板另一侧推进。此种方法的优点在于浇筑时间较快，最大的缺点在于两侧腹板的石子不易进入到底板，形成底板多浆少骨料而压板又少浆的状况，脱模后梁体腹板两侧有水波纹，浇筑质量不十分理想。
　　跃进河大桥箱梁的浇筑采用下列方法：①先浇筑底板混凝土，充分振捣密实，并整平收光。②底板一层浇完后，迅速安装整体内模，内模安装好后，再绑扎顶板钢筋网。③从两肋下料对称浇筑，每次不大于30cm，并用插入式振捣器振捣。端部6m以内附着式振动器复振，顶板用平板振捣器振捣。顶板混凝土人工平整，以保证设计厚度。④为确保端部混凝土的质量，浇筑时，末端3m左右混凝土下料应改为从末端向中间下料，保证混凝土在距端部3m左右收口。根据现场施工的实际情况，采用整体式拼装芯模，在浇筑混凝土时底板及腹板的质量容易保证，而且梁体外观质量也比采用木芯模时要好。

　　 ②张拉顺序 张拉顺序与张拉方法有关，本工程箱梁的特点是腹板不厚，要求对称均匀张拉，根据施工技术，采用先对称交错设置千斤顶，进行一端张拉后分别在另一端补拉的方法，张拉时，以控制应力和伸长值进行双控。
④张拉伸长值的计算 根据钢绞线材料试验结果，弹性模量取196000N／平方毫米。箱梁腹板中的预应力钢束为既有竖弯又有平弯的空间曲线束，应以空间曲线的包角计算θ值，X亦应取相应空间曲线的弧长。由于本工程的预应力钢束在平弯方向的直线段较短，平弯角较小，可按平面曲线来计算。经验证，其误差很小。经计算。中跨与边跨相应束号的钢绞线伸长量基本相等。由于采用一端先拉另一端补足的两端张拉方法，张拉伸长值（中跨N1钢束）如下：


⑥张拉伸长值的控制范围现场实际张拉从 0.1～1.03σk，根据施工要求，张拉伸长值与理论计算伸长值的误差应控制在±6％，因此
　　 N1束 ΔL1=182mm 波动171～193mm
　　 N2束 ΔL1=183mm 波动172～194mm
　　 N3束 ΔL1=183mm 波动175～194mm
　　根据实测结果，引伸量均在波动范围之内。
　　（7）孔道灌浆
　　孔道灌浆在预应力张拉后尽快进行，水泥采用525普通硅酸盐水泥。为保证必要的性能，在水泥浆内掺带减水和微膨胀作用的外加剂，本工程中心河大桥加入 JM系列外加剂，跃进河大桥加入0.01％铝粉，灌浆用的水灰比控制在0.35～0.40之内，保证水泥浆强度不低于40MPa。
　　 2.大梁安装方法
　　中心河大桥共98片大梁，跃进河大桥198片大梁，中梁自重78t，边梁85t，于1999年4月开始安装，8月底安装结束。
　　中心河大桥由于采用双导梁法安装，这里就不详细介绍，由于跃进河大桥位于互通立交变宽段上，其桥面宽从33.5m变化到43.5m。使用双层梁和跨墩间架安装不经济，经比较，采用了一种便捷的架桥设备横移行车安装。设计最大安装速度为4天一孔，最大起吊能力130t。
　　（1）行车基本结构
　　如图1所示，行车由主桁梁、前后支点、吊机、移动支架、运梁跑车等组成。吊机由吊机台车、卷扬机、滑轮系组成，吊机的运动由装于主桥梁上的卷扬机完成。主桁梁是由贝雷架拼装而成，主桥梁上铺设吊机行走轨道，供吊机沿桥纵向运行。前后门架作为主桁架的前后支点，前门架支承于待安装孔前墩、台帽上，后门架支承于已安装孔箱梁上，前、后门架为可伸缩间架，保证导梁处于水平位置，前后门架装有行车驱动机构，供主桁梁横向移动；移动支架、运梁跑车装有行车驱动机构，供主桥梁纵向移动。吊机的纵、横向二维运动实现了大梁的就位。


2.行车的前进
　　在桥头路基组装行车，行车纵向轨道铺至第一孔台帽位置。用预制场龙门吊一片中梁到这梁跑车上，运梁跑车的前端点与主抗梁的后端点固接作为行车前进时的后平衡重，其平衡力为16t。再用可移动支架（固定平滚）顶起主桁梁中部，使行车前后支点悬空。至此，整个行车支承于移动支架和运梁跑车前端，如图2所示。将移动支架前端的箱梁下翼缘用葫芦进行X方法拉紧，以增加行走时的稳定性。用钢丝绳把移动支架与运梁跑车联系起来，用卷扬机将行车与箱梁一起向前牵引，直到行车前门架到达待安装桥孔的前墩帽上，再通过墩帽上的接应装置将行车纵向移动到位，同时释放移动支架和运梁跑车，使行车前后支点直接支承于核移轨道上，如图3所承。行车就位后，将铺轨用的箱梁先安装，如图4。然后其余主梁就可以通过运梁跑车运至行车下实行横移安装（图5）。



　　 3.体系转换
　　体系转换的关键是临时支座的拆除能否同步、均匀、缓慢。这就要求临时支座在制作、安装时就应该首先考虑的问题。本工程临时支座由三部分组成，下层为40cm*40cm*3cm和50号混凝土预制块，中间为30cm*30cm*3cm的砂框，上层为砂框内29.5cm*29.5cm*1.0cm的承重钢板。经试验结果表明此临时支座能够承受160t的作用力，远高于其设计要求的40t作用力标准。永久性支座的高度为6.5cm，因此临时支座高度为3cm（预制块）＋2.5cm（砂）＋1cm（钢板）组成，共计6.5cm。临时支座安装前需对砂框进行预压，确保砂层厚度为2.5cm。体系转换时，只要将30cm*30cm*3.0cm的木框四周的lmm厚的角隅铁皮拆掉，就顺利完成了体系转换。

　　 六、结束语
　　（1）预制箱梁为薄壁结构，对施工要求高，内外模板要求采用有较大刚度和平整度的定型钢模，才能保证外观质量。
　　（2）普通钢筋的绑扎及预应力管道的定位必须准确，普通钢筋在钢筋加工厂加工成网片组装，能够提高生产效率。
　　（3）浇筑混凝土时，建议采团配合比（重量比）水泥：砂：石子：水为 l：1.320： 2．146：0.291，水泥用量500kg／立方米，碎石粒径5～25mm，塌落度8～10cm，并加入复合型外加剂，充分保证混凝土的流动性和初凝时间。浇筑顺序为先底板，然后吊装整体芯模，迅速绑扎面层钢筋网片，接着浇筑腹板、顶板，能够保证预制箱梁连续浇筑的整体质量。根据本工程的实践，最快3.5h浇筑一片梁。
　　（4）预应力张拉采用一端张拉、另一端补拉的方法，可以使张拉设备的投入节约一半两张拉效果完全满足设计要求。
　　（5）30m箱梁的安装设备采用了三维行车，比双导梁节约材料，移动灵活，架桥速度较快。
　　（6）临时支座采用了类似于砂筒的超薄本砂框，便于安装和拆除。

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