V型刚构连续梁桥墩梁结合处施工技术

杨 萍，王延安，孙 茂

（中交集团第二公路工程局有限公司，陕西 西安 710065）

1 概述

近年来V型刚构桥的兴起，给桥梁建筑增添了新的艺术造型，采用纤细的V型刚构墩替代原来笨拙的桥墩，使桥梁整体造型更加轻盈美观。V形刚构由于采用V型斜撑可以有效地减小桥梁的计算跨径，使桥梁的跨越能力提高，缩短主梁的跨径，减小梁高，降低上部结构主梁的弯矩，从而减少梁部结构的工程量。由于带有斜撑，结构除水平线条以外，还存在倾斜线条，加上构件尺寸较小，使桥梁显得非常轻盈美观，尤其适合在城市和景观要求较高的地区采用。

在V型刚构桥的建造过程中，V型支撑施工是该类桥梁施工难点。V墩刚构桥主梁施工一般采用挂篮悬臂浇筑施工，墩顶段是悬浇连续刚构桥比较关键的部位。控制V墩斜撑的关键在于控制施工过程的叠加内力与设计要求相吻合，控制施工过程各部位应力是解决V墩施工过程混凝土开裂问题的关键。设计上一般采用劲性骨架混凝土结构及张拉预应力临时钢束的技术措施，控制其施工过程中的开裂问题。

2 工程概况

浐河大桥属于西安市地铁3号线一期工程土建施工项目TJSG-15标段，主桥孔跨构成为1联（55+88+55）m预应力混凝土V型支撑连续刚构桥。主桥布置见图1：

图1 浐河大桥总体布置图（单位：cm）

浐河大桥是该项目控制性工程。该桥施工条件尤为特殊，浐河大桥位于既有浐河桥主道桥与辅道桥之间7.0 m宽的范围；浐河大桥桥面位于主、辅道桥面以上，悬浇梁底面距原有桥面高6~8.7 m；桥梁主墩基础地面距原有主辅道桥空间小；主墩横桥向桩基外侧距离7.2 m，且紧邻浐河东西路、既有桥梁基础位于河床内；施工的平、立面空间狭小，不利于大型钻机、吊车等机械施工作业［1］。

V型支撑为钢筋混凝土结构，撑体采用C50混凝土，V撑两斜肢与竖直线的夹角分别为30°和30.25°。V撑单侧撑体内设有三榀劲性骨架，型钢骨架仅作为施工立模使用，不作为施工中混凝土及其它附属设备的承载体。墩身构造见图2。设计要求浐河大桥主墩倒三角V型结构施工完后一次落架成型，主墩V撑墩身及0#块结构施工质量要求高［2］。

图2 浐河大桥V型墩结构图（单位：cm）

3 施工方案

为了保证混凝土振捣质量、交接处混凝土的密实度及外观质量，V型墩身拟分3次施工。第1次浇筑墩身底节，高度5.7 m；第2次浇筑V撑与墩身连接部分，高度为7.07 m；第3次浇筑V型刚构的两肢。第1层与第2层墩身施工时直接立模板浇筑混凝土，第3层采用支架施工。墩顶段箱梁采用支架现浇。墩身及墩顶箱梁浇筑分节见图3。

图3 墩身施工分节图（单位：cm）

4 现浇支架设计

根据设计要求，V型墩设计受力模型按照倒三角整体一次脱架，故支架设计中考虑V型墩两肢斜撑与墩顶箱梁共同作用于支架，墩顶箱梁（0#块、1#块）一次性浇筑。墩身支架采用钢管、型钢支架，靠近墩身位置的钢管桩支撑在承台上，浐河侧钢管立柱支撑于采用混凝土桩基的承台，公路侧采用扩大基础置于路面。支架钢管的直径均为Φ609×16 mm，立柱间采用平联及型钢剪刀撑确保其整体效果，剪刀撑间两两相交并与钢管相连。所有钢管顶上方布置2根工56型钢作为承重梁；承重梁上方为模板型钢支架，模板支架横桥向标准间距为1.0 m，支架落架采用砂筒的形式［3-5］。

由于V墩的双肢悬臂长，自重大，使V撑既有垂直荷载，又有水平荷载，为了平衡两肢斜撑施工中出现的水平力，设置水平对拉杆。水平对拉杆采用Φ32精轧螺纹钢筋，共设置3层，第1层6根，其余两层各4根。箱梁浇筑过程中，对拉杆的张拉力控制，根据监控单位提供V型墩底部应力、应变监控结果进行调整，保证施工过程中V型墩内部无较大附加应力。支架总体布置及计算模型分别见图4、图5。

图4 墩身及箱梁施工支架布置图（单位：cm）

图5 V型墩支架计算模型

各构件计算结果见表1。

表1 各构件计算结果汇总表

5 现场监控

5.1 V型墩监控计算

5.1.1 工况分析

根据墩顶段箱梁施工方案，结合施工工艺将监测设计控制工况分为以下3种：（1）工况1，浇筑墩顶段箱梁底板；（2）工况2，浇筑墩顶段箱梁腹板；（3）工况3，浇筑墩顶段箱梁顶板。

5.1.2 计算理论

为了保证施工完成后V型墩支撑体系内部无较大附加应力，设置水平对拉杆。水平对拉杆采用Φ32精轧螺纹钢筋，共设置3层，第1层6根，第2层4根，第3层4根。在每一工况浇筑前预拉对拉杆（张拉力见表2），使V型墩两肢产生一定的变形，浇筑完成后，结构自重和施工荷载产生的水平力将抵消拉杆对V型墩两肢产生的水平拉力，使V型墩支撑体系自平衡。

表2 拉杆张拉力统计表

5.1.3 模型建立

（1）根据施工图纸，建立V型墩模型，V型墩采用实体单元、拉杆采用桁架单元，墩身预应力粗钢筋采用集中力模拟，墩底固结，其它部位无约束。

（2）墩顶段箱梁长20 m，中间12 m重量由V型墩内支架承担，两端各4 m重量由V型墩支撑，其施工荷载分配见图6。

0#块箱梁中间12 m重量通过分配梁传递至V型墩内支架牛腿和中支撑上，中支撑只对墩身产生压缩，对V墩两肢并不产生影响，因此结构模拟时不计此部分重量。内支架牛腿对V墩两肢产生较大的水平力，算出牛腿支反力，以集中力荷载的方式加载至V墩两肢上。两端各4 m的重量以集中力荷载的方式加载至V墩两肢顶部。

图6 施工荷载分配（单位：cm）

（3）通过正装分析法算出各工况下产生的拉杆拉力。将算出的拉力加上V墩两肢自重产生的初拉力，作为拉杆的预拉力。

（4）调整优化拉杆的预拉力，使得V墩支撑体系自平衡。即V墩两肢在施工完成墩顶段箱梁后变形为零或者变形很小，且V墩两肢内部无较大的附加应力，最终确定拉杆预拉力。

（5）施加预拉力，计算分析每个工况浇筑前后，V型墩两肢的变形和应力。5.1.4 计算结果

浐河大桥V型墩采用Midas Civil2010 实体单元建模，对V型墩进行了细致的划分。V型墩的材料为C50混凝土，并未模拟V型墩里面的主筋和劲性骨架，计算出来的结果偏保守。

建模过程中对拉杆和V型墩两肢内壁为节点-节点连接起来，所以会在对拉杆和V型墩连接处产生较大的拉应力，这与实际情况不符，可以忽略。根据计算结果，分析V型墩整体受力情况，可以得出，V型墩以压应力为主，拉应力出现在V型墩两肢的根部、两肢背部底部和上部，但数值均较小，最大拉应力为1.284 MPa<［σ］=1.89 MPa，均未超过混凝土的抗拉强度。

通过模拟浐河大桥墩顶段箱梁浇筑过程，可知，在监测浐河大桥墩顶段箱梁浇筑过程时，V型墩两肢根部、两肢背部底部和对拉杆的应力变化为主，位移变化为辅。V型墩两肢应变的变化量不应超过97με，V型墩两肢的变形量不应超过3 mm，对拉杆拉力不应超过500 kN。

5.2 测点布置

现场实施时，共设置2层对拉杆，第1层4根，每根初拉力为350 kN；第2层2根，每根初拉力为220 kN。浐河大桥斜腿监测主要以V撑斜腿墩身应力监测为主，辅以V撑斜腿墩身位移监测。根据现场情况共布置12个应力监测点和2个位移监测点，见图7。在0#块浇筑过程中，每隔2 h记录一次数据。

图7 测点布置及编号图（单位：cm）

5.3 监测结果

本次对V型墩浇筑全过程监测中，虽然实际张拉的精轧螺纹钢的数量和位置与理论计算的数量和位置有一定出入，但其应力变化趋势与理论计算的相似，应力大小也相近，浇筑过程中出现的最大应力值未超过预警值；V型墩两肢变形均在可控范围之内。主要计算结论如下：

（1） 浇筑墩顶段过程中，拉应力及应变在逐渐增大；

（2）墩顶段浇筑完成后，V型墩产生的最大拉应力为1.38 MPa<［σ］=1.89 MPa，拉应变是132.7，发生在V肢上部，出现的位置和计算结果大体相符；

（3）V型墩产生的最大拉应变132.7已经超过计算的最大拉应变97的警戒值，应在浇筑完成后加强观测V型墩。

6 结语

本文探讨了V型钢构连续梁桥墩顶段施工中现浇支架设计以及施工监控等内容，通过软件对浐河大桥施工过程进行了模拟，得到了施工阶段应力分布情况，并与实施阶段实测值进行了比较。由于建模时未考虑V型墩的主筋和劲性骨架参与受力，实施时根据施工经验减少了拉杆的数量及张拉力，实测应力依然满足要求。建议今后类似工程应综合考虑V墩两肢中主筋及劲性骨架参与受力，可减少施工中设置拉杆数量以及减小拉杆张拉力。

［1］ 余静.V形墩连续刚构桥的设计［J］.北方交通，2009（9）：59-61.

［2］张玺. 连续刚构桥V墩叉角角度对结构内力及变形影响的研究［D］.西安：长安大学，2007.

［3］JTJ025—86公路桥涵钢结构及木结构设计规范［S］.

［4］GB50017—2003钢结构设计规范［S］.

［5］ JTJ041—2000公路桥涵施工技术规范［S］.