摘 要：成都市一环路府青路节点立交化改造工程采用了3座钢混组合桥，跨度布置分别为(31.5+60+31.5)m、(22.5+40+22.5)m和(34.5+65+34.5)m，上部结构采用闭口钢箱梁加现浇混凝土桥面板形式。为了解决钢混组合桥混凝土桥面板容易开裂问题，本项目3座桥同时采用了配重法、调整施工顺序法和强迫位移法来对混凝土桥面板施加预压力。经过多年运营检验，效果良好，证明该方法能够有效的抑制混凝土桥面板开裂问题，可以为类似工程提供参考。关键词：钢混组合桥；顶升法施工；闭口钢箱现浇混凝土板成都市一环路府青立交建成于上个世纪80年代末，是成都最早的立交桥、也是中心城区最后一座转盘立交。时隔近三十年，这座“转盘”已经很难再承载如今的交通需求，成为城北一大“堵点”。由于交通流量大，且现状立交桥建成时间早，采用通行能力不高的环岛式设计，快速疏散性能力差，同时受空间限制布置的立交桥转弯半径小，不利于实现大型车辆行驶要求，制约城市大容量公交系统的发展，因此急需改造。改造工程范围沿府青路从马鞍东路南侧至虹波路南侧，全长1.22公里。主要内容为包括立交化改造（即新建上跨桥）、相应的给排水、燃气、电力、通讯等市政管线迁改及底层道路恢复、绿化景观、路灯、交安设施等附属配套工程。项目建成图如图1。新建高架桥起点位于马鞍东路与府青路一段交叉路口以南，跨越一环路既有府青立交、华油路、既有沙河桥，在府青路二段与虹波路交叉路口南侧落地。桥梁全长1.018 km，桥宽16m，桥梁设计荷载为城-A级，设计基准期为100年，设计速度60km/h，双向四车道。为了实现施工期间府青立交不中断交通的总体目标，桥梁选型采用了“化整为零，集零为整”的总体思路。其中：常规路段桥梁选用20m跨径的预制安装简支小箱梁结构；跨路口段桥梁采用钢—混凝土组合结构桥梁，一环路府青立交转盘处上部结构采用(31.5+60+31.5)m钢砼组合梁、华油路口（成华区公安局门口）处上部结构采用(22.5+40+22.5)m钢砼组合梁、府青路既有沙河桥处上部结构采用(34.5+65+34.5)m钢砼组合梁；下部结构采用倒T型盖梁+独柱矩形墩，基础采用桩基础。桥梁结构通过标准化、通用化、规范化的设计和施工，更好地控制施工质量，提高工效。本项目之前，成都市城市桥梁建设中大规模采用的钢结构桥梁主要是钢箱梁桥，钢箱梁桥的桥面沥青砼铺装施工工艺要求较高，施工难度较大，且运营中宜出现车辙、推移等病害[1]，养护困难大、成本高。本项目采用钢—混凝土组合结构桥梁，一方面可以克服桥面沥青砼病害多的缺点；另一方面，通过两种材料的结合工作，充分发挥了混凝土抗压和钢材抗拉性能上的优势，避免了混凝土受拉开裂和钢材受压失稳的问题。同时，组合结构也具有结构自重轻、施工性能好、环保节能、耐久性好等方面的优点。采用闭口钢箱梁有利于提高桥梁架设过程中的稳定性，同时为上部现浇混凝土提供底模；采用群钉现浇混凝土连续组合梁桥可大幅降低由混凝土收缩徐变效应引起的结构次内力和混凝土拉应力。在连续组合梁的中间支座附近，会产生负弯矩，即结构的上翼缘受拉，若上翼缘的混凝土板受到的拉应力超过某一限制，桥面板就会开裂，影响结构的耐久性。针对这一问题，常用的解决办法有调整施工顺序、负弯矩区配置预应力钢束法和强迫位移法[2]。本项目三座钢混凝土组合梁没有采用常见的负弯矩区配置预应力钢束法，而是同时采用调整施工顺序法和强迫位移法。所谓调整施工顺序，就是在浇筑混凝土桥面板时，不能采用连续浇筑法，而是采用先浇筑各跨跨中混凝土，待混凝土达到一定强度后，再浇筑支座附近混凝土的方法。该方法能够避免连续浇筑方法对支座附近混凝土桥面板产生的拉应力作用。所谓强迫位移法，就是在两个中墩处设置千斤顶并顶升，使得钢箱梁产生上拱，钢箱梁顶面产生拉应力，然后再按照前面的浇筑顺序浇筑桥面板混凝土，待混凝土全部达到设计强度后，卸载千斤顶，梁体回落，前述钢箱梁顶面产生的拉应力转换为混凝土桥面板的压应力。为了防止在千斤顶顶升时端支座脱空，本桥在端支座处设置了永久压重和临时配重，永久压重通过在梁端设置混凝土端横梁实现，临时配重通过在梁端一定范围内设置水箱来实现。相比采用预应力钢束法，本桥采用方法不需要使用预应力钢筋，节省了材料费用；另外预应力钢束法通常需要采用预制桥面板，不采用预应力钢束法就不需要预制场地，这对交通繁忙的一环路至关重要，节省了场地费用；项目工期仅3个月，若采用预应力钢束法要求混凝土桥面板至少存梁6个月[3]，时间成本较高；本项目混凝土桥面板采用现场浇筑，施工时间短，相比预制场施工降低了对环境的不利影响。因此，本项目采用的施工方法相比预应力钢束法，产生的经济效益和社会效益显著，经济效益更是达到了1000万元以上，且经过多年的运营检验，效果良好。本桥所用方法的具体应用过程详见下述施工步骤图。钢-砼组合梁施工分七个步骤，详见图2~图8。本项目三座桥梁结构类型相同，唯一的区别就是跨度不同。桥梁的技术特点主要体现在施工过程上，包括配重法、调整施工顺序法和强迫位移法的使用，本文选择跨度最大的(34.5+65+34.5)m钢砼组合梁作为计算对象，对施工过程详细模拟分析如下。使用MIDAS CIVIL 2021软件对该桥施工阶段进行分析。1、由图9和图10可以看出，先浇筑中跨中混凝土会对中支座处梁顶产生拉应力σ1=98.6-62.5=36.1MPa。采用先跨中后支座的浇筑方式，能够有效避免支座处混凝土受拉开裂。2、由图11～图14可以看出，混凝土浇筑完毕后，钢梁顶面拉应力较大，混凝土桥面板有较小的拉应力；解除支座顶升后，钢梁顶拉应力减小，甚至在中跨中部位转化为压应力，减小的拉应力转化为混凝土桥面板的压应力，进而实现对混凝土桥面板施加预应力的效果。3、由图15可以看出，通过在边支座浇筑压重混凝土和设置配重可以有效避免边支座在中支座顶升的时候引起脱空，保证顶升预加力的有效施加。3.2 卸载千斤顶顶升对混凝土桥面板预压力作用分析[5]1、由图10和图16可以看出，取消顶升操作，浇筑中跨中混凝土时，钢箱梁顶在支座处拉应力降低35.4MPa，中跨中钢箱梁顶由拉应力变为压应力，压力增加134.7MPa。说明取消顶升后，负弯矩区和正弯矩区的拉应力均降低，钢箱梁顶板产生拉应力，进而对混凝土桥面板施加预应力。2、由图12和图17可以看出，取消顶升操作，混凝土桥面板施工完毕后，钢箱梁顶应力几乎无变化；由图18可看出，取消顶升对混凝土桥面板不会产生任何压应力。进一步说明，取消顶升后，混凝土桥面板不再有预压力。在整个顶升过程中，钢梁受到较大的负弯矩作用，整个梁体上缘受拉，下缘受压，有必要对下缘的受压稳定性进行验算。为此，笔者应用FEA软件对顶升过程进行了详细的模拟，计算模型如图19。经FEA全桥模型计算失稳得到，全桥的一,阶失稳模态为1.14，具体的失稳位置为中支座附近的底板纵肋，符合力学行为。由图20可以看出，在整个顶升过程中，钢箱梁的局部稳定能够得到保证。1、采用中支座顶升配合调整混凝土桥面板浇筑顺序和边支座配重，能够为混凝土桥面板提供有效的预压力，满足设计意图；2、顶升过程安全，顶升完毕后梁体能够正常回落，该方法不会带来额外的不利问题。项目需对成都市中心城区最老一座立交桥进行改造，在桥梁总体设计时，跨路口段桥梁采用钢—混凝土组合结构并合理选择桥梁跨径；为解决钢混组合桥混凝土桥面板容易开裂问题，本项目3座桥同时采用了配重法、调整施工顺序法和强迫位移法对混凝土桥面板施加预压力，并采用顶升法施工保证不中断交通。经过多年运营检验，效果良好，证明该方法能够有效的抑制混凝土桥面板开裂问题，取得了一定的技术进步和效果。[1] 薛鹏. 钢箱梁环氧沥青铺面高发病害及各层施工技术分析[J]. 城市建筑, 2019, (16):173-194.[2] 刘飞. 连续钢混组合梁负弯矩区处理措施[J]. 北方交通, 2015,(1):33-35.[3] JTG/T D64-01-2015, 公路钢混组合桥梁设计与施工规范[S].[4] CJJ11－2011, 城市桥梁设计规范[S].[5] 朱家海. 连续组合梁桥负弯矩区支点顶升施工受力研究[J]. 中外公路, 2014,(34):110-113.
