袁明軍

（寧波城市交通建設(shè)有限公司，浙江 寧波315010）

1 工程概況

規(guī)劃?rùn)C(jī)場(chǎng)快速干道作為寧波“三橫四縱”快速主骨架路網(wǎng)道路，位于寧波市中心城區(qū)中、西部地區(qū)，自北向南將繞城高速（北段）、江北大道、北環(huán)西路、環(huán)城北路、通途路、中山路、永達(dá)路、聯(lián)豐路、環(huán)城南路、杭甬高速、鄞縣大道、鄞州大道、繞城高速（南段）等東西向高、快速路及城市主要干道連接成為一個(gè)有機(jī)整體，是溝通中心城區(qū)與鄞南-奉化組團(tuán)、余慈地區(qū)最便捷的快速通道，是中心城區(qū)中西部路網(wǎng)的主要集散通道，同時(shí)還是寧波櫟社國(guó)際機(jī)場(chǎng)、寧波客運(yùn)中心及寧波鐵路南站樞紐的重要集散通道，在中心城區(qū)路網(wǎng)中具有重要的地位和作用。本文所闡述的機(jī)場(chǎng)快速干道工程起自中山西路、終點(diǎn)至機(jī)場(chǎng)路與 34省道立交起點(diǎn)（K5+230.355～K13+149.937），全長(zhǎng)7 919.582 m。

主線(xiàn)高架采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，標(biāo)準(zhǔn)跨度30.0 m，主梁橫斷面型式主要為大傾角弧形邊腹板型式的多室單箱。標(biāo)準(zhǔn)段橋墩采用雙柱的中央造型橋墩。基礎(chǔ)采用直徑800～1 200 mm的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋梁設(shè)計(jì)典型斷面見(jiàn)圖1與圖2所示。

由于寧波市機(jī)場(chǎng)高架是在原機(jī)場(chǎng)路的基礎(chǔ)上建造的，地面交通不能中斷，對(duì)于有的如圖2所示的橋梁斷面區(qū)段需要分幅施工。分幅施工的主線(xiàn)橋梁，因兩幅橋落架時(shí)間不同，中間墩柱及基礎(chǔ)在施工過(guò)程中需承受較大的偏心彎矩。本文針對(duì)該工況考察中間墩柱、樁基的受力及變形情況，并提出一些施工過(guò)程的有效措施，為工程的順利實(shí)施提供有價(jià)值的建議。

圖1 橋梁設(shè)計(jì)典型斷面圖（一）（單位：mm）

圖2 橋梁設(shè)計(jì)典型斷面圖（二）（單位：mm）

2 分幅施工橋梁的下部結(jié)構(gòu)

該項(xiàng)寧波市機(jī)場(chǎng)路高架分為五個(gè)施工標(biāo)段，由三家設(shè)計(jì)單位完成設(shè)計(jì)，其中I、II標(biāo)段由上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院設(shè)計(jì)，III標(biāo)段由林同炎李國(guó)豪土建工程咨詢(xún)有限公司設(shè)計(jì)，IV、V標(biāo)段由天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)。主線(xiàn)每個(gè)標(biāo)段都有分幅施工的區(qū)段，進(jìn)行綜合比較，對(duì)于分幅施工的橋梁結(jié)構(gòu)，I、II標(biāo)段與III標(biāo)段中間橋墩樁基礎(chǔ)的樁數(shù)與樁徑基本相同，而IV、V標(biāo)段樁基礎(chǔ)的樁數(shù)與樁徑卻完全不同。所以，分別選擇受力最不利的II標(biāo)段PZ74墩與V標(biāo)段61號(hào)墩作為研究對(duì)象，來(lái)分析分幅施工時(shí)橋梁下部結(jié)構(gòu)橋墩和樁基的受力特性。

II標(biāo)段的 PZ74 墩[1]，該墩為 PZ73～PZ76 連續(xù)梁的中墩，該聯(lián)橋梁跨徑布置為（31+40+31）m，單幅斷面寬為19.9 m。

PZ74的中間墩采用雙柱墩，墩高9.112 m，墩柱上橫橋向支座之間間距為5.6 m，承臺(tái)尺寸為7.00 m×7.9 m×2.50 m，共設(shè)有12根D800 mm的鉆孔灌注樁，單樁長(zhǎng)56 m。該橋墩構(gòu)造及基礎(chǔ)布置如圖3所示。

圖3 II標(biāo)段的PZ74墩構(gòu)造及基礎(chǔ)布置示意圖

V標(biāo)段的61號(hào)墩[2]，該墩為60～65連續(xù)梁的中墩，該聯(lián)橋梁跨徑布置為5×30 m，斷面全寬為48.996～36.656 m。

61號(hào)墩的中間墩采用雙柱墩，墩高9.623 m，墩柱上橫橋向支座之間間距為5.6 m，承臺(tái)尺寸為7.00 m×4.6 m×2.50 m，共設(shè)有6根D1 000 mm的鉆孔灌注樁，單樁長(zhǎng)64 m。該橋墩構(gòu)造及基礎(chǔ)布置如圖4所示。

3 分幅施工階段的下部結(jié)構(gòu)分析

3.1 計(jì)算模型

在分析分幅施工時(shí)橋梁下部結(jié)構(gòu)橋墩和樁基的受力特性時(shí)，本文所采用的計(jì)算工況、荷載及計(jì)算參數(shù)如下：

（1）結(jié)構(gòu)分析的對(duì)象為主線(xiàn)分幅橋梁的中間墩，僅計(jì)算單幅橋梁落架后的工況，支反力僅考慮箱梁自重。根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的靜力分析結(jié)果，可以得到，PZ74中間墩柱單個(gè)支座的箱梁自重反力為7 230 kN，而61號(hào)中間墩柱單個(gè)支座的箱梁自重反力為7 555 kN。

圖4 V標(biāo)段的61號(hào)墩構(gòu)造及基礎(chǔ)布置示意圖

（2）樁基內(nèi)力的計(jì)算采用m法，m值分別取3 000 kN/m4或5 000 kN/m4進(jìn)行計(jì)算，取最不利結(jié)果，且樁基沉降按受力最大的單根樁計(jì)算。

利用結(jié)構(gòu)分析軟件SAP2000（V14.0）建模；立柱及系梁均采用三維空間梁?jiǎn)卧?，承臺(tái)采用厚板單元；考慮單樁的基礎(chǔ)剛度，利用“m”法建模計(jì)算得到6×6的剛度，利用Link單元體現(xiàn)在模型中。PZ74橋墩和61號(hào)橋墩結(jié)構(gòu)模型圖分別如圖5、圖6所示。

圖5 PZ74墩計(jì)算模型圖

3.2 樁土彈簧剛度的計(jì)算

樁-土之間的作用采用彈簧來(lái)模擬，而土彈簧剛度的計(jì)算一般可以按照“m”法來(lái)計(jì)算。參考文獻(xiàn)[3][4]，作用在單個(gè)樁體上的水平土彈簧剛度可按下式計(jì)算：

圖6 61號(hào)墩計(jì)算模型圖

式(1)中：ki為作用在樁體第i點(diǎn)的水平土彈簧剛度kN/m；mi為位于第i點(diǎn)處土層的“m”值，kN/m4；zi為第i點(diǎn)離土層頂面（或地面）的高度，m；hi為計(jì)算第i點(diǎn)處土彈簧剛度值時(shí)所用的土體分布高度或高度貢獻(xiàn)，m；bli為計(jì)算第i點(diǎn)處土彈簧剛度值時(shí)所用的土體分布寬度或?qū)挾蓉暙I(xiàn)，m。

bli可以用文獻(xiàn)[4]的有關(guān)計(jì)算公式來(lái)計(jì)算：

其中，利用上述公式計(jì)算得到的土體分布寬度還應(yīng)滿(mǎn)足 bli≤2 d。式(2)、(3)中：d 為樁體的直徑；kf為樁形狀換算系數(shù)，對(duì)于圓形截面取kf=0.9；k為平行于水平力作用方向的樁間相互影響系數(shù)[4]。

根據(jù)PZ74和61號(hào)中間橋墩基礎(chǔ)的樁基平面布置圖，以及參考文獻(xiàn)[4]，可以得到：

（1）對(duì)于PZ74墩：

（2）對(duì)于61號(hào)墩：

在以上計(jì)算式中，各個(gè)標(biāo)識(shí)符的下標(biāo)x、y分別表示順橋向和橫橋向。

關(guān)于單樁豎向地基剛度的計(jì)算，根據(jù)文獻(xiàn)[4]，可按下式計(jì)算：

式(8)中：ζ為系數(shù)，對(duì)于端承樁，ζ=1；對(duì)于摩擦樁（或摩擦支承管樁），打入或振動(dòng)下沉?xí)r，ζ=2/3；鉆（挖）孔時(shí)，ζ=1/2；C0為樁端地基豎向抗力系數(shù)，C0=m0×h（當(dāng) h＜10 m 時(shí)，取 C0=10×m0）；其中：m0為樁端處的地基豎向抗力系數(shù)的比例系數(shù)；A為入土部分樁的平均截面積；A0按文獻(xiàn)[4]的公式計(jì)算。

根據(jù)以上公式計(jì)算得到的樁土彈簧剛度，把整個(gè)單樁作為一個(gè)子結(jié)構(gòu)，把單樁樁頂處的節(jié)點(diǎn)作為子結(jié)構(gòu)和主橋整體模型的邊界點(diǎn)，子結(jié)構(gòu)的剛度通過(guò)這邊界點(diǎn)施加在整體模型中，這個(gè)剛度以一個(gè)6×6的矩陣來(lái)表示，在具體的計(jì)算模型中可以用一般連接單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。以PZ74墩的單樁取m=3 000 kN/m4為例，表1為采用剛度法得到的單樁基礎(chǔ)彈簧剛度矩陣。

表1 PZ74的單樁基礎(chǔ)彈簧剛度矩陣一覽表

表1中，單樁基礎(chǔ)彈簧剛度下標(biāo)及自由度方向（Link單元的局部坐標(biāo)系）U1、U2、U3分別表示軸向、豎向、橫向的平動(dòng)自由度，而R1、R2、R3則分別表示軸向、豎向、橫向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；平動(dòng)自由度所對(duì)應(yīng)的彈簧剛度單位為kN/m，轉(zhuǎn)動(dòng)自由度所對(duì)應(yīng)的彈簧剛度單位為kN·m/Rad，而轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)的耦合彈簧剛度單位為kN/Rad。

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，m=3 000 kN/m4和m=5 000 kN/m4的計(jì)算結(jié)果相差不大。由于文章篇幅所限，本文只列出m=3 000kN/m4時(shí)下部結(jié)構(gòu)的一些結(jié)論性數(shù)據(jù)和驗(yàn)算結(jié)果。

PZ74墩和61號(hào)墩的墩頂系梁在施工過(guò)程最不利荷載工況作用下均為偏心受拉作用，其計(jì)算結(jié)果如表2所列。

表2 墩頂系梁計(jì)算結(jié)果一覽表

經(jīng)驗(yàn)算，系梁均為大偏心受拉構(gòu)件，PZ74墩系梁最小截面尺寸的跨中截面極限承載能力[Nd]=778 kN、[Nd·e]=-5 056 kN·m，計(jì)算裂縫寬度為0.06 mm；61號(hào)墩系梁最小截面尺寸的跨中截面極限承載能力 [Nd]=782 kN、[Nd·e]=-5 045 kN·m，裂縫寬度為0.06 mm；均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

由結(jié)構(gòu)分析得到，PZ74墩和61號(hào)墩的墩柱，在箱梁落架側(cè)均為偏心受壓構(gòu)件，而另一側(cè)在靠近墩頂部位均出現(xiàn)了拉力；經(jīng)比較，墩柱最不利截面均為未落架側(cè)的墩底截面，其計(jì)算結(jié)果及驗(yàn)算如表3所列。

表3 墩柱的最不利內(nèi)力及驗(yàn)算結(jié)果一覽表

由表3中的驗(yàn)算結(jié)果可以得到，PZ74墩和61號(hào)墩的墩柱在承受施工最不利荷載作用下，均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求；只是61號(hào)墩的墩柱配筋比PZ74墩的強(qiáng)得多，所以設(shè)計(jì)承載能力比較富裕、裂縫寬度也較小。

根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，PZ74墩和61號(hào)墩的樁基受力都很不均勻，PZ74墩的單樁未出現(xiàn)上拔力，而61號(hào)墩的單樁樁頂出現(xiàn)了負(fù)反力，但均能滿(mǎn)足承載力的要求。單樁的最不利內(nèi)力及計(jì)算結(jié)果如表4所列。

表4 單樁的最不利內(nèi)力及計(jì)算結(jié)果一覽表

表4中，Nmax、Nmin分別表示單樁樁頂最大、最小軸力（kN），軸力以壓為正、拉為負(fù)；Mmax表示單樁樁身最大彎矩（kN·m）；裂縫w表示單樁樁身最大裂縫寬度；最大沉降表示按最大軸力作用下的單樁最大沉降計(jì)算值。

由表4中的計(jì)算結(jié)果可以得到：（1）單樁樁身的計(jì)算裂縫寬度相對(duì)較小，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求；（2）按單樁最大軸力計(jì)算得到的單樁最大沉降量較小，樁基在不平衡偏心彎矩作用下的不均勻沉降是可以控制的。

總之，PZ74墩和61號(hào)墩的橋墩及樁基在最不利施工荷載作用下的受力是安全的。

4 一些施工措施

由于寧波機(jī)場(chǎng)路高架在施工圖設(shè)計(jì)前期階段并沒(méi)有考慮橋梁分幅施工的工況，設(shè)計(jì)難免有不足之處。雖然經(jīng)過(guò)詳細(xì)的計(jì)算分析，分幅施工橋梁下部結(jié)構(gòu)在施工最不利荷載作用下的受力是安全的；但是，理論計(jì)算和實(shí)際施工存在一定的差別，特別是以V標(biāo)段61號(hào)墩為代表樁基的單樁樁徑較大、樁數(shù)較小，基礎(chǔ)抗偏心彎矩作用的慣性矩較小，單樁樁頂反力分布極不均勻，個(gè)別單樁出現(xiàn)了負(fù)反力，樁身可能出現(xiàn)的裂縫寬度相對(duì)較大，所以應(yīng)該在施工過(guò)程中采取一些有效的措施來(lái)保證施工的安全與質(zhì)量。

針對(duì)寧波機(jī)場(chǎng)路高架橋梁的分幅施工，由業(yè)主、設(shè)計(jì)院、監(jiān)理單位、施工方及有關(guān)專(zhuān)家等組成一個(gè)橋梁分幅施工的技術(shù)小組，制訂關(guān)于橋梁分幅施工、測(cè)量、監(jiān)控、緊急預(yù)案及措施的技術(shù)方案，一些主要關(guān)鍵點(diǎn)如下所述：

（1）在分幅施工橋梁的中墩承臺(tái)頂四周單樁中心點(diǎn)處布置沉降測(cè)點(diǎn)，在兩側(cè)墩柱頂支座中心邊線(xiàn)處布置變位測(cè)點(diǎn)。

（2）對(duì)于類(lèi)似V標(biāo)段61號(hào)墩的樁基，在單樁樁頂可能出現(xiàn)負(fù)反力的位置盡量埋設(shè)混凝土或鋼筋應(yīng)變計(jì)，量測(cè)單樁的應(yīng)力值作為控制輔助要素。

（3）在一幅箱梁落架后，加強(qiáng)觀(guān)察承臺(tái)的沉降量與墩頂?shù)钠涣?，注意沉降速率與不均勻沉降量，如果速率接近規(guī)范臨界點(diǎn)或者不均勻沉降量或墩頂偏位量接近事先達(dá)成的限值，則測(cè)量及監(jiān)控人員上報(bào)技術(shù)小組，由技術(shù)小組下指令采取應(yīng)急措施。

（4）在另一幅箱梁落架后，也要加強(qiáng)觀(guān)察承臺(tái)的沉降量與墩頂?shù)钠涣?，注意承臺(tái)不均勻沉降，以及墩頂偏位的變化情況，在施工驗(yàn)收時(shí)把相對(duì)穩(wěn)定的承臺(tái)沉降量及墩頂變位量的記錄值移交給養(yǎng)護(hù)運(yùn)營(yíng)單位，作為之后對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)控的初始依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

由以上PZ74墩和61號(hào)墩的計(jì)算分析及驗(yàn)算結(jié)果可以得到：寧波機(jī)場(chǎng)路高架分幅施工時(shí)橋梁下部結(jié)構(gòu)橋墩和樁基的受力是滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，結(jié)構(gòu)是安全的。

其次，在實(shí)際施工中所采取的一些有效施工措施，來(lái)預(yù)防及保證分幅施工橋梁在施工過(guò)程的安全與質(zhì)量，并且被證實(shí)是非常有效的。

寧波市機(jī)場(chǎng)路高架已于2011年建成并通車(chē)，其橋梁分幅施工的分析及經(jīng)驗(yàn)值得其它類(lèi)似工程所借鑒的。

[1]上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院.寧波市機(jī)場(chǎng)路高架施工II標(biāo)段施工圖設(shè)計(jì)文件[R]，2009.

[2]天津市政工程設(shè)計(jì)研究院.寧波市機(jī)場(chǎng)路高架施工V標(biāo)段施工圖設(shè)計(jì)文件[R]，2009.

[3]JGJ94-94，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[4]JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].