連續剛構橋高墩施工技術

董 博 王宏宇 郭廷泰

連續剛構橋一般用在大跨徑、高墩橋梁上,其結構構造特點是中間橋墩采用墩梁固結,下部結構一般采用柔性橋墩,以減少因主梁的預應力張拉、溫度變化、混凝土收縮、徐變等作用引起的變形受到橋墩約束后產生的次內力。

連續剛構橋在橋墩抗彎剛度較小時其工作狀態接近于連續梁橋。與連續梁橋相比較,它采用懸臂法施工,使用階段墩頂與梁一直保持固結狀態。連續剛構橋的主要優點在于可以減少大型橋梁支座和養護上的麻煩,減少橋墩及基礎工程的材料用量。

1 力學特點及適用范圍

在受力方面,上部結構仍為連續梁特點,但必須計入由于橋墩受力及混凝土收縮、徐變、溫度變化引起的彈塑性變形對上部結構內力的影響。橋墩因需有一定柔度,所受彎矩有所減少,但在墩梁結合處仍有剛架受力性質。由于橋墩參與工作,連續剛構橋與連續梁橋的工作狀態有一定區別,連續剛構橋跨中區域正彎矩比同跨徑連續梁橋的小。當墩高達到一定高度后,兩者上部結構的內力相差不大。

2 立面布置及構造特點

2.1 立面形式

連續剛構橋一般采用柔性橋墩,立面形式主要有以下三種:

1)單柱式墩。單柱式墩截面形式多為閉口箱形截面,為了滿足變形要求,多用在深谷和深水河流的高橋墩上,具體尺寸需根據對柔性的要求確定。2)雙柱薄壁墩。雙柱薄壁墩又有空心、實心之分。實心雙壁墩施工方便,抗撞擊能力較強;空心雙壁墩可節約混凝土40%左右。根據橋的高度和跨徑選用適當的抗壓、抗彎、抗推剛度,再決定合適的形式。雙柱薄壁墩的中距 b與主跨跨度比值一般為1/20～1/25。3)Y形柱式墩。Y形柱在連續剛構中也有采用,它的上部為V形托架,下部為單柱式,兩者在立面上構成Y字形。V形托架可使主梁的負彎矩峰值降低1倍以上,下部的單柱具有一定的柔性,可滿足縱向變形要求。Y形柱連續剛構根部梁高(連V形托架在內)是正常變截面連續剛構的2倍,梁和托架桿件都為等截面箱形結構或實體桿。

此外,為了使多跨連續剛構橋有視覺上的動感,也可以采用V形、X形橋墩。連續剛構橋常選用變截面主梁。

2.2 墩身尺寸

墩身尺寸的擬定主要應考慮墩身與主梁之間的剛度比以減少次內力。墩身高度主要由橋面標高、橋梁建筑高度、橋下凈空高度、主梁高度等因素決定。墩柱縱向厚度一般采用高度的1/8～1/15。墩柱較高時用較小的比值,墩柱較矮時則用較大的比值。

連續剛構橋的墩梁連接處的構造如圖1所示,一般設置1道或者2道(雙壁墩時)橫隔板。1道橫隔板的厚度宜取為 t=B(墩厚),2道橫隔板的厚度宜取為 t=0.7 m～1.0 m。

3 預應力混凝土連續剛構橋實例

清澗—石樓公路黃河大橋位于陜西省清澗縣與山西省石樓縣的交界處,是一座跨越黃河的公路大橋。大橋位于樁號K2+040.21處,橋梁全長629.08 m。主橋為50 m+6×80 m+50 m預應力混凝土剛構橋,空心薄壁墩,樁基礎;引橋為2×20 m裝配式預應力混凝土連續箱梁,薄壁墩,樁基礎;橋臺采用U形橋臺,擴大基礎。設計荷載為公路—Ⅱ級,橋面寬度為凈9 m+2×1.5 m,設計洪水頻率1/100,現實測水位為582.50 m,古賢水庫建成后,橋位處設計洪水位為650.05 m。全橋位于縱坡為1.8%的直線段上。

4 清石黃河大橋主墩翻模施工

清石公路黃河大橋共計9個橋墩,2個橋臺。主橋墩1號～7號為空心薄壁墩,墩高分別為39.2 m,87.8 m,91.0 m,92.8 m,94.2 m,94.2 m,39.2 m,其中3號～6號墩位于黃河河床內。主墩各墩頂截面統一,長邊 A=920 cm、短邊 B=500 cm。墩底截面尺寸由墩頂截面尺寸按照統一坡度線性拉伸。墩身混凝土設計標號為C40。其中6號墩94.2 m是目前黃河上在建最高橋墩。

4.1 空心薄壁墩的施工設計

4.1.1 垂直運輸機械的選擇

清石黃河大橋高墩施工的突出問題是垂直運輸。由于高度和地形的限制,一般起重機械無法滿足施工要求,必須使用塔式起重機。考慮到墩身及上部箱梁混凝土、鋼筋用量大,且每個主墩相距80 m,項目部決定每個主墩配備一臺QTZ63(TC5010)塔吊滿足材料和構件的垂直運輸。工作人員上下采用工業電梯,埋設在墩身的另一側,每墩配備一臺電梯。塔吊和電梯分別每20 m和每10 m固接墩身一次。

4.1.2 支架、模板的設計

結合清石黃河大橋工程施工特點且從降低成本出發,項目部采用翻轉模板法進行墩身施工。

翻轉模板由專業廠家制造,模板系面板采用大塊鋼模板,橫肋、豎肋采用槽鋼。施工時根據墩身的結構尺寸組拼成大塊模板。模板標節為2.25 m×3層+調節塊,每層模板通過變徑模和調節角模尺寸完成墩身截面的線性收縮。每次澆筑4.5 m,留2.25 m作連接支承模,使每一節混凝土接縫平順。

4.2 空心薄壁墩翻模施工

4.2.1 墩身施工流程

1)待承臺混凝土強度達到設計強度的75%后,開始施工薄壁墩身。首先將承臺表面鑿毛并清理干凈,將承臺與墩身連接的預埋鋼筋進行打磨除銹,然后開始安裝鋼筋,主筋套筒連接,隨后綁扎箍筋和支撐筋,SLA-0606貼面鋼筋網吊裝在主筋外側,用綁扎絲固定在主筋上。2)墩身10 m高度內采用常規鋼管支架施工,在承臺頂面用φ 48鋼管在墩身內外側搭設腳手架。鋼管間距為1.2 m,橫向高度間距為1.5 m,并在立桿之間搭設剪刀撐。超過10 m高度后,將搭設的腳手架全部拆除,利用墩身模板后背帶焊接操作平臺進行翻模施工。墩身模板平板上穿φ 22鋼筋對稱拉桿固定,翻模過程中塔吊配合完成內外模的吊裝、提升、翻轉。3)第一次墩身模板安裝前,在墩身與承臺交界處采用M10砂漿抹出2 cm厚的脫模層,待砂漿有強度后,在脫模層上支立墩身模板。主墩翻模數量根據墩身高度計算,在承臺與墩身連接處施工翻模調節塊。拼裝3層模板,先外模,后內模。4)模板校正、加固后,開始澆筑第一板墩身混凝土。灌注采用連續施工。混凝土拌合站集中拌和,2臺罐車運輸,泵送入模,每層厚度40 cm左右,插入式振搗器搗固。5)第一板墩身混凝土達到一定強度時,進行第二板墩身鋼筋安裝,鋼筋安裝完畢后,將墩身結合處清理干凈,然后將下層的模板拆除后翻到頂層,拆除模板時將最頂層模板預留后作為承重層。6)重復循環翻模施工,每次翻模高度為2層4.5 m高度,直至墩頂。

4.2.2 隔板的施工

施工到離隔板1 m～2 m時,在墩身預埋構件,利用預埋構件拼裝托架,作為隔板施工的支承架,然后在托架上進行隔板鋼筋綁扎、模板安裝。在澆筑隔板混凝土時,預留1個60 cm×50 cm的預留孔,內模拆除后,把鋼筋焊接上,再澆筑混凝土封住隔板預留孔。

4.3 薄壁空心墩的質量控制

4.3.1 高墩垂直度控制

采用激光垂準儀和全站儀相結合的方法控制墩身截面。在空心薄壁墩底部六角點縱橫方向距墩身40 cm設置6個點,并預埋鋼板固定于承臺上,作為控制截面六角點的依據。通過激光垂準儀對中的激光束,依次放出各高度截面的控制點進行測量控制。每次測量時間固定在氣溫相對恒定的時間段進行,選在早晨6:30～8:30進行測控。

4.3.2 薄壁空心墩的外觀質量控制

1)混凝土拌和時嚴格控制施工配合比及水灰比,坍落度控制在12 cm～16 cm范圍內,采用“雙摻”技術,增加適量粉煤灰和減水劑,這使得混凝土的顏色均勻,和易性更好。2)提高立模精度,采用玻璃膠或橡膠皮處理接縫,保證接縫嚴密。3)夏季施工,由于氣溫較高,盡可能安排在下午或夜晚溫度較低時澆筑混凝土,減小混凝土的坍落度損失。4)混凝土澆筑完后,立即進行覆蓋養護,拆模后用塑料薄膜包裹,進行濕潤養護,同時避免上一節段墩身混凝土澆筑時污染已澆筑的下部墩身。5)拆模后及時修復表面缺陷,保證墩身顏色一致,棱角分明。

5 結語

在連續剛構橋高墩施工中,正確選用合理的施工工藝十分重要。清石黃河大橋采用整體式翻轉模板施工是切實可行的施工工藝,它操作方便,易掌握,成本低,工期短(在施工中,一個循環周期最短為3 d,最長為4 d),模板背帶搭建的操作平臺安全可靠,易于施工,可進一步的推廣到其他橋梁高墩施工中。

[1] 黃繩武.橋梁施工及組織管理[M].北京:人民交通出版社,2000.

[2] 羅元明.淺談橋梁雙薄壁高墩施工技術[J].山西建筑,2008,34(19):298-299.