連續梁懸臂掛籃工藝施工合龍段施工方案探討

白連春

1 武城運河大橋連續箱梁概況

武城運河大橋位于山東省與河北省交界,中心里程樁號為K1+337.55,主橋上部結構采用35 m+60 m+35 m三跨預應力混凝土變截面單箱雙室連續剛構。主橋連續箱梁采用掛籃懸臂澆筑法施工,各單“T”箱梁除0號,1號塊采用在支架上現澆外,其余分為7對梁段,均采用對稱平衡懸臂逐段澆筑法施工。箱梁縱向懸澆分段長度為3 m,箱梁墩頂現澆塊件(即 0號,1號,1′號塊)長度16.0 m,中跨合龍段長度為2.0 m,邊跨合龍段長度為5.9 m,懸臂澆筑梁段中最大重量為127.95 t(2號塊)。

2 施工方法及主要思路

主橋連續剛構箱梁采用三角形掛籃懸臂澆筑施工,首先在主墩墩身上搭設托架,澆筑 0號,1號,1′號塊,施工完成后保留0號塊支架。在0號,1號,1′號塊上再拼裝掛籃,T構懸臂澆筑2號～8號塊,然后邊跨合龍,再中跨合龍。中跨合龍后拆除0號塊支架,張拉底板鋼束。

3 中跨合龍段施工

3.1 中跨合龍原則

為避免溫度變化而造成的混凝土開裂,合龍段的施工必須遵循低溫澆筑、又拉又撐(剛性鎖定)的原則。利用梁體鋼束臨時張拉一定噸位,將邊跨不平衡段和T構拉結。選擇在一天中溫度最低時澆筑混凝土,新澆筑的混凝土在氣溫上升時以受壓狀態達到終凝,從而預防合龍段混凝土的開裂。

支撐采用體內支撐。采用Ⅰ50組成鋼構件,與已澆梁段連接牢固。

在施工合龍前梁段時,按照設計要求在梁段內預埋錨板,注意錨板位置前后水平保持一致,在混凝土施工前,將鋼構件放于錨板上,并焊連。勁性鋼架放在合龍段內,由于它既能承受拉力,又能承受壓力,加工時尺寸不能長也不能短,且兩懸臂端的預埋件還要求一定的精度。因此采用的勁性鋼架比合龍段長度短2cm。一端先與懸臂端預埋件焊接成一個整體,在另外一端預埋件上焊上兩塊截面積大于鋼架的鋼板,鋼板應貼緊勁性鋼架,但必須保證鋼架在鋼板內自由伸縮。

合龍段模板采用梁段模板,懸吊于已經澆筑梁段上,加固緊密。

在進行骨架安裝及梁段其他準備工作完成后,準備澆筑合龍段混凝土。合龍段混凝土在一天中最低溫度澆筑,即凌晨1點左右。澆筑設計溫度為10℃～15℃,如果一天中最低溫度達不到設計溫度,需對其進行加溫,澆筑要快速,減少溫度應力對合龍段混凝土的影響。

3.2 混凝土施工

合龍段的混凝土澆筑時間選在一天中氣溫較低(15℃左右)、溫差變化比較小的午夜前后。混凝土灌注過程中,要安排專人不斷地吊走放置在T構合龍側的配重。施工結束時,應吊走兩側的全部配重。卸除平衡重與灌注混凝土同步等量地進行。合龍段混凝土的配合比設計要比普通段高一個等級,加強振搗,以免新老混凝土的連接處產生裂縫。混凝土作業的結束時間根據天氣情況,安排在氣溫回升之前。混凝土澆筑完畢后,在頂面覆蓋厚層草袋;在合龍段箱體內外及前后范圍內由專人不停地灑水養護。澆筑完混凝土后應及時養生。低溫時(低于+5℃)需要采取保溫措施,當溫度高于15℃時需要采取降溫措施,專人在梁頂、梁側面及梁內灑水降溫,減少非線性溫差引起的梁體收縮及次內力。

3.3 預應力張拉、壓漿

3.3.1 預應力張拉

本橋所有縱向預應力筋張拉按照左右對稱,先下后上,先縱后橫的原則進行,為減少混凝土的收縮徐變對預應力的不利影響,避免由于混凝土收縮徐變過大造成永存預應力不滿足設計要求,需要采取混凝土強度、齡期雙控指標,在混凝土施工后3天以上且強度達到90%以上時方能張拉。張拉步驟為:

初始張拉力張拉檢查油路的可靠性,安裝正確后,開動油泵向張拉油缸緩慢進油,使鋼絞線略為拉緊后調整千斤頂位置,使其中心與預應力管道軸線一致,以保證鋼絞線的自由伸長,減少摩阻,同時調整夾片使其夾緊鋼絞線,以保證各根鋼絞線受力均勻。然后兩端千斤頂以正常速度對稱加載到初始張拉力后停止加油,測量并記錄鋼絞線初始伸長量,完成上述操作后繼續加載至控制張拉力,量測實際伸長量并與計算伸長量相比較。由于張拉力設計值較大,因此初始張拉力取值為20%σk。

預應力張拉前對預應力千斤頂及配套設備進行標定,采用ZB4-400型油泵配合液壓千斤頂進行,采取雙控法控制,即在張拉力滿足設計要求的情況下,預應力筋伸長量與設計計算伸長量之差在±6%(應計算預應力筋在千斤頂內的長度),張拉前需要對千斤頂及配套油泵進行檢校標定,可以采取壓力機反壓千斤頂的方法,但壓力機的精度應為一級精度,確定千斤頂壓力與液壓油泵油壓間的關系,同時預應力筋的伸長量計算應準確無誤,預應力筋彈性模量、截面積等技術指標取值準確,取用檢驗單位提供的數據。張拉按照設計圖紙的順序進行,或按照規范規定的先下后上,先中間后兩邊的順序。張拉應準確,準確預估預應力管道的摩阻力,使預應力筋的永存應力達到設計要求。

3.3.2 孔道壓漿

真空壓漿施工工序同掛籃部分步驟。

3.4 合龍段施工應該考慮的幾個影響因素

1)合龍溫度的考慮:合龍溫度的選擇是很重要的,其會影響到成橋后箱梁內力的大小。2)日照的影響:本橋單T的懸臂的實際長度為60 m,在合龍前成懸臂狀態,由于受到日照的影響,箱梁的頂面和底面的溫度存在著差別,必然會引起懸臂的變化。3)溫度的影響:本橋的T構長度為60 m,合龍時混凝土的溫度每變化1℃將會使合龍長度產生60000×0.00001=0.60mm的變化。4)混凝土的收縮、徐變:已澆單“T”的混凝土后期的收縮、徐變值雖然很小,但易在新老混凝土的交接處產生裂縫。5)臨時荷載的作用:荷載將使懸臂端下撓,卸載后又會得到一定的恢復。

合龍時自重引起的懸臂端的變化同臨時荷載一樣屬于永久性。

3.5 合龍段施工注意事項

1)在合龍前一周對氣溫進行觀測,特別是夜間,每小時觀測一次,確定最低的合龍溫度時間段。2)臨時鎖定前,應事先將鎖定用的鋼構件提前焊好一端,千斤頂安裝就位,以節約鎖定所用的時間。3)鎖定和混凝土澆筑應一氣呵成,時間愈短愈好,做好充分的準備。4)合龍段箱梁應加強養護,防止振動和施工車輛行走,不得在跨中范圍內堆放重物。5)合龍段鋼束未張拉前,盡量減少箱梁的日照溫差,通常采取覆蓋箱梁合龍段兩側梁體。6)合龍狀態時的施工荷載及其他情況應符合設計要求,此時除加壓等物體外應將施工機具等全部清除或移至0號塊頂部,保證應力狀態與設計相符。使用計算機計算應力及撓度,比較中跨合龍段兩側兩個梁段的頂面高程,如果其高差 Δ＜20mm,則繼續進行下步施工;如果Δ＞20mm,則運行線形控制軟件,計算滿足 Δ＜20mm的配重方法和要求。然后把水箱或砂袋按要求重量放在梁上指定位置,達到要求后,再進行合龍段施工。在應力與設計相近的情況下臨時鎖定梁端,若變形與設計有偏差將運行計算軟件,確定糾偏值,采取措施達到上述目標。7)合龍段混凝土宜在處于年平均氣溫狀態下的日期中的較低溫度時澆筑,一般在凌晨進行,使混凝土在強度增長時剛好處于氣溫回升時為宜。同時該合龍段混凝土的標號應高于設計一個標號以便于及早張拉。8)墩身變形觀測:利用全站儀和導線控制點定期復核各墩0號段中心點的位置,并與原設中心點進行比較,偏移位置即墩身變形量。施工過程中,注意觀測溫度變化對墩身變形的影響。

4 結語

本文通過主橋掛籃施工工藝中主橋合龍段的混凝土施工、預應力張拉以及合龍注意事項等幾方面闡述了質量控制要點,為今后類似結構橋梁掛籃合龍段施工提供借鑒經驗。

[1] 張繼堯,王昌將.懸臂澆筑預應力混凝土連續橋[M].北京:人民交通出版社,2004.

[2] 上海市政工程設計研究總院.橋梁設計工程師手冊[M].北京:人民交通出版社,2007.

[3] 郭文偉.大型連續剛構橋三角掛籃懸澆施工工藝[J].山西建筑,2009,35(12):319-321.