魚腹式變截面箱梁橋綜合施工技術

孔德法

(中鐵十八局集團第五工程有限公司,天津 300450)

1 工程概況

工程位于天津生態城國家動漫產業園的東北側,主橋(5～10號墩)為跨徑40.5 m+54 m×4+40.5 m的魚腹式變截面連續箱梁,由漂浮于河面的10個曲面的混凝土殼體承托,主橋結構光影豐富。

箱梁為單箱多室截面,結合景觀方面的考慮,主橋順橋向和橫橋向均為變截面。半幅橋寬17.3 m,變截面主梁的支點處梁高為6.3 m,跨中為2.35 m,橋面板厚度為0.25 m。梁底線形為若干條圓弧組成的平滑曲面,底板厚度由跨中0.25 m漸變至支點處的0.5 m。箱梁橫截面如圖1所示。

圖1 箱梁橫斷面(單位：cm)

2 施工重難點

本工程主橋上跨薊運河故道,河道內淤泥深度為3.49～8.86 m；上部結構為魚腹式變截面箱梁,施工重難點包括：(1)承臺深基坑施工；(2)箱梁支架基礎軟基處理；(3)整體組合鋼模板制作與拼裝；(4)箱梁鋼筋下料與綁扎；(5)內模制作與安裝；(6)混凝土澆筑。

3 承臺深基坑施工

因河道內淤泥深度較大,承臺開挖深度為7 m,為滿足主橋5～9號墩施工,采用12 m長拉森鋼板樁做圍護結構,豎向設置2層φ600 mm鋼支撐。承臺圍護結構平面布置見圖2。

4 箱梁支架體系

本工程主橋上跨薊運河故道,河道內淤泥深度為3.49～8.86 m,無明水。

(1)“鉆孔樁、貝雷梁”支架基礎

對淤泥深度大于5 m處采用 “鉆孔樁、蓋梁和貝雷梁”支架基礎。

根據上部結構荷載值,通過設計計算,采用φ800 mm鉆孔樁,橫橋向單幅設置5根,樁長40 m,在樁頂設置1 m×1.2 m蓋梁,在蓋梁頂布置12根貝雷梁。

(2)“清淤換填、戧灰處理”支架基礎

對淤泥深度小于5 m處，采用“清淤換填、戧灰處理”的方式對支架基礎進行處理,上部澆筑20 cm厚混凝土作為支架基礎。

(3)支架體系

本工程組合鋼模下采用碗扣式腳手架,A1片對應中橫梁位置,腳手架采用套搭的方式進行加密,腳手架橫、縱向間距為30 cm×30 cm,A2～A5片下腳手架橫、縱向間距為60 cm×60 cm,A6～A10片下腳手架橫、縱向間距為90 cm×90 cm,腳手架步距為1.2 m。見圖3、圖4。

圖3 “鉆孔灌注樁、貝雷梁”基礎支架體系布置(單位：m)

圖4 “清淤換填、戧灰處理”基礎支架體系布置(單位：m)

5 速度鎖定支座安裝

本橋位于8度地震區,主橋5、6、8、9號墩采用速度鎖定器支座,這種支座在結構縱向伸縮變形速度小于限值時(即溫度變化、混凝土收縮徐變和低烈度地震引起的結構縱向變形),可以通過鎖定器里的調節裝置適應結構變形,從而釋放由上述荷載引起的結構內力。當結構縱向伸縮變形速度大于限值時(7度或7度地震),支座內的速度鎖定裝置發揮作用,將支座的縱向位移量鎖定,此時,主橋5個主墩基礎共同抵抗地震力。速度鎖定器與汽車安全帶類似,低速時自由活動,速度超過某個值時鎖定。速度鎖定支座安裝后示意見圖5，安裝流程見圖6。

圖5 速度鎖定支座安裝后實物

6 箱梁組合鋼模制作與安裝

因主橋順橋向和橫橋向均為變截面,為保證箱梁外形尺寸,外模統一采用組合鋼模。

外模輪廓尺寸根據設計院提供的30 cm一個截面圖確定,采用直角坐標系法定出控制點坐標,加工時根據坐標值加工模板。

根據外模輪廓線形狀,外模分節長度分別取3、2.4、2.4、2.4、1.8、3、3、3、3、3 m，見圖7。

圖6 速度鎖定支座安裝流程

圖7 組合鋼模分節長度縱斷面(單位：m)

組合鋼模在模板加工廠統一制作,運至現場進行拼裝。

鋼模吊裝在支架體系預壓完成后進行,吊裝前對支架體系頂高程進行抄平,并根據預壓時監測數據預留預拱度,測放出梁中心線以便模板就位。

從7號墩柱處向兩側,先在支架體系上將鋼模按橫向拼裝,然后采用2臺吊車吊裝就位,采取吊裝一環、連接一環的方式施工。

模板安裝完畢后,對模板中線、高程、節點連接及縱橫向穩定性進行檢查,檢查結果符合設計及規范要求后方可進行下一工序施工,否則進行調整。拼裝完成的組合鋼模見圖8。

圖8 拼裝完成的組合鋼模

7 箱梁鋼筋下料與綁扎

因箱梁順橋向和橫橋向均為變截面,順橋向根據鋼筋間距按10 cm一個截面進行分解；橫橋向根據設計院提供的30 cm一個斷面,采用CAD軟件根據配筋圖在斷面圖上繪制每根鋼筋的外形,并量測鋼筋長度,因橫向鋼筋間距為10 cm,采用EXCEL軟件根據CAD量測出的30 cm一個截面的數據進行擬合。

橫梁骨架采用坐標系法在CAD上根據骨架外形尺寸定出控制點的X、Y坐標,在加工平臺上建立相同的坐標系,根據各控制點的坐標進行放樣,然后進行骨架制作，見圖9。

圖9 中橫梁骨架放樣(單位：cm)

因主橋頂板頂水平,腹板鋼筋綁扎時,縱向根據頂高程進行控制。

8 內模制作與安裝

本工程主橋為魚腹式變截面混凝土連續梁,橋梁橫向、縱向均為變截面；順橋向采用60 cm一個斷面擬合的方式施工,橫橋向根據設計院提供的橋梁斷面圖施工。

橋梁內模采用提前預制、現場吊裝的方式施工。因現場場地條件限制,內模加工場選在項目部附近,距離施工現場較遠,需二次倒運。

內模由竹膠板、龍骨、支撐體系3部分組成。

主橋箱梁分兩步,為防止內模變形,內模也分2步進行。

內模制作工藝流程：龍骨制作→龍骨就位→貼模→分節→支撐體系設置→吊裝。

9 混凝土施工

9.1 澆筑高度

混凝土豎向分兩步進行澆筑：第一步澆筑底板、邊板、腹板、橫梁及橫隔板；第二步澆筑頂板。

9.2 內模防上浮

因箱梁橫橋向、順橋向均為變截面,箱梁內模全部封底；同時,因箱梁最高處為6 m,混凝土澆筑過程中浮力較大,為防止內模上浮,采用順橋向、橫橋向設置I40b型鋼的方式壓住內模；豎向在通氣孔處設置φ32 mm精軋螺紋鋼拉住鋼模下部與工字鋼。

9.3 混凝土澆筑

因箱梁邊板、底板橫橋向、順橋向均為變截面,混凝土澆筑總體采用從低處向高處(即從中橫梁向跨中)逐層澆筑,隨澆筑高度的上升,逐漸擴大澆筑范圍。

同時,因箱梁外輪廓呈二次拋物線變化,為保證混凝土澆筑過程中振搗密實,采用振搗棒在邊板上下兩層鋼筋網片之間,順邊板線形插入,同時控制混凝土澆筑高度,在邊板、底板上開觀察孔進行實時觀測；在振搗棒無法從上部振搗的部位,通過從觀察孔插入振搗棒進行振搗。

隨混凝土澆筑高度上升,安排專人封堵觀察孔,以保證混凝土澆筑工作的順利進行。

同時,為確保混凝土澆筑的流動性,底板、邊板混凝土坍落度略大于腹板混凝土,澆筑過程中進行調整。

10 預應力施工

主橋箱梁共6跨,分為4個施工段,為保證各施工段之間的鋼絞線共同受力,施工縫處鋼絞線通過連接器連接，預應力施工工藝流程見圖10。

圖10 預應力工程施工工藝流程

11 結語

XY平面內建立直角坐標系,通過控制點坐標控制單元件制作,Z軸方向通過基準軸、基準面進行控制,解決了變截面施工的難題；此外,單元件可批量制作,施工工序明確,可有效保證施工進度,施工工期縮短了

20 d；可有效避免因施工誤差造成的鋼筋、內模無法安裝問題,有效地避免了因返工造成的誤工、廢料現象。

針對淤泥深度不同,從可行性、經濟性的角度選用“清淤換填、戧灰處理”或“鉆孔樁、貝雷梁”的方式對支架基礎進行處理；“清淤換填、戧灰處理”支架基礎進施工工藝簡單,成本低,且可在河道中為后續施工提供施工平臺；“鉆孔樁、貝雷梁”支架基礎,可有效保證支架基礎承載力,且貝雷梁在施工過程中可重復循環使用,成本相對較低。

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