格巧高速大水溝連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工關(guān)鍵技術(shù)

摘要：結(jié)合格巧高速大水溝連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工項(xiàng)目，針對(duì)山區(qū)地形起伏多變、山體陡峭且?guī)r土軟弱等工程難點(diǎn)，對(duì)工程建設(shè)過(guò)程中0#塊設(shè)計(jì)與施工、掛籃預(yù)壓、預(yù)應(yīng)力張拉與壓漿、邊跨現(xiàn)澆支架體系、梁面養(yǎng)護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用。結(jié)合數(shù)值模擬建立梁體現(xiàn)澆托架模型和邊跨現(xiàn)澆支架模型，分析托架預(yù)壓過(guò)程的受力情況和邊跨支架的穩(wěn)定性。模擬結(jié)果表明，采用0#托架施工法和邊跨現(xiàn)澆支架體系能為圍巖較差且坡度較陡的區(qū)域提供良好的施工條件，該工程采用的施工方法可為類(lèi)似的山區(qū)橋梁工程建設(shè)提供重要參考。

關(guān)鍵詞：托架施工；掛籃預(yù)壓；預(yù)應(yīng)力張拉與壓漿；邊跨現(xiàn)澆支架；穩(wěn)定性分析

0" "引言

由于我國(guó)西部地形復(fù)雜，山區(qū)形貌居多，高速公路的建設(shè)過(guò)程往往需要結(jié)合高墩、大跨度橋梁工程。其中，連續(xù)剛構(gòu)橋體系受力性能較好、變形更小、跨越能力更強(qiáng)，能一定程度上減少橋梁的工程造價(jià)，降低施工成本[1]。受限于山區(qū)的復(fù)雜地形，常規(guī)的落地支架法不再適用[2]。對(duì)于橋墩較高且圍巖較弱的情況下，落地支架和托架方案均存在成本更高和工期更長(zhǎng)等問(wèn)題[3]，同時(shí)支架穩(wěn)定性差、施工安全難以保障[4]。

目前，已有類(lèi)似工程提供了針對(duì)性的施工方法。例如，復(fù)雜環(huán)境下的連續(xù)梁大邊跨直線段，可采用鋼管支架和懸臂掛籃組合施工方案，從而有效解決大邊跨不對(duì)稱(chēng)懸臂澆筑技術(shù)難題[5]。對(duì)于地質(zhì)條件較差，環(huán)境復(fù)雜的山區(qū)剛構(gòu)橋工程，朱傳娣在大跨高墩連續(xù)剛構(gòu)橋中采用托架法施工，并總結(jié)了0#塊托架法施工技術(shù)要點(diǎn) [6]，而秦拓則采用貝雷支架法進(jìn)行邊跨現(xiàn)澆段的設(shè)計(jì)與施工[7]。可見(jiàn)，山區(qū)的橋梁建設(shè)工程中，存在自然地形復(fù)雜、巖體穩(wěn)定性弱等情況，需要進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)及施工控制[8]。

本文依托格巧高速大水溝連續(xù)剛構(gòu)橋梁建設(shè)工程，針對(duì)橋臺(tái)區(qū)自然坡度陡峭、山區(qū)地形多變等工程難題，對(duì)工程建設(shè)過(guò)程中0#塊設(shè)計(jì)與施工、掛籃預(yù)壓、預(yù)應(yīng)力張拉與壓漿、邊跨現(xiàn)澆支架體系、梁面養(yǎng)護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行多方位的總結(jié)。同時(shí)采用數(shù)值模擬對(duì)施工過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性進(jìn)行驗(yàn)算。該工程采用的施工方法可為類(lèi)似的山區(qū)橋梁工程建設(shè)提供重要參考。

1" "工程概況

格巧高速公路聯(lián)通昆明市東川區(qū)拖布卡鎮(zhèn)格勒村和昭通市巧家縣白鶴灘鎮(zhèn)葫蘆口金沙江邊，全長(zhǎng)63.787km，采用雙向四車(chē)道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。大水溝大橋是格巧高速公路跨越大水溝的關(guān)鍵工程，橋址位于大水溝深切割沖溝底部，整體坡度較陡，高差約270m，橋臺(tái)區(qū)自然坡度較陡，植被多為雜草，上覆為第四系殘坡積碎石土，下伏基巖出露為奧陶系大箐組（O3d）砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化層較厚，厚度20～50m。

大橋左幅采用78m+145m+100 m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)，右幅采用78m+145m+110 m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)，主梁采用單箱單室截面，箱梁頂板橫坡通過(guò)箱梁左右腹板高度差調(diào)節(jié)形成[9]。

下部結(jié)構(gòu)采用雙薄壁墩、矩形承臺(tái)、樁基礎(chǔ)，其中1#墩墩高85m，2#墩墩高73m。承臺(tái)采用矩形承臺(tái)，其平面尺寸為23.75m×23.75m，厚度5.5m。每個(gè)承臺(tái)下設(shè)16根樁徑為2.5m鋼筋混凝土樁，樁中心距6.25m，按摩擦樁設(shè)計(jì)。兩側(cè)橋臺(tái)均采用重力式橋臺(tái)。大水溝大橋的整體設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

主體橋梁的總體施工步驟如下：基礎(chǔ)工程施工，0#臺(tái)臺(tái)身施工，主橋墩身采用滑模施工；主墩安裝墩頂托架，并在墩頂及托架上立模澆筑0#塊；待強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，張拉腹板束及頂板束；拆除墩頂托架、在0#塊上安裝掛籃，懸臂澆筑箱梁節(jié)段，待強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，張拉對(duì)應(yīng)鋼束；安裝邊側(cè)墩頂支座，拼裝邊跨現(xiàn)澆支架，澆筑邊跨現(xiàn)澆段；拆除掛籃，在邊跨2m合攏段設(shè)置水平剛性支撐，安裝邊跨合攏段吊架，澆筑合攏段混凝土，分級(jí)拆除壓重；待強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，張拉邊跨合攏束，完成邊跨合攏，拆除邊跨現(xiàn)澆支架；橋臺(tái)帽梁、側(cè)墻及過(guò)渡墩墩頂帽梁施工；在中跨2m合攏段設(shè)置水平剛性支撐，安裝中跨合攏段吊架，澆筑合攏段混凝土，分級(jí)拆除壓重；待強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，張拉中跨合攏束，完成中跨合攏；橋面系及附屬結(jié)構(gòu)施工。

2" "施工關(guān)鍵技術(shù)

為保證橋梁的順利合攏，在施工過(guò)程中確定了針對(duì)本工程項(xiàng)目的0#塊施工方法、掛籃預(yù)壓技術(shù)、張拉與壓漿技術(shù)、邊跨現(xiàn)澆支架體系、橋梁梁面養(yǎng)護(hù)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

2.1" "0#塊托架設(shè)計(jì)

由于山區(qū)地形變化復(fù)雜，大橋的墩身較高，均超過(guò)60m，常規(guī)的落地支架法難以實(shí)施，成本較高且難以保障安全施工的進(jìn)行。根據(jù)場(chǎng)地的實(shí)際情況，最終采用托架法進(jìn)行0#塊的施工[10]。型鋼托架共分為兩部分，主要由墩旁托架和墩間支撐架組成。其中墩旁托架由上至下依次包括：1.2cm竹膠板；間距為25cm的10cm方木；兩道間距為40cm的I20a分配縱梁；間距為1.15m的雙拼I40b分配橫梁及三角托架等。其中，分配橫梁與分配縱梁間采用調(diào)節(jié)塊進(jìn)行調(diào)整標(biāo)高。

墩間支撐架由上至下依次包括：1.2cm竹膠板：間距為25cm的10cm方木：間距為40cm的I20分配縱梁：四道雙拼I32a分配橫梁，其間距為1.05m+1m+1.05m；三道高度為2.74m的桁架，其橫向間距為2.6m；牛腿底座等。墩間支撐架采用格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，橫桿、斜桿及立桿均采用雙拼槽鋼，桁片承受橫梁傳遞的荷載，并將荷載傳遞給預(yù)埋牛腿底座，托架總體布置如圖2所示。

2.2" "0#塊托架預(yù)壓

托架搭設(shè)完畢，為了消除托架間的非彈性變形，以及測(cè)量出托架的彈性變形值，保證0#塊的線型及標(biāo)高，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行托架預(yù)壓。

由于預(yù)壓質(zhì)量較大，采用普通的重物預(yù)壓堆積高度高，施工困難。因此，本橋0#塊托架預(yù)壓采用墩頂預(yù)埋精軋螺紋鋼反力架形式。

為了消除非彈性變形，根據(jù)規(guī)范文件和圖紙要求，預(yù)壓質(zhì)量按照0#段扣除墩頂承重部分最大施工荷載的1.2倍進(jìn)行預(yù)壓。其中反力架采用四拼I63b工字鋼，橫向分配梁采用雙拼I40b工字鋼，澆筑墩身混凝土?xí)r需預(yù)埋PSB830Φ32精軋螺紋鋼，縱向預(yù)埋4排，各排中心間距為1.5m、6m、1.5m。橫橋向每排預(yù)埋6根，橫向中心間距為0.2m、0.2m、2.6m、0.2m、0.2m。墩旁托架采用4個(gè)150t千斤頂進(jìn)行預(yù)壓，墩間支撐架采用4個(gè)150t千斤頂進(jìn)行預(yù)壓。

建立0#塊梁體現(xiàn)澆托架計(jì)算模型如圖3所示。主桁架、底模分配梁均為桿系單元，結(jié)構(gòu)自重按程序自動(dòng)計(jì)算，現(xiàn)澆混凝土自重、振搗荷載、混凝土沖擊荷載、模板質(zhì)量、施工荷載按計(jì)算施加于底模分配梁上，模板風(fēng)荷載轉(zhuǎn)化成彎矩和荷載平均施加在底模排架上，支架風(fēng)載施加于對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)上，對(duì)托架預(yù)壓受力進(jìn)行分析，計(jì)算得到其彎矩為1527.1kN·m，剪力為8526.6kN，撓度為2.444mm，小于容許值4.49mm，對(duì)預(yù)壓分配梁受力進(jìn)行計(jì)算可知，桿件強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性均滿(mǎn)足要求。

2.3" "掛籃預(yù)壓技術(shù)

掛籃安裝后，對(duì)主桁架進(jìn)行預(yù)壓，本項(xiàng)目墩身高度較高，材料吊運(yùn)及其繁瑣，為避免浪費(fèi)工期采用反壓法進(jìn)行預(yù)壓[11]。

本連續(xù)梁懸臂段4#塊梁段混凝土方量最大為67.26m3，掛籃預(yù)壓質(zhì)量采取4#塊的最大施工荷載的1.2倍進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓質(zhì)量為210t，預(yù)壓時(shí)按照計(jì)算所得主桁架吊點(diǎn)最大節(jié)段時(shí)受力。

掛籃預(yù)壓的步驟如下：安裝預(yù)埋件→按照設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)墊梁→千斤頂安裝→觀測(cè)未加載時(shí)托架觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)高→對(duì)稱(chēng)加載60%記錄其相應(yīng)變形→對(duì)稱(chēng)加載100%記錄其相應(yīng)變形→對(duì)稱(chēng)加載120%記錄其相應(yīng)變形→對(duì)稱(chēng)卸載后記錄其回彈變化量→統(tǒng)計(jì)出預(yù)壓結(jié)果→根據(jù)結(jié)果調(diào)整相應(yīng)底模標(biāo)高。預(yù)壓采用千斤頂反壓的方式進(jìn)行，即在0#段施工時(shí)預(yù)埋雙拼I40工字鋼、I63b工字鋼構(gòu)件，預(yù)埋方式如圖4所示。

2.4" "預(yù)應(yīng)力張拉與壓漿技術(shù)

本項(xiàng)目采用智能張拉、壓漿設(shè)備進(jìn)行施工，智能張拉技術(shù)則實(shí)現(xiàn)了張拉的數(shù)字化自動(dòng)控制，有效消除壓力表讀數(shù)不穩(wěn)定、油壓表控制誤差大等問(wèn)題，提高了測(cè)量控制精度。

采用智能循環(huán)壓漿實(shí)現(xiàn)了負(fù)壓壓漿，有效消除了孔道頂部的孔洞，保證了管道的密實(shí)條件，從而保證了結(jié)構(gòu)的耐久性。

2.5" "邊跨現(xiàn)澆支架體系

云南地區(qū)多山嶺，橋臺(tái)區(qū)自然坡度較陡，且?guī)r質(zhì)較差，普通的滿(mǎn)堂支架、鋼管柱無(wú)法滿(mǎn)足地形及地基承載力要求。經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)勘查及綜合比對(duì)，最終決定支架采用螺旋鋼管柱進(jìn)行施工，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)[12]。邊跨現(xiàn)澆支架體系主要由模板系統(tǒng)（竹膠板+方木）、底模分配梁、主縱向承重梁（貝雷架）、橫向分配梁、砂箱、鋼管柱+挖孔灌注樁基礎(chǔ)組成，大橋右幅的兩側(cè)橋臺(tái)和邊跨，以及左幅一側(cè)邊跨，均采用上述支架體系進(jìn)行邊跨施工，以左幅邊跨Z3為例，邊跨現(xiàn)澆體系設(shè)計(jì)圖如圖5所示。

以Z3號(hào)臺(tái)側(cè)的邊跨直線段支架為計(jì)算模型，進(jìn)行建模分析計(jì)算，分配梁、鋼管柱、連接系均為桿系單元，結(jié)構(gòu)自重由程序自動(dòng)計(jì)算，梁體鋼筋混凝土自重、振搗荷載、模板荷載、施工荷載、風(fēng)荷載計(jì)算轉(zhuǎn)化為線荷載施加于I14底模分配梁上。貝雷片弦桿計(jì)算值為221.6kN，小于容許承載力560kN，豎桿弦桿計(jì)算值為203.9kN，小于容許承載力210kN，斜桿計(jì)算值為138.5kN，小于容許承載力171.5kN。整體撓度為12.1mm，小于26.3mm，桿件強(qiáng)度、剛度均滿(mǎn)足要求。計(jì)算整體屈曲穩(wěn)定性，按澆筑工程和抗風(fēng)工況計(jì)算，分別得到屈曲穩(wěn)定系數(shù)為26.4和193，均滿(mǎn)足要求。

支架采用樁徑為1.25m的C30挖孔灌注樁基礎(chǔ)，挖孔灌注樁所處地層為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，入土深度5m，經(jīng)計(jì)算，樁基的承載力設(shè)計(jì)值為1593kN，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

對(duì)于左幅Z0處邊跨，橋臺(tái)區(qū)坡度過(guò)于陡峭，土體的穩(wěn)定性一般，為了更好地保障施工的進(jìn)行，針對(duì)性地增加了斜撐系統(tǒng)，以增強(qiáng)支架的穩(wěn)定性，為圍巖較差且坡度較陡的區(qū)域提供施工條件。Z0臺(tái)邊跨的支架體系如圖6所示，即在Z3支架體系的基礎(chǔ)上，針對(duì)性地增設(shè)了斜撐系統(tǒng)，采用Φ630×10mm鋼管樁作為斜撐，與縱向鋼管樁的角度為34°，Φ273×6.5mm鋼管作為斜撐連接系，形成額外增加的斜撐支撐架。

斜撐支架體系的現(xiàn)場(chǎng)施工如圖7所示。邊跨Z0施工完成后如圖8所示。施工過(guò)程如下：（樁基礎(chǔ)挖孔并灌樁，灌樁時(shí)布置鋼管樁，鋼管樁插入灌注樁深度不小于1.5m，且鋼管樁垂直度不大于1%，且水平偏位不得大于50mm；挖孔灌注樁入土深度不得小于5m；安裝立柱和斜撐、斜撐連接系；安裝橫向分配梁、砂筒、主承重梁、底模分配梁；支架預(yù)壓，預(yù)壓荷載為托架所承受總荷載的1.1倍，分別按60%、100%、110%分級(jí)預(yù)壓；支架預(yù)壓完畢后，鋪設(shè)底模及側(cè)模系統(tǒng)；綁扎梁體鋼筋，鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力管道；澆筑混凝土，待邊跨合龍后，張拉預(yù)應(yīng)力，擇時(shí)拆除支架。

2.6" "梁面養(yǎng)護(hù)技術(shù)

混凝土澆筑完成后需對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，普通的人工灑水無(wú)法保證梁面始終濕潤(rùn)，且浪費(fèi)人工，遂采用自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)對(duì)梁面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。自動(dòng)噴淋系統(tǒng)主要是由蓄水箱、高揚(yáng)程水泵、時(shí)間繼電器、輸水管、圓形旋轉(zhuǎn)噴淋管組成。

蓄水箱的蓄水量在保證連續(xù)噴淋作業(yè)條件后，設(shè)定時(shí)間繼電器的時(shí)間間隔和持續(xù)時(shí)間并開(kāi)動(dòng)噴淋系統(tǒng)電源，噴淋系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。繼電器到達(dá)指定的噴淋時(shí)間后接通水泵開(kāi)關(guān)，高揚(yáng)程水泵從水箱內(nèi)抽水送至輸水管內(nèi)，輸水管連接噴淋管，噴淋管?chē)婎^對(duì)墩身進(jìn)行噴淋灑水，水流經(jīng)重力自流將水幕均勻的傳遞到需養(yǎng)護(hù)的墩身混凝土面上，噴水時(shí)間達(dá)到預(yù)定的時(shí)間后，時(shí)間繼電器關(guān)閉水泵開(kāi)關(guān)停止噴水。

3" "總結(jié)

格巧高速大水溝連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工項(xiàng)目施工中，針對(duì)山區(qū)地形起伏多變、山體陡峭且?guī)r土軟弱等工程難點(diǎn)，對(duì)工程的關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。工程中采用的0#托架法施工及預(yù)壓、掛籃預(yù)壓、預(yù)應(yīng)力張拉與壓漿、邊跨現(xiàn)澆支架體系、梁面養(yǎng)護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)能有效保障施工的實(shí)施及安全性，可為類(lèi)似的山區(qū)橋梁工程建設(shè)提供重要參考。

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