大跨度特大連續(xù)剛構橋合龍段優(yōu)化施工關鍵技術研究

陳文波

(廣西八桂工程監(jiān)理咨詢有限公司,廣西 南寧 530022)

0 引言

連續(xù)剛構橋因具有整體性好,連續(xù)梁無伸縮縫從而行車平順性較好的特點被廣泛采用。然而,對于大跨度的連續(xù)剛構橋而言,由于其建成后的超靜定的受力特征,使其在主跨合龍對接時對施工技術提出很高的要求。

學者們針對連續(xù)剛構橋的合龍施工開展了技術研究,周學超[1]針對不同的荷載工況,分析橋梁的屈曲模態(tài)主要表現(xiàn)為橋墩為橫向而主梁為縱向。張大琦等[2]針對單腔空心薄壁墩連續(xù)剛構橋,采用Midas Civil軟件與理論分析進行對比研究,得到最不穩(wěn)定的部分出現(xiàn)在雙臂階段。師全海等[3-7]采用實時監(jiān)測的方法,對合龍施工階段進行實時監(jiān)測反饋,調(diào)整施工方案,確保合龍順利。廖豐[8]研究了勁性骨架合龍頂推施工,取得良好效果。綜合當前的研究現(xiàn)狀,針對剛構橋合龍施工的研究取得了不少成果,但對于大跨度雙薄壁墩剛構橋合龍施工技術研究仍有不足。

本文在前人研究的基礎上,通過對平而河雙薄壁剛構大橋中跨合龍施工進行模塊化分解,并對各個模塊進行施工細化優(yōu)化,結合工程的實際情況,分別對掛籃工程、配重工程等分項工程進行施工技術優(yōu)化調(diào)整,并配合工程監(jiān)測,反饋給施工單位以調(diào)整施工方案,從而獲得更佳的合龍施工工藝。

1 平而河特大橋工程概況

1.1 工程項目基本概況

平而河特大橋橋跨布置為:(90+155+90)m+(3×30)m,橋跨起訖樁號為K266+934.5～K267+359.5,橋梁全長434 m,如圖1所示。主橋跨徑布置為(90+155+90) m連續(xù)剛構橋,上下行分幅布置,箱梁頂面設橫坡,箱底橫向水平。橋梁平面位于直線上;橋梁縱斷面位于2.5%的縱坡上。

圖1 平而河特大橋主橋橋型布置圖 (cm)

主梁采用單箱單室截面,箱梁頂板橫坡設單向2%橫坡。箱梁全寬為12.75 m,底板寬度為6.75 m,主跨根部梁高9.5 m,跨中梁高3.5 m;箱梁翼緣懸臂端厚度為20 cm;箱梁頂板厚度為28 cm,根部頂板加厚到90 cm;近合龍段箱梁截面腹板厚60 cm,近根部腹板厚80 cm。主梁采用縱、豎、橫三向預應力混凝土結構。主墩采用雙肢薄壁墩,截面尺寸為橫橋向×順橋向=6.75 m×1.6 m,承臺厚4.2 m,基礎為6φ2.5 m灌注樁基礎。

1.2 橋梁場區(qū)工程地質(zhì)概況

橋梁場區(qū)內(nèi)地層巖性單一,水文地質(zhì)條件較簡單。橋址區(qū)橫跨平而河,地表水主要為河水,河床長49.3 km,寬約70 m。地下水類型為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。距橋址區(qū)東側(cè)約800 m處斷層名稱為F66水口斷裂,屬旋鈕構造體系,斷面傾向為40°,傾角為40°,南段走向南西190°～200°,傾向挾轉(zhuǎn)為NWW,傾角66°左右。由于該斷裂為非活動斷裂,下伏基巖穩(wěn)定,因而大橋受斷裂影響小。

2 平而河特大橋中跨合龍段優(yōu)化施工技術

該工程屬于大跨度特大橋梁,且受場地及環(huán)境等因素影響,按照傳統(tǒng)的工藝難以確保精準合龍。為此,本研究針對該橋梁的具體工況,分別對平而河特大橋合龍段施工所涉及的掛籃工程、配重工程、合龍段配套數(shù)據(jù)采集監(jiān)控工程、合龍段鎖定工程、模板工程及混凝土工程等分項工程進行細化優(yōu)選,并全程配合實時監(jiān)測橋梁的位移、溫度及偏斜量等參數(shù),實時反饋給施工單位,及時調(diào)整施工方案。平而河中跨合龍段優(yōu)化關鍵技術如下。

2.1 掛籃及底籃后移施工優(yōu)化措施

平而河特大橋連續(xù)剛構合龍段優(yōu)化采用掛籃系統(tǒng)底籃來作為施工平臺進行施工。在中跨合龍段施工前完成邊跨合龍段施工,合理組織合龍段兩側(cè)懸澆時機,結合懸臂施工及中跨合龍段施工要求,兩側(cè)掛籃不發(fā)生沖突,使掛籃桁架及底籃到達預定位置。合龍段優(yōu)化措施見圖2。

圖2 平而河特大橋主跨現(xiàn)澆段分塊施工示意圖

(1)合龍施工中跨19#梁段時,預埋中跨合龍段各類預埋孔。

(2)完成中跨19#梁段施工后,一側(cè)掛籃攜帶底籃整體后移,另一側(cè)掛籃前移并錨固在中跨兩側(cè)19#節(jié)段。

(3)利用掛籃底模、側(cè)模,形成中跨合龍段施工平臺。

2.2 配重施工優(yōu)化措施

平而河大橋中跨合龍段施工采用水箱進行配重,水箱+水的重量=1/2倍中跨合龍段自重=30 t。具體優(yōu)化措施如下:

(1)采用直徑為5 m、高度為3 m、壁厚為1 cm的鐵箱作為配重水箱,沿用邊跨合龍段的水箱。

(2)安裝時,利用塔吊將水箱放置于兩側(cè)中跨19#梁段上,水箱放置于19#梁段中心。

(3)水箱加水至設計噸位。由于正值雨水豐沛的季節(jié),水箱頂采用竹膠板及彩條布覆蓋,防止施工期間雨水進入水箱。

2.3 中跨合龍段配套數(shù)據(jù)采集監(jiān)控措施

由于剛構橋的跨度較大,受到風載、結構內(nèi)應力及安裝造成的內(nèi)力作用,中段合龍的安裝需要進行內(nèi)力、應變和位移的監(jiān)測,對合龍過程的結構應力、應變進行監(jiān)測,并隨時調(diào)整合龍的方案,保證中段順利的對接。數(shù)據(jù)采集實施主要包含:

(1)中跨合龍段數(shù)據(jù)采集前,清理剛構橋上雜物,包括箱梁頂板及箱室內(nèi)的雜物,鏟除浮漿,保證測試的可靠性。

(2)對合龍口進行連續(xù)48 h觀測,并設計采集“時間—溫度”、“時間—溫度—高程”、“時間—溫度—軸線偏位”曲線數(shù)據(jù)。

(3)高程及軸線偏位觀測是中跨合龍段兩側(cè)梁段的高程觀測。

(4)邊跨合龍段施工完成后,對1#、2#墩縱橋向偏位進行觀測,獲取“時間—溫度—縱向偏位”曲線。

(5)獲得溫度、應力、偏位、撓度等數(shù)據(jù)后,結合合龍口實測數(shù)據(jù)、墩身偏位,推導計算出中跨合龍段合龍溫度、合龍口底模高程、頂推施工的頂推力,給出相應的合龍時間段。

2.4 中跨合龍段鎖定施工優(yōu)化措施

2.4.1 中跨合龍段錨固桿鎖定施工前準備工作

根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)反饋而擬定的模板高程值調(diào)整好掛籃底模高程。提前焊接錨固桿,中跨合龍段連接桿與19#梁段錨固桿可相對自由移動。兩端中跨合龍段配備4名焊工及5臺焊機等設備。準備一臺250 kW的發(fā)電機,防止突發(fā)停電事故,配備電工保證施工供電的連續(xù)性。隨時關注當?shù)靥鞖忸A報及變化情況。作業(yè)時配備激光溫度計,對合龍口兩端高程控制點進行動態(tài)觀測,發(fā)現(xiàn)異常應及時告知總工程師,并提出方案調(diào)整。

2.4.2 鎖定施工措施

當梁體外環(huán)境溫度及梁體溫度均符合合龍段鎖定要求時,開始進行施工。同時開動焊機,由專業(yè)焊工進行勁性骨架鎖定施工,將中跨合龍段勁性骨架連接桿與19#梁段錨固桿進行快速焊接。焊接施工時,先對連接桿與錨固桿焊縫進行短距離焊接,各焊接點均快速施焊,完成后再進行各條焊縫的完整焊接。焊接完成后,及時對焊接質(zhì)量進行檢查,完成中跨合龍段勁性骨架的鎖定施工。

2.5 模板優(yōu)化施工措施

合龍段的底模及外側(cè)模采用掛籃配套鋼模板,內(nèi)模采用鋼模結合施工。合龍段鎖定施工完成后,安裝梁體側(cè)模及翼緣板模板。底板及腹板鋼筋施工完成后,安裝內(nèi)模。內(nèi)支架采用盤扣支架,立桿間距為60 cm,適量剪刀撐,頂端設置頂托調(diào)節(jié)高度。

2.5.1 底模

底模鋪設在吊籃安裝完成后進行,需適當降低吊籃高度以使吊籃進入中跨現(xiàn)澆段下方;到位后,在吊籃底板上鋪設Ⅰ56工字鋼;工字鋼與底板點焊以防止滑移,在工字鋼上方鋪設木方,再鋪設竹膠板模板。

2.5.2 側(cè)模及內(nèi)模

箱梁內(nèi)模支架采用φ48 mm×3.5 mm鋼管盤扣式支架。底托及頂托設置通長Ⅰ14 cm工字鋼背楞,間距為60 cm;在次背楞上鋪設長10 cm×10 cm方木背楞,間距為20 cm;在背楞方木上鋪設1.5 cm厚竹膠板。在竹膠板接頭處設置方木,將竹膠板使用圓釘固定到方木上,避免出現(xiàn)錯臺現(xiàn)象,并保證模板嚴密不漏漿。腹板側(cè)模采用木模板、Ⅰ14工字鋼背肋、方木及φ25 mm螺紋鋼拉桿安裝,豎向背肋采用Ⅰ14工字鋼進行加固,間距為60 cm;縱向向采用10 cm×10 cm方木進行加固,間距為30 cm;拉桿按縱向間距60cm、橫向間距30 cm一根布置。

2.5.3 吊籃底模標高調(diào)整

在混凝土澆筑前,對吊籃底模的標高進行調(diào)整,確保澆筑后梁體標高和監(jiān)控指令一致,同時新舊混凝土面接縫無錯臺。籃底模平臺標高組成為設計標高+設計預抬值+吊籃彈性變形值。

2.6 混凝土施工優(yōu)化措施

2.6.1 混凝土施工工藝

混凝土澆筑應該選擇良好天氣。在混凝土澆筑前,監(jiān)控單位對剛構橋進行溫度及應力觀測。混凝土澆筑前對梁端進行鑿毛處理,并清除松散混凝土,對梁端表面充分濕潤,確保新老混凝土連接質(zhì)量。采用分層澆筑,澆筑按先底板、后腹板、再頂板及翼緣板的順序進行。邊澆筑邊對配重水箱進行放水卸荷,做到“一個水箱減少的重量=1/2混凝土澆筑重量”,施工時可對每次澆筑量進行計算,每次澆筑間歇復核水箱水位高度,確保達到施工要求。

澆筑過程對合龍段兩端進行高程觀測,并記錄觀測結果,監(jiān)控單位對梁體進行溫度、應力監(jiān)控。底板混凝土及頂板混凝土澆筑完成后,及時對其表面進行整平。澆筑完成后,測量高程,監(jiān)控人員對剛構橋進行溫度及應力測試,為下一階段施工做準備。

澆筑工藝采用整體分層方式,如圖3所示。根據(jù)混凝土初凝時間初步確定每層澆筑厚度約30 cm,層間最長間隔時間不大于混凝土初凝時間。澆筑順序根據(jù)圖4先底板、后腹板、再頂板和翼緣板的順序。梁腹板同時對稱澆筑,澆筑頂板及翼板混凝土時,從兩側(cè)向中央推進。

圖3 整體分層往復澆筑示意圖

圖4 混凝土澆筑順序示意圖

2.6.2 混凝土施工控制優(yōu)化措施

連續(xù)梁橋上部結構混凝土為C55高性能混凝土,膠凝材料用量較大,升溫降溫迅速,內(nèi)外溫差大,非常容易出現(xiàn)溫度裂縫。應采取有效措施控制溫度開裂,主要溫控措施有:

(1)優(yōu)選水化熱低的混凝土配合比,摻加粉煤灰,降低水化熱。

(2)冬季施工加強保溫,延長拆模時間。

(3)夏季施工遮蓋骨料,選擇低溫時段澆筑,降低混凝土內(nèi)部最高溫度。

(4)加強混凝土的養(yǎng)護。

混凝土除溫度裂縫外,還有收縮裂縫。收縮裂縫的主要控制措施有:

(1)控制集料的含泥量,砂的細度模數(shù)大一些;使用高效減水劑降低混凝土單方用水量。

(2)減小新、老混凝土之間的溫差、溫度梯度以及澆筑的時間間隔。

(3)適當推遲拆模時間。混凝土拆模時控制內(nèi)外溫差,并選擇一天中氣溫較高時拆模;拆模后立即采取養(yǎng)護措施,減少水分散發(fā)。

3 結語

大跨度連續(xù)剛構橋中跨合龍施工受到風載、溫度及施工方法等多因素的影響,特別是中跨對接的懸挑長度在影響因素的作用下會被成倍數(shù)放大,其對接難度隨即增大。因此,對大跨度剛構橋的中跨合龍段施工進行施工方法優(yōu)化,將中跨合龍段所涉及的分項工程進行拆分,即分別對平而河特大橋合龍段施工所涉及的掛籃工程、配重工程、合龍段配套數(shù)據(jù)采集監(jiān)控工程、合龍段鎖定工程、模板工程及混凝土工程等分項工程進行細化優(yōu)選,全程實時監(jiān)測橋梁的位移、溫度及偏斜量等參數(shù),實時反饋給施工單位并及時調(diào)整施工方案。通過優(yōu)化合龍對接施工方案,在平而河大橋的中跨對接中積極作用明顯,保證了橋梁的順利對接,也驗證了該施工方案的可行性與可靠性,對大跨度剛構橋中跨對接具有借鑒作用。