淺談連續剛構橋合龍段施工技術

李百林

合龍段施工是懸臂澆筑剛構橋非常關鍵的一道工序。新澆混凝土從澆筑完成直至達到張拉強度,需一定的時間,在此時間段內,混凝土的收縮、徐變,結構體系的轉變,施工荷載以及外力等因素會引起結構的變形和內力,若合龍段施工方法不當,將引起合龍段混凝土的開裂甚至壓碎。因此,合理選擇、優化合龍段的施工方法非常重要。

1 工程概況

重慶奉云高速公路某特大橋為整體式分幅設計橋梁。主橋采用60 m+120 m+60 m預應力混凝土連續箱梁,全橋共計4個“T”構。

2 施工方法

2.1 氣溫狀況

當懸臂長度達到最大時,氣溫對整個“T”構的線形影響亦達到最大。

某特大橋合龍時近20 d的氣溫觀測表明,天氣晴朗時,全天氣溫最低值出現在凌晨2:00以后,約為14℃～17℃,符合設計要求,可進行合龍段施工。

2.2 聯測

待掛籃懸臂澆筑完成所有梁段后,須對整個“T”構的線形進行測量,確定溫度對箱梁標高以及梁長的影響,并檢查合龍段兩側的豎向以及軸向誤差是否符合設計要求,如偏差過大,須根據監控單位意見進行調整。可利用縱向預備束進行軸向調節,利用懸臂端水箱配重進行豎向調節。

2.3 水箱配重

懸臂澆筑完成后,應將橋面上多余的設備、物資等清除,保證懸臂兩端荷載大體相當。按合龍段重量,制作相當的水箱。

2.4 合龍邊跨

采用掛籃現澆的施工方法進行合龍。合龍段大部分荷載由掛籃承受。

1)掛籃、底模就位。前移邊跨掛籃,待吊帶靠近邊跨現澆段端面,將掛籃底模前端與現澆段梁底相接。

2)放置水箱。水箱應位于“T”構兩懸臂端對稱位置,如位置不同,須按力臂進行調整。

3)鎖定合龍段勁性骨架。在設計要求的氣溫條件下,鎖定勁性骨架。可由4個～6個焊工同時施焊,盡量在氣溫回升前鎖定完畢。焊接時,應準備冷水降溫,以防焊裂混凝土。

4)解除盆式支座臨時約束。鎖定完成后,應及時解除現澆段梁底箱梁盆式支座臨時約束,使整個梁段能沿橋縱向自由變形。

5)預張拉合龍段頂板、底板縱向鋼束。鎖定前應完成預張拉的準備工作,待鎖定完成后,可按縱向鋼束控制張拉力的10%～15%立即進行張拉,以減小晝夜溫差對勁性骨架的影響。

6)安裝合龍段鋼筋、預應力管道(見圖1)。連續剛構橋合龍段極易出現縱向裂縫,特別是在頂板下緣。因此,合龍段應適當加強配筋。可將頂板下緣鋼筋加密,型號加大,并增加防裂鋼筋網片。底板鋼筋也可適當加強。合龍段底板預應力管道密集,相鄰管道間距較小,安裝時應特別注意。合龍段縱向波紋管兩端封閉,波紋管襯管不能穿入,故縱向鋼絞線應于澆筑前穿束,以免澆筑時管道堵塞。

7)外模、內模就位。外模、內模采用掛籃模板系統。

8)澆筑合龍段混凝土。某特大橋合龍段混凝土由C50提高為C55,并加入早強劑。結果表明,此舉大幅縮短了張拉前的養生期。混凝土澆筑應選在當天氣溫最低時刻,使混凝土澆筑后至達到一定強度之前處于升溫過程之中,這樣當氣溫達到最高時,混凝土本身已能承受部分應力。澆筑過程中,合龍段側水箱同步放水。

9)張拉縱向預應力、壓漿。待合龍段混凝土強度達到85%時,即可張拉預應力筋。縱向鋼束采用分批張拉,由長到短、由底板到頂板分為3批對稱張拉,豎向、橫向預應力同時張拉。

10)拆模。預應力張拉、壓漿完畢后及時拆除合龍段模板,既減輕荷載,又不會妨礙梁段自由變形。

2.5 合龍奉節岸邊跨

奉節岸邊跨合龍采用吊架現澆的方法進行施工。合龍段吊架為掛籃的底模及外模系統,保證具備足夠剛度。利用掛籃將模板由懸臂端移至現澆段處,錨固完畢,便可退回掛籃。待懸臂兩端掛籃拆除完畢,即可開始合龍段施工。

2.6 合龍中跨

中跨合龍段采用吊架現澆。

1)吊架就位。

中跨合龍段吊架結構形式與合龍萬州岸邊跨吊架相同,亦為掛籃外模、底模系統。應根據外模與底模長度,分別于頂板、底板適當位置預留錨點。合龍中跨時,前移掛籃,錨固外模、底模,然后退回掛籃,拆除掛籃主桁架、行走系統等。

2)頂推。

連續剛構橋為墩梁固結結構,連續箱梁在產生豎向撓度的同時,也會使主墩產生相對水平位移,造成主墩偏位,對主墩受力產生不利影響。為了消除此影響,在連續剛構橋中跨合龍時對梁體施加一個水平頂推力,給主墩造成一個反向位移,來抵消合龍溫差、后期收縮徐變等因素引起的主墩水平位移。

3 關于勁性骨架和預張拉

鎖定合龍段勁性骨架后,合龍段兩側梁體連為整體。當溫度升高時,梁體縱向伸長,此時勁性骨架起傳遞縱向內力的作用,如骨架剛度足夠,即可保證兩側梁體位移一致。當溫度降低時,梁體縱向縮短,為減小勁性骨架所受軸力,保持變形一致,就需利用預張拉合龍束的方法,協同勁性骨架平衡內力。

4 合龍段變形分析

4.1 邊跨合龍

邊跨合龍段位于懸臂端和現澆段之間。現澆段牛腿托架經預壓是相對穩定的,而懸臂端在溫度變化、日照、風力等影響下,會發生軸向伸縮、豎向撓曲及水平偏移等變形。在預應力鋼束張拉之前,尤其是混凝土澆筑早期,這些變形可能導致混凝土開裂,故設計中設置了鎖定裝置,并通過預張拉,以預應力來抵消兩端因溫度降低而縮短所產生的拉力,這樣通過鎖定裝置使合龍段混凝土得到保護。

4.2 中跨合龍

中跨合龍時,由于兩端懸臂長度和截面對稱,受溫度影響產生的撓度也基本相等,通過鎖定勁性骨架,使合龍段兩端形成可以承受一定變形和剪力的剛結點,防止由于溫度等因素的影響使合龍段尚未完成施工就產生變形。考慮梁體在合龍后的收縮、徐變的影響,在合龍鎖定前將梁體預頂一個位移值,即可抵消梁體后期收縮、徐變產生的收縮影響。

5 經驗總結

合龍段為連續剛構橋體系轉換的重要環節,也是剛構橋施工的關鍵工序,如何合理安排工序和優化施工方案是施工的關鍵。經應力檢測,某特大橋合龍后結構受力良好,施工相當成功。

合龍前連續觀察氣溫變化和梁體相對標高變化及軸線偏移量,觀測合龍段在溫度變化下梁體的長度變化,并對觀測結果進行了分析總結,掌握梁體在溫度變化下橫向、縱向及標高的變化值。

合龍段采用了掛籃模板系統作為合龍段施工吊架,既方便操作,又為施工節約了成本。

合龍段縱向鋼束張拉采用分批持續張拉、壓漿,有效控制了合龍段底板以及齒板的結構安全。

選用早強、高強混凝土,使合龍段混凝土盡早達到設計強度,實現體系轉換,并嚴格控制用水量,以減少混凝土的收縮變形。

采用低溫合龍,避免新澆混凝土早期受到較大變形應力作用。

加強混凝土養護,使新澆箱梁混凝土在達到設計強度前處于潮濕狀態,以減少箱梁頂面因日照不均所造成的溫差影響。

為防止合龍段兩邊懸臂端因降溫而產生上翹,在合龍段施工時應在兩懸臂端增加壓重。

及時張拉。在合龍段混凝土強度達到設計張拉強度時,應及早張拉部分預應力鋼束,實現體系轉換,以策安全。

[1]馮 靜.某橋中跨合龍段底板縱向裂縫成因分析[J].山西建筑,2008,34(29):331-332.