290m空腹式連續剛構橋梁合龍技術

2015-02-10 02:19:02陶路

交通科技 2015年2期

陶路

（中鐵大橋局集團武漢橋梁科學研究院有限公司武漢 430034）

北盤江特大橋跨徑布置為82.50m＋90＋220m＋82.5，為一座5跨空腹式預應力剛構橋［1］，見圖1。全橋共計5個合龍段，分別是2個邊跨、次邊跨及1個中跨合龍段。合龍段箱梁長均為2.0m，箱梁高4.5m，底板寬6.5m，頂板寬10.5m，腹板厚0.45m，底板厚0.32m，頂板及翼板厚度為0.2～0.65m，邊跨合龍段混凝土量為19.51m3，重約51t。次邊跨及中跨合龍段混凝土量為27.83m3，重約72t。

大橋跨度較大，合龍口較多，工序復雜，受合龍溫度及運營狀態主梁收縮、徐變影響，各主墩將產生縱向偏位，合龍段也將受溫度作用影響，受力較為不利，需采用合龍鎖定、頂推等措施保證結構安全［2－4］。

圖1 北盤江大橋總體布置圖

1 合龍頂推研究

北盤江大橋主跨290m，6～9號墩高依次為78，123，176，68m，合龍溫度、混凝土收縮、徐變形對結構后期墩頂偏位影響較大。合龍溫度與設計溫度存在一定的差異，溫度效應及收縮、徐變效應將致梁體產生收縮變形，引起墩頂縱向偏位，主墩將處于偏心受壓狀態，結構受力不利，影響橋梁線形及運營安全。為消除上述因素的影響，需在大橋合龍時，在合龍口施加一對反向頂推力，致主墩產生合理反向預偏，改善結構受力［5］。

1.1 合理頂推量確定

北盤江大橋頂推量主要結合合龍溫度及混凝土收縮、徐變對墩偏影響計算結果進行確定。因此，需對大橋進行溫度等影響性分析。

1.1.1 合龍溫度影響性分析

合龍時，橋址溫度與設計溫度的溫差效應將致主墩產生偏位。結合北盤江大橋施工工序，采用有限元軟件MIDAS對不同的合龍溫差作用下的主墩偏位進行了計算分析，計算結果見圖2。

圖2 不同溫差下各墩偏變化量（向跨中偏為正）

由計算結果可見，各主墩偏位與溫差變化成正比關系，受溫差效應影響，6～9號墩頂偏位與合龍溫差的關系依次為3.66，1.49，1.33，3.49 mm／℃。

1.1.2 混凝土收縮、徐變影響性分析

橋梁合龍后，由于主梁混凝土收縮、徐變影響，將致主梁產生豎向及縱向位移，引起主墩偏位。根據相關規范，采用有限元軟件MIDAS建立由施工階段至成橋階段的模型，以考慮施工過程累積受力狀態對運營階段下的收縮、徐變引起的主墩偏位進行了計算分析，計算結果見圖3。

圖3 不同運營階段各墩偏變化量（向跨中偏為正）

由計算結果可見，成橋10年后，6～9號墩由主梁收縮、徐變引起的墩頂偏位依次為80，32，28，76mm，2次邊墩偏位相對較大，主墩由于中跨、次邊跨同時收縮，位移相反，水平偏位相對略小。

1.1.3 頂推量確定

本橋次邊跨、中跨合龍時間為2013年5月中旬，橋址夜間溫度基本為19℃，合龍段鎖定及合龍均在夜間溫度穩定時進行，無需考慮日照引起的墩偏影響。因此，合理頂推量以運營10年后墩頂偏位為基準，結合溫度影響量進行修正，6～9號墩頂推量確定為75.5，30.5，26.7，72.5mm。

1.2 合理頂推力確定

1.2.1 頂推力影響性分析

本橋頂推過程分為次邊跨頂推和中跨頂推作業，2次頂推對各墩的影響均有所不同，為了合理地分配各頂推力，分別計算了次邊跨、中跨頂推力與各墩頂偏位的關系，見圖4。

圖4 各跨合龍時頂推力與各墩偏位關系（向跨中偏為正）

由圖4可見，次邊跨合龍時，6～9號墩頂推力與各墩偏位的關系依次為－0.039，0.032，0.05，－0.033mm／kN；中跨合龍時，6～9號墩頂推力與各墩偏位的關系依次為－0.015，－0.016，－0.017，－0.016mm／kN。

1.2.2 頂推力確定

北盤江大橋全橋5個合龍口，其中3個需頂推作業，6～7號、7～8號、8～9號墩間頂推力分別為F1～F3。由頂推力與各墩頂偏位的關系，同時綜合考慮各墩高、剛度及墩偏受力影響性，確定了F1，F2，F3分別為1 000，3 300，900kN。頂推完成及運營10年后預測墩頂偏位見表1。

表1 頂推完成及運營10年后預測墩頂偏位 mm

由表1可見，3個合龍的頂推作業可基本抵消成橋后10年間主梁收縮、徐變引起的主墩偏位，優化墩身結構受力。

2 合龍施工技術

2.1 合龍配重措施

合龍配重措施主要通過合龍段澆筑過程同步卸載等量合龍配重，實現施工過程中合龍口保持較高的穩定性，以保證合龍混凝土澆筑過程中不受擾動，完成高質量合龍。合龍配重需同時考慮大橋主墩受力，以主墩彎矩平衡及合龍段混凝土重量進行確定。

各跨合龍時，配重位置及荷載見圖5。合龍時，合龍口兩側的懸臂前端配重為合龍段混凝土的一半，另外一側懸臂前端配重荷載為合龍段混凝土與施工吊架重之和的一半。邊跨合龍時，配重位置確定為6號、9號墩主梁懸臂前端，邊跨側配重荷載為25.5t，次邊跨側配重為25.5＋10＝35.5t；次邊跨合龍時，合龍口兩側各配重36t，跨中側配重均為46t；中跨合龍時，合龍口兩側各配重36t。合龍澆筑過程中同步等量卸載合龍口兩側懸臂前端的配重，另一側懸臂配重荷載保持不變，以保證合龍全過程中合龍口高度穩定及主墩受力平衡。

圖5 北盤江大橋合龍時配重示意圖

2.2 合龍頂推、鎖定措施

合龍頂推為消除合龍溫差、后期收縮徐變引起墩身偏位的重要工序，需精確實施。按大橋合龍工序安排，配重作業施工完成后，可進行頂推作業。根據合龍頂推研究成果，3跨的頂推力分別為900，3 300，1 000kN，頂推位置于箱梁頂板與腹板的交匯處，頂推按20%→50%→80%→100%的4個級別進行，以保證均勻、對稱地對兩T構施加頂推力，避免箱梁出現扭轉現象。

大橋合龍后，結構將由靜定結構轉為多次超靜定結構，溫度變化將致結構產生次內力，對新澆筑合龍段混凝土受力較不利，需在合龍口設置剛性支撐，并且以抵抗溫脹、收縮力為原則進行布置，合龍安排在夜間溫度較低且較穩定的時間段進行，日溫差越大，構件受力越大。本橋合龍時日溫差約12℃，合龍口采用內、外剛性支撐進行加強，通過溫差作用計算結果，頂、底板頂面各布置2根2I40a外剛性支撐，共4處；內剛性支撐布置于腹板上、中、下及頂板內倒角上方共8處。在橋梁頂推完成后，千斤頂保持荷載不變的條件下對剛性支撐進行焊接，焊縫長度不小于0.6m。剛性支撐及頂推示意見圖6。