結合梁斜拉橋低溫施工技術

蔣小奎

(甘肅長達路業有限公司,甘肅蘭州 730070)

結合梁斜拉橋低溫施工技術

蔣小奎

(甘肅長達路業有限公司,甘肅蘭州 730070)

常溫環境下進行結合梁斜拉橋的施工現在已經有一套成熟的施工技術，但目前還沒有在寒冷地區進行冬季施工結合梁斜拉橋的先例。難點主要包括:鋼梁線形的控制,鋼梁合龍口的控制,及冬季進行濕接縫混凝土的澆筑時混凝土質量控制等。以某結合梁斜拉橋為例,對結合梁斜拉橋低溫施工技術及冬季施工時的過程控制進行了討論,有關經驗可供相關專業人員參考。

結合梁斜拉橋;低溫施工;控制要點

0　引言

斜拉橋由于合理地利用梁、塔和高強度斜拉索各自的材料和力學特點,在跨越大的障礙或河流時常作為優先橋型之一「1-3]。在斜拉橋的施工中,為確保工程進度,節約時間成本,在保證橋梁安全和質量的前提下,通常需要在冬季進行正常施工。橋梁的冬季施工在我國南方地區不存在任何特殊問題,但在北方寒冷地區進行冬季施工則存在一系列需要解決的技術難題。文獻「4-8]介紹了冬季混凝土施工的技術問題及階段施工的橋梁濕接縫混凝土的澆筑、混凝土溫度控制等質量控制方面的成果,為冬季橋梁施工節段拼裝梁積累了經驗。但目前還沒有冬季結合梁斜拉橋施工的研究成果可供參考。本文以蘭州河口大橋(結合梁斜拉橋)為例,對結合梁斜拉橋低溫施工技術及冬季施工時的過程控制進行了較為全面的討論。

1　工程概況

河口大橋主橋為A型雙塔雙索面鋼-混凝土結合梁半漂浮體系斜拉橋,為蘭永一級公路重點控制性工程,主梁采用工字鋼+混凝土橋面板結合梁型式,跨徑布置為:177 m+360 m+177 m =714 m,邊跨(距主塔中心線100 m處)設置輔助墩。全橋設置縱坡,自主梁中心線分界,蘭州方向坡度.24%,永靖方向坡度1.68%,橋面橫坡為2%人字坡,見圖1。

圖1　結合梁斜拉橋(單位:m)

主梁采用工字鋼-混凝土結合梁,結合梁全寬26.0 m,梁高2.83 m(鋼主梁中心處)、3.06 m(橋梁中心處)。橋面板厚度25 cm。結合梁的鋼梁主要由工字形縱梁與橫梁構成,橫梁之間設置3道小縱梁,鋼主梁上采用錨拉板的斜拉索錨固構造形式。主梁梁段間采用M30高強螺栓工地連接。塔根處縱梁長度為16 m,其余段梁標準長度為12 m,縱梁接頭設在兩橫梁中間部位。混凝土橋面板厚度為25 cm。主縱梁、鋼橫梁、小縱梁均采用工字型截面,見圖2。

圖2　標準節段鋼工字梁拼裝示意圖

主梁施工采用懸臂法和支架法結合的方法。橋塔附近0#塊和1#塊采用支架法施工;邊跨14#塊采用支架施工;橋塔兩側從2#塊開始主梁采用懸臂拼裝法施工;每個標準梁段的施工都將歷經:橋面吊機起吊鋼主梁節段并拼裝、斜拉索第一次張拉、安裝混凝土橋面板、澆筑濕接縫混凝土、斜拉索第二次張拉(張拉至初張力);邊跨14#梁段支架搭設、拼裝14#梁段并澆澆端橫梁混凝土、合龍邊跨13#、14#段;中跨合龍時合龍段采用自然溫度法合龍。中跨合龍后,為了減少由于溫度變化所引起的結構變形和內力對結構的影響,盡快解除下橫梁和輔助墩處臨時固結設施。拆除橋面吊機,于輔助墩和交界墩頂梁段第二次施加永久壓重。二次調索在二期恒載完成后進行。

河口黃河大橋從2014年11初開始已進入冬季施工,在2014年12月底合龍。經查閱歷年氣象、氣溫資料,并根據施工單位在氣象局獲得的氣象數據,河口鄉在合龍氣溫在-15℃～5℃,日平均溫度低于設計合龍溫度12℃～15℃。

2　結合梁斜拉橋冬季施工技術要點

結合梁斜拉橋冬季施工包括如下技術要點:

(1)制定全面合理的冬季施工技術方案;

(2)低溫條件下橋面板混凝土濕接縫的溫度控制和質量保證體系;

(3)低溫條件下鋼梁的拼裝及合龍段鋼主梁精確的下料長度和切口角度計算;

(4)低溫條件下斜拉索無應力長度及安裝;

(5)低溫條件下斜拉橋的施工控制,特別是主梁標高控制以及合龍段的安裝控制等。

由于低溫條件下橋面板混凝土濕接縫的溫度控制與質量保證體系與階段施工的連續梁橋有相似之處,這里不詳細討論。本文重點介紹上述后三個方面內容的技術特點。

3　溫度影響分析

3.1對結構整體受力及變形的影響

根據施工進度安排,河口大橋預計在2014年12月底合龍。經查閱歷年氣象、氣溫資料,并根據施工單位在氣象局獲得的氣象數據,河口鄉在合龍當日氣溫低于設計合龍溫度15℃左右。經計算,若結合梁在低于設計合龍溫度15℃的情況下不采取溫度效應補償措施的自然合龍方案,相較于原設定的合龍溫度,增大了升溫影響效應,在最不利組合下,橋面板拉應力增加0.6 MPa,鋼梁應力增加12 MPa,位移增加1.8 cm。即使對成橋索力進行調整,也難達到原設計的理想狀態;另外施工單位已按原設計合龍溫度下料,已不具備低溫自然合龍的條件。因此,本橋采用在低溫條件下對溫度效應進行補償的強制合龍的方案,并提出如下措施:

(1)早確定強制合龍溫度,以便據此計算合龍段拼接板調整后的孔位及合龍段匹配角。

(2)監控單位應對合龍前誤差進行系統分析,包括鋼梁實際壓縮量、錨固點實際坐標等參數,作為狀態調整的依據。

(3)提前做好強制合龍方案,拼接板孔位及匹配角調整需在合龍前進行。塔梁固結解除約束后,因橋塔兩邊索力差所致,兩側梁體向跨中方向理論移動7 cm,須做好限位措施,使主梁在控制下緩慢移動。并研究利用主梁移動的特點(需考慮實際監控情況)能否實現無需頂推的合龍方案。若需頂推,在橋塔處向跨中方向施加100 t的水平推力,梁體可移動3.8 cm。考慮到解除臨時固結、頂推可能造成的風險,另外由于本橋實際的監控效果非常好,本橋實際施工沒有采用頂推方案。

(4)中跨合龍后,按照規范規定的局部溫差溫度場計算結合梁橋面板拉應力達2.43 MPa,存在開裂風險。要求施工單位采取保溫措施,降低局部溫差。對中跨跨中兩側30 m范圍、邊跨距支點40 m范圍內的結合梁進行覆蓋,并對保溫段和非保溫段的結合梁溫度場以及橋位處環境溫度分別進行溫度連續觀測,要求保溫段橋面板頂與鋼梁底溫差小于12℃,確保過冬期間橋面板不會開裂。

3.2合龍方案及合龍口基本參數確定

本橋采用先邊跨、后中跨的合龍方案。邊跨合龍按原施工方案進行,只需在主梁標高的控制中考慮低溫影響即可。本文重點討論中跨合龍過程中核心技術問題。

中跨合龍段長4 m,由兩根主梁、一道橫梁、六道小縱梁組成,見圖3。設計基準溫度為15℃,因工期要求,合龍時間在12月份下旬,河口氣溫5℃～-15℃。經設計、監控和施工單位充分溝通,選擇合適的合龍時間、溫度、確定合龍口合龍寬度,力爭合龍后主梁在基準溫度梁長達到設計理論值。

圖3　中跨合龍段鋼梁結構圖(單位:mm)

(1)合龍溫度確定

主梁中跨合龍口12月22日0時20分調整完成。從12月22日8時30分開始觀測,連續觀測4 h。分析測量數據,結合天氣情況,避免主梁陽光偏曬引起梁體“旁偏”,最終確定合龍時合龍口的溫度。

(2)鋼梁中跨壓縮量值

設計采用調整鋼梁接縫寬度來實際鋼梁壓縮量的補償,中跨壓縮量設計的理論壓縮量為7 mm。經監控單位根據實測索力,并比對現場實際線形,通過模型計算(按成橋索力),中跨壓縮量為76.2 mm。根據實測逐個梁段加工長度以及梁段間接縫寬值,計算出理論梁長,再通過精確測量,得出實際梁長,兩者數據差則為實測壓縮量。為保證數據對比環境條件相同,測量時間選擇在與合龍溫度大致相同的時間進行,最后對加工梁長(15℃)進行溫度修正,得出現場實測壓縮量為81 mm。

(3)合龍口分析

設計合龍口寬度如見圖4(a),合龍口觀測寬度見圖4(b)。根據實測合龍口寬度與設計合龍口寬度對比,兩者相差約22 mm。

圖4　中跨合龍口寬度

(4)主梁合龍口線形調整

為確保中跨合龍口附近梁段的相對幾何關系,滿足合龍梁段附近梁段線形相對偏差控制在mm以內的要求,通過局部14#拉索索力部分調整(由于線形控制很好,本橋索力調整量很小),中跨合龍段附近梁段線形見圖5(圖中數值為與設計成橋標高的差值,單位為mm)。

圖5　中跨合龍前主梁線形

(5)合龍段安裝

在早晨氣溫較低時吊裝合龍段兩根主梁,與2號主塔側13號鋼梁高強螺栓連接,見圖6。

圖6　中跨合龍

4　施工控制效果

河口大橋雖然經歷冬季施工和冬季最低溫度期間的合龍,但由于在監控指令中準確考慮了低溫等各種影響因素,加上冬季施工措施得當、合龍口參數估計精確,河口結合梁斜拉橋在低溫條件下合龍非常順利。2015年4月(全面鋪裝前)在正常溫度后對橋梁的線形、索力、應力進行了全面測試,表明結構處于十分理想的受力和線形狀態:索力最大誤差為7%,標高最大誤差為3.7 cm。二次調索后主梁的報告誤差曲線見圖7。

圖7　索力調整后主梁的標高差異曲線

5　結語

本文以蘭永一級公路河口特大橋為工程背景,對結合梁斜拉橋低溫施工技術及冬季施工時的過程控制進行了研究,得到以下主要結論:

(1)結合梁斜拉橋的施工監控十分主要,只有在施工過程中準確控制了主梁線形、橋塔偏位和索力(包括應力),其它后續施工才能更好地進行。特別是冬季低溫施工過程中,邊跨合龍(包括輔助墩影響)后,由于對于橋塔兩側結構邊界的不對稱,溫度對中跨側標高的影響非常大,應在施工控制中額外重視;

(2)應建立低溫條件下橋面板混凝土濕接縫的溫度控制和質量保證體系;

(3)應對低溫條件下鋼梁合龍段下料長度和切口角度進行精確估算;

(4)邊跨合龍后,在低溫條件下邊跨最后一根索的安裝會比較困難,因此在計算最后一根斜拉索無應力長度時應考慮低溫影響。

「1] 徐君蘭.大跨度橋梁施工控制「M].北京:人民交通出版社，2000.

「2] 向中富.橋梁施工控制技術「M].北京:人民交通出版社，2001.

「3] 陳德偉，鄭信光，項海帆.混凝土斜拉橋的施工控制「J].土木工程學報，1993，26(1):1-11.

「4] 劉福東.沈陽市建筑工程冬期施工方法優化研究「D].遼寧沈陽:東北大學，2006.

「5] 金連才.西藏高寒地區冬季混凝土施工新技術與方案選擇「D].四川成都:四川大學，2003.

「6] 李華.節段拼裝梁濕接縫混凝土冬季施工溫度控制技術「J].鐵道標準設計，2011(8):64-67.

「7] 韓麗娟，趙大瑋.橋梁冬季施工方案 「J].科技信息，2011(13): 678-679.

「8] 趙福安.橋梁冬季施工方案分析「J].橋梁與隧道工程，2012(12): 84-85.

U445.4

B

1009-7716(2015)12-0101-03

2015-08-10

蔣小奎(1969-),男,甘肅甘谷人,高級工程師,從事公路建設項目管理工作。