高墩大跨剛構橋邊跨現澆段施工技術研究

張常軒

(中鐵十四局集團第三工程有限公司 山東濟南 250300)

1 工程概況

延(安)延(川)高速公路黃河特大橋全長1 072 m，主橋3#、9#分隔墩下部結構為薄壁空心墩，墩身高度分別為40 m、37 m。3#墩地處山體陡坡地段，邊跨現澆段長6.87 m，混凝土方量95.52 m3。橋梁跨度組合為88 m+4×160 m+88 m，結構形式為連續剛構。橋梁主橋總體布置見圖1。

圖1 橋梁主橋總體布置(單位：m)

2 邊跨現澆段施工工藝流程

安裝邊跨現澆段托架及配重端托架→托架驗收→托架預壓→安裝縱向、橫向分配梁→鋪設底模板→安裝腹板外側模板→測量驗收→綁扎底、腹板鋼筋→安裝豎向預應力精軋螺紋鋼→安裝底、腹板波紋管并穿鋼絞線→安裝腹板內側模板→底、腹板混凝土澆筑→灑水養護→安裝頂板支架、鋪設頂板底模板→綁扎頂板下層鋼筋→安裝縱、橫向波紋管并穿鋼絞線→綁扎頂板上層鋼筋→測量驗收→澆筑頂板混凝土→灑水養護→張拉邊跨合龍束、底板預應力鋼絞線→現澆段托架拆除(邊跨合龍段施工完成后)。

3 邊跨現澆段主要工序施工工藝

3.1 邊跨現澆段托架施工

3#、9#分隔墩墩高分別為40 m、37 m。由于墩身高度較高，邊跨現澆段采用常規落地支架法施工難度大、成本高、安全風險大[1]，經方案研究和比選，選擇在墩頂安裝墩旁托架方案進行施工[2]。托架采用工字鋼在加工場地集中加工，現場整體吊裝于分隔墩蓋梁和薄壁空心墩上。托架頂端長度為5.7 m，等于邊跨現澆段總長度扣除蓋梁所占寬度，再加上施工作業面增加寬度。

托架采用倒直角三角形，其中下弦杠與垂直面的夾角控制在60°以內。托架各桿件之間平面內焊接的同時，采用節點板在各節點處予以加強。托架根部支撐在已安裝的型鋼牛腿上，托架上角點采用精軋螺紋鋼對拉。墩柱施工時預埋鋼盒，牛腿安裝時插入已預埋的鋼盒內，牛腿處采用精軋螺紋鋼并施加水平預應力[3]，防止牛腿脫落。托架根部周邊焊接 20型鋼擋塊，防止托架根部在牛腿處打滑。每個牛腿用6塊鋼板焊接而成，端部焊接20 mm厚鋼板，并預留穿精軋螺紋鋼的孔洞。

單個邊跨現澆段共設置5片托架，中間部位設置1片，兩側腹板下面分別設置2片，橫向中心間距為(70+235+235+70)cm。托架安裝完成后與薄壁空心墩混凝土表面垂直。邊跨現澆段托架結構見圖2。

圖2 邊跨現澆段托架示意(單位：cm)

3.2 邊跨現澆段托架配重

分隔墩邊跨現澆段長6.87 m，其懸臂超出蓋梁的長度為5.07 m。由于分隔墩墩身高度高，現場采用墩旁托架法施工。為防止邊跨現澆段混凝土澆筑完成后、剛構橋結構體系轉換前，邊跨現澆段混凝土重量對墩身根部形成偏載，導致墩身根部混凝土出現裂縫，影響墩身結構受力安全，施工時需在邊跨現澆段對稱側施加配重[4]。

為方便分隔墩配重加載施工，在分隔墩蓋梁及薄壁空心墩墩身上安裝配重托架，單個墩身設置3片托架，分別與邊跨現澆段的中間3片托架對稱設置，橫向中心間距為(235+235)cm。分隔墩配重托架與對稱邊跨現澆段托架之間采用張拉精軋螺紋鋼進行鎖定。

由于與主橋相連的引橋設計大部分為預制梁，造成配重施工空間不足，方案選擇受限，經方案研究與比選，分隔墩選用液壓千斤頂張拉預應力鋼束的模擬荷載進行配重[5]。在承臺上預埋直徑32 mm的精軋螺紋鋼筋，利用鋼板、錨具與預埋的精軋螺紋鋼組合形成固定端；利用鋼板、錨具和配重托架頂部安裝的2 40a雙榀工字鋼分配梁組合形成張拉端。分隔墩配重施工見圖3。

圖3 分隔墩配重結構布置

如果在承臺上未預埋固定端的錨固精軋螺紋鋼，或預埋的位置不合適，可以在施工完成的承臺上后置精軋螺紋鋼。采用取芯機現場鉆孔，孔徑15 cm，取孔深度50 cm，孔內放置直徑32 mm精軋螺紋鋼，螺紋鋼底部配標準螺帽及下鋼板，然后在孔內灌注環氧樹脂砂漿或支座灌漿料。灌漿材料強度達到要求后，現場進行拉拔試驗，抗拔力滿足要求后按正常施工方案設置固定端。

3.3 邊跨現澆段托架預壓

為了對安裝完成的現澆段托架承載能力和結構穩定性進行驗證，消除托架的非彈性變形[6]，防止因托架結構不均勻下沉而引起梁體結構失穩及混凝土出現裂縫，同時取得托架的彈性變形值，為現澆段底模立模標高提供數據支撐，在邊跨現澆段托架安裝完成驗收合格后，必須對托架進行預壓[7]。

分隔墩墩高為40 m、37 m，采取常規塔吊逐袋吊裝砂袋預壓施工速度慢、成本高。現澆段托架預壓施工與配重托架的配重方法類似，采用液壓千斤頂張拉預應力鋼束的模擬荷載來進行配重。預壓端和配重端均采用三個千斤頂，左、中、右各1個。托架預壓時鋼絞線張拉端和固定端的結構形式與分隔墩配重施工的結構形式相同。分隔墩托架預壓施工見圖4。

圖4 邊跨現澆段預壓示意

現澆段托架預壓加載時，須在配重端同步進行加載；預壓完成后卸載時，須在配重端同步進行卸載，使分隔墩托架預壓過程中在墩頂兩側施加的荷載基本一致，避免在墩身頂部出現偏載，影響墩身結構受力安全。

3.4 邊跨現澆段模板系統

為方便現澆段模板拆除，在底模模板系統與托架之間設置砂箱[8]。砂箱底座與托架型鋼之間采用點焊固定，砂箱內的砂要過篩處理，并用壓力機進行預壓，避免砂箱能均勻沉降。底模模板系統結構從下到上依次為現澆段托架→砂箱→2 40型鋼縱梁→ 20型鋼橫向分配梁→10 cm×10 cm方木(翼緣板范圍內利用 20工字鋼代替方木)→厚度1.5 cm竹膠板(底模板)。

翼緣板、側模板選用厚度1.5 cm的竹膠板，翼緣板下面的豎向支撐選擇直徑48 mm鋼管。鋼管根部套在碗扣支架底托上，底托底面鋼板放置在縱向 20型鋼分配梁上，并點焊固定。鋼管支架按規范要求設置水平剪刀撐、縱向剪刀撐及橫向剪刀撐，翼緣板部位設置斜支撐。

3.5 邊跨現澆段混凝土澆筑

為盡量減小邊跨現澆段托架直接承受的荷載，施工時分兩次完成邊跨現澆段混凝土的澆筑。第一次澆筑到翼緣板根部，混凝土重量全部由現澆段托架承擔；第二次澆筑剩余部位混凝土，新澆筑混凝土重量由現澆段托架和第一次已產生強度的混凝土共同承擔。

混凝土豎向運輸采用地泵，澆筑順序從懸臂端向根部進行，先澆筑腹板混凝土，再澆筑底板混凝土。頂板混凝土終凝前，采用木抹子再一次進行收面，收面后再進行拉毛處理，并在混凝土終凝前采用無紡布覆蓋灑水養護，避免頂板混凝土產生收縮裂縫[9]。

4 邊跨現澆段施工保證措施

(1)邊跨現澆段施工時間安排

邊跨現澆段施工時間控制在與相鄰墩跨最后一個懸澆塊段施工時間基本同步，以使邊跨合龍段兩側塊段的混凝土齡期基本一致，同時有利于橋梁線形控制[10]，防止邊跨合龍段兩側塊段標高相差過大，確保合龍精度。

(2)邊跨現澆段配重措施

在澆筑邊跨現澆段混凝土過程中，需要根據已澆筑完成混凝土的重量，在現澆直線段配重端同步施加配重荷載，防止墩身根部混凝土受偏載影響。

在邊跨合龍段預應力鋼束張拉及壓漿完成后，方可對配重端鋼絞線卸載。

(3)塔吊及電梯設置

對于高墩大跨邊跨現澆段施工，為解決材料運輸及施工人員上下橋面問題，需設置塔吊及工業電梯。塔吊型號為QTZ80，由于相鄰墩跨一般設計為預制梁。為不影響相鄰墩跨預制梁架設，塔吊一般設置在左右幅分隔墩墩身之間，并在左右幅墩身上設置預埋件，便于固定塔吊附墻撐裝置。預埋件采用20 mm厚鋼板，并用φ22圓鋼作為錨固鋼筋，附墻撐與預埋鋼板之間采用焊接連接。

工業電梯設置在左右幅橋梁的一側，在墩身混凝土內設置預埋件，便于固定電梯附墻撐。預埋件采用φ25圓鋼，長度25 cm，外露端底部設90°彎鉤，套φ16內絲，內絲深8 cm，澆筑混凝土前預埋到墩身內，實現預埋件結構與墩身混凝土的緊密結合。電梯附墻撐端部鋼板與預埋件螺桿之間采用高強螺栓連接。塔吊和電梯布置見圖5。

圖5 邊跨現澆段塔吊和電梯布置

(4)預埋件及預留孔設置

在高墩大跨結構邊跨合龍段施工時，因實際施工溫度與設計的合龍溫度不一致，一般須采用千斤頂在合龍口之間施加水平頂推力[11]，同時利用型鋼骨架進行臨時鎖定[12]，以消除合龍段施工由于溫度產生的影響，確保合龍段施工滿足設計要求。在邊跨現澆段施工時，需預埋焊接型鋼骨架的固定鋼板，包括底部及側面鋼板，同時需要預留懸吊合龍段底模及側模系統的孔洞以及拆除現澆段托架所需要的孔洞。在邊跨現澆段混凝土澆筑前需仔細檢查，防止漏埋。

5 現澆段托架拆除

邊跨合龍束鋼絞線張拉壓漿完成后，可拆除現澆段托架。首先拆除砂箱，使現澆段底板混凝土與底模板分離，人工拆除現澆段底模板及方木，橫向20型鋼分配梁利用塔吊從梁底抽出；2 40雙榀型鋼和現澆段托架拆除時，利用橋面上的10 t卷揚機通過預留孔洞下放到地面。邊跨現澆段托架拆除完成后，對墩身上的預埋件和預留孔洞進行處理。

6 結束語

邊跨現澆段是剛構橋施工的常規施工工序，但在山體陡坡地段及高墩大跨結構形式下，如何簡便完成邊跨現澆段的施工，確保施工質量及墩身結構受力安全、節省施工成本、縮短施工工期，是一項值得研究的課題。通過黃河特大橋邊跨現澆段施工實際應用，研究形成了一套比較經濟實用的施工方法，可為類似結構形式的橋梁施工提供借鑒。