異形景觀斜拉橋大型蓋梁施工技術(shù)

鮑加兵

(中鐵二十三局集團第三工程有限公司, 四川成都 611137)

在斜拉橋施工中，主橋交界邊墩蓋梁是保證橋梁主體結(jié)構(gòu)荷載的重要組成部分。為了保證蓋梁施工質(zhì)量和施工的安全性、經(jīng)濟性進行施工技術(shù)研究，重點研究高墩大型蓋梁的支架體系和大體積蓋梁的防裂，制定具體的施工方案，為橋梁建設(shè)提供良好的技術(shù)支持，充分滿足橋梁的建設(shè)需要，提高橋梁建設(shè)的整體質(zhì)量。

1 項目概況

1.1 項目簡介

巴中恩陽“義陽大橋”全長655 m，橋面寬度33 m，雙向6車道，人行道寬度2.5 m，主橋為245 m的獨塔單索面斜拉橋，塔梁固結(jié)體系(圖1)。

圖1 義陽大橋總體布置

其中主橋為245 m，北引橋長250 m，為(3×30+4×40) m的兩聯(lián)預(yù)制預(yù)應(yīng)力簡支T梁，橋面連續(xù)，南引橋長160 m，為4×40 m的一聯(lián)預(yù)制預(yù)應(yīng)力簡支T梁。P7和P9為主橋的交界墩，墩柱均為薄壁空心墩，P7墩高39.9 m，P9墩高52.5 m，薄壁空心墩為C40鋼筋混凝土，蓋梁為C50預(yù)應(yīng)力蓋梁，以P9墩為研究對象進行研究。

1.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)道路等級：公路一級。

(2)設(shè)計速度：60 km/h。

(3)行車道數(shù)：雙向6車道。

(4)主橋?qū)挾龋喝珜?3 m。

(5)橋梁最大縱坡2 %，最大橫坡2 %，平曲線半徑1 500 m，不設(shè)超高。

(6)設(shè)計水位：按百年一遇洪水位控制。

(7)荷載等級：橋梁荷載 公路I級。

(8)設(shè)計年限：100 a。

(9)設(shè)計使用年限：100 a。

(10)設(shè)計安全等級：一級。

(11)工程所在區(qū)域地震動峰加速度值為0.05g，相應(yīng)抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度。

2 P9蓋梁托架施工

P9橋墩為交界墩，墩頂設(shè)2 m實心段，蓋梁為階梯型實心截面，跨中高3.9 m，寬3.6 m，為C50鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土方量365.4 m3，設(shè)3排共12束預(yù)應(yīng)力鋼絞線(圖2)。

圖2 P9墩結(jié)構(gòu)(單位：mm)

2.1 蓋梁支架、模板體系施工

P9墩高52.5 m，兩墩間距9.025 m，蓋梁橫向懸挑3.5 m，下臺階高2.6 m，上臺階高3.9 m，通過計算蓋梁混凝土重950 t。由于墩柱較高，采用落地支架施工不經(jīng)濟且施工周期長，通過方案對比采用預(yù)埋π字型鋼架和三角架施工。支架自上而下布置為模板、斜桁架(邊跨)、縱梁、托架等(圖3)。

(1)蓋梁跨中托架采用三榀π型桁架組成，托架間間距為100 cm及140 cm。托架水平桿為2I56b型鋼，斜桿為2I32b。

圖3 P9拖架布置示意(單位：mm)

(2)蓋梁跨邊托架采用三榀三角型桁架組成，托架間間距為100 cm及140 cm。托架水平桿為2I56b型鋼，斜桿為2I32b。

(3)在薄壁空心墩實心段所預(yù)埋的2I56b型鋼并齊焊接預(yù)埋；加強聯(lián)接采用10 mm、12 mm厚鋼板焊接，間距1.0 m；預(yù)埋端預(yù)埋型鋼設(shè)C25 錨筋，與預(yù)埋的I56b工字鋼雙面焊接；為了增強預(yù)埋件下方混凝土應(yīng)力承受力，采取增加雙向A10 mm鋼筋網(wǎng)片，規(guī)格為10 cm×10 cm。

(4)縱梁采用I20型鋼，間距90 cm布置(圖4)。

圖4 P9拖架縱梁布置(單位：mm)

(5)模板采用定制大塊鋼模板，利用塔吊進行吊裝，支架周圍防護采用A42 mm架管進行搭設(shè)。

型鋼間的焊接應(yīng)滿足GB 50205-2012 《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范 》[1]以及《鋼結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》GB 50755-2012[2]的規(guī)定。

2.2 托架受力驗算

利用有限元計算軟件分別建立蓋梁中跨及蓋梁邊跨托架計算模型如下圖所示，模型中各部件均采用梁單元模擬，蓋梁荷載按照蓋梁高度做為均布荷載加載與縱梁上(圖5)。

圖5 P9拖架計算模型

2.2.1 縱梁結(jié)構(gòu)檢算

縱梁采用I20型鋼，間距90 cm布置，根據(jù)上述有限元計算模型計算后可得施工托架縱梁結(jié)構(gòu)結(jié)果(圖6～圖8)。

圖6 縱梁組合應(yīng)力(單位：MPa)

圖7 縱梁剪應(yīng)力(單位：MPa)

圖8 縱梁位移(單位：MPa)

經(jīng)計算知，澆注蓋梁時縱梁：

最大組合應(yīng)力σmax=60.8MPa≤[σ]= 170 MPa

合格

最大剪應(yīng)力τmax=44.5MPa≤[τ]= 100 MPa 合格

計算結(jié)果表明縱梁強度、剛度均滿足規(guī)范要求。

2.2.2 蓋梁跨中托架結(jié)構(gòu)檢算

蓋梁跨中托架采用三榀π型桁架組成，托架間間距為100 cm及140 cm。托架水平桿為2I56b型鋼，斜桿為2I32b，根據(jù)上述有限元計算軟件模型計算后可得跨中托架結(jié)構(gòu)結(jié)果(圖9～圖12)。

圖9 跨中托架組合應(yīng)力

圖10 跨中托架剪應(yīng)力(單位：MPa)

圖11 跨中托架構(gòu)件軸力(單位：kN)

圖12 跨中托架位移(單位：mm)

經(jīng)計算知，澆注蓋梁時中跨托架構(gòu)件：

最大組合應(yīng)力σmax=99.5MPa≤[σ]= 170 MPa

合格

最大剪應(yīng)力τmax=49.5MPa≤[τ]= 100 MPa 合格

最大撓度 合格

計算結(jié)果表明中跨托架構(gòu)件強度、剛度均滿足規(guī)范要求。

蓋梁邊跨三角托架所承擔(dān)荷載比中跨小，在此不再贅述。

3 蓋梁預(yù)留收縮后澆帶施工

P9蓋梁長32.475 m，第一臺階高2.6 m、寬3.6 m，第二臺階高3.9 m、寬1.8 m，混凝土量365.4 m3，屬于大體積混凝土。整體成條狀，長度已超出30 m，如采取常規(guī)一次性澆筑，很可能出現(xiàn)早期混凝土收縮效應(yīng)而產(chǎn)生裂縫，破壞蓋梁整體性，減小蓋梁的承載能力。

收縮后澆帶是為解決鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在強度增長過程中因溫度變化、混凝土收縮等產(chǎn)生的裂縫，以達(dá)到釋放大部分變形，減小約束力，避免出現(xiàn)貫通裂縫而設(shè)置[3-4]。

3.1 收縮后澆帶預(yù)留

本項目蓋梁為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，后澆帶的位置為線路中線位置，后澆帶在未澆注混凝土前不能將部分模板、支柱拆除，否則會導(dǎo)致梁形成懸臂造成變形[5]；收縮后澆帶預(yù)留寬度按2 m設(shè)置(主要是方便后期后澆帶的處理施工，一般800 mm就可以了)，豎向貫穿整個蓋梁(圖13)。

圖13 收縮后澆帶預(yù)留示意(單位：mm)

3.2 后澆帶混凝土施工

在完成主體混凝土澆筑滿足相關(guān)要求后進行伸縮縫堵頭模板拆除，然后進行后澆帶雜物清理、鋼筋除銹、整形、綁扎或補焊以及預(yù)應(yīng)力管道檢查修整，最后立模，當(dāng)主體混凝土澆筑齡期達(dá)到28 d后進行后澆帶混凝土澆筑。

在進行鋼筋綁扎前，先進行新老混凝土界面處理，增強新老混凝土的粘結(jié)性。

(1)在完成植筋并通過驗收合格后進行新老混凝土界面處理，人工用風(fēng)鎬和鑿子進行，形成點深約3 mm，點數(shù)為600～800點/m2均布點[6]。

(2)采用潔凈無油的壓縮空氣進行清理。

3.3 收縮后澆帶混凝土

收縮后澆帶混凝土等級比原先混凝土提高一個等級，并在混凝土中摻加防裂抗?jié)B劑，使用微膨脹水泥，可使其產(chǎn)生微膨脹壓力以抵消混凝土的干縮，溫差等產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使混凝土結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)裂縫[7]。

(1)收縮后澆帶混凝土均采用補償收縮混凝土，其限制膨脹率不小于0.025 %。

(2)膨脹劑的摻量用實際工程使用的材料，經(jīng)過混凝土配合比試驗后確定。

(3)在混凝土終凝前用抹子進行多次混凝土表面抹壓，消除塑性裂縫。

(4)為了保證質(zhì)量，在選用模板時采用大塊鋼模，拉桿焊接牢固，嚴(yán)格控制變形。

4 結(jié)束語

四川省巴中市恩陽區(qū)義陽大橋工程，為異形單塔單索面景觀斜拉橋，主橋交界墩具有墩柱高、蓋梁長度長、混凝土重量重等特點，施工中在墩柱實心段采取預(yù)埋型鋼，用π字架和三角架法進行支架施工，縮短了施工周期、保證了安全質(zhì)量，特別在經(jīng)濟效益上得到了體現(xiàn)；通過對蓋梁增設(shè)伸縮后澆帶，解決了長條形大體積混凝土蓋梁在強度增長過程中因溫度變化、混凝土收縮等產(chǎn)生的裂縫，確保了蓋梁的施工質(zhì)量。