大跨度特大連續剛構橋合龍段優化施工關鍵技術研究

陳文波

(廣西八桂工程監理咨詢有限公司,廣西 南寧 530022)

0 引言

連續剛構橋因具有整體性好,連續梁無伸縮縫從而行車平順性較好的特點被廣泛采用。然而,對于大跨度的連續剛構橋而言,由于其建成后的超靜定的受力特征,使其在主跨合龍對接時對施工技術提出很高的要求。

學者們針對連續剛構橋的合龍施工開展了技術研究,周學超[1]針對不同的荷載工況,分析橋梁的屈曲模態主要表現為橋墩為橫向而主梁為縱向。張大琦等[2]針對單腔空心薄壁墩連續剛構橋,采用Midas Civil軟件與理論分析進行對比研究,得到最不穩定的部分出現在雙臂階段。師全海等[3-7]采用實時監測的方法,對合龍施工階段進行實時監測反饋,調整施工方案,確保合龍順利。廖豐[8]研究了勁性骨架合龍頂推施工,取得良好效果。綜合當前的研究現狀,針對剛構橋合龍施工的研究取得了不少成果,但對于大跨度雙薄壁墩剛構橋合龍施工技術研究仍有不足。

本文在前人研究的基礎上,通過對平而河雙薄壁剛構大橋中跨合龍施工進行模塊化分解,并對各個模塊進行施工細化優化,結合工程的實際情況,分別對掛籃工程、配重工程等分項工程進行施工技術優化調整,并配合工程監測,反饋給施工單位以調整施工方案,從而獲得更佳的合龍施工工藝。

1 平而河特大橋工程概況

1.1 工程項目基本概況

平而河特大橋橋跨布置為:(90+155+90)m+(3×30)m,橋跨起訖樁號為K266+934.5～K267+359.5,橋梁全長434 m,如圖1所示。主橋跨徑布置為(90+155+90) m連續剛構橋,上下行分幅布置,箱梁頂面設橫坡,箱底橫向水平。橋梁平面位于直線上;橋梁縱斷面位于2.5%的縱坡上。

圖1 平而河特大橋主橋橋型布置圖 (cm)

主梁采用單箱單室截面,箱梁頂板橫坡設單向2%橫坡。箱梁全寬為12.75 m,底板寬度為6.75 m,主跨根部梁高9.5 m,跨中梁高3.5 m;箱梁翼緣懸臂端厚度為20 cm;箱梁頂板厚度為28 cm,根部頂板加厚到90 cm;近合龍段箱梁截面腹板厚60 cm,近根部腹板厚80 cm。主梁采用縱、豎、橫三向預應力混凝土結構。主墩采用雙肢薄壁墩,截面尺寸為橫橋向×順橋向=6.75 m×1.6 m,承臺厚4.2 m,基礎為6φ2.5 m灌注樁基礎。

1.2 橋梁場區工程地質概況

橋梁場區內地層巖性單一,水文地質條件較簡單。橋址區橫跨平而河,地表水主要為河水,河床長49.3 km,寬約70 m。地下水類型為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。距橋址區東側約800 m處斷層名稱為F66水口斷裂,屬旋鈕構造體系,斷面傾向為40°,傾角為40°,南段走向南西190°～200°,傾向挾轉為NWW,傾角66°左右。由于該斷裂為非活動斷裂,下伏基巖穩定,因而大橋受斷裂影響小。

2 平而河特大橋中跨合龍段優化施工技術

該工程屬于大跨度特大橋梁,且受場地及環境等因素影響,按照傳統的工藝難以確保精準合龍。為此,本研究針對該橋梁的具體工況,分別對平而河特大橋合龍段施工所涉及的掛籃工程、配重工程、合龍段配套數據采集監控工程、合龍段鎖定工程、模板工程及混凝土工程等分項工程進行細化優選,并全程配合實時監測橋梁的位移、溫度及偏斜量等參數,實時反饋給施工單位,及時調整施工方案。平而河中跨合龍段優化關鍵技術如下。

2.1 掛籃及底籃后移施工優化措施

平而河特大橋連續剛構合龍段優化采用掛籃系統底籃來作為施工平臺進行施工。在中跨合龍段施工前完成邊跨合龍段施工,合理組織合龍段兩側懸澆時機,結合懸臂施工及中跨合龍段施工要求,兩側掛籃不發生沖突,使掛籃桁架及底籃到達預定位置。合龍段優化措施見圖2。

圖2 平而河特大橋主跨現澆段分塊施工示意圖

(1)合龍施工中跨19#梁段時,預埋中跨合龍段各類預埋孔。

(2)完成中跨19#梁段施工后,一側掛籃攜帶底籃整體后移,另一側掛籃前移并錨固在中跨兩側19#節段。

(3)利用掛籃底模、側模,形成中跨合龍段施工平臺。

2.2 配重施工優化措施

平而河大橋中跨合龍段施工采用水箱進行配重,水箱+水的重量=1/2倍中跨合龍段自重=30 t。具體優化措施如下:

(1)采用直徑為5 m、高度為3 m、壁厚為1 cm的鐵箱作為配重水箱,沿用邊跨合龍段的水箱。

(2)安裝時,利用塔吊將水箱放置于兩側中跨19#梁段上,水箱放置于19#梁段中心。

(3)水箱加水至設計噸位。由于正值雨水豐沛的季節,水箱頂采用竹膠板及彩條布覆蓋,防止施工期間雨水進入水箱。

2.3 中跨合龍段配套數據采集監控措施

由于剛構橋的跨度較大,受到風載、結構內應力及安裝造成的內力作用,中段合龍的安裝需要進行內力、應變和位移的監測,對合龍過程的結構應力、應變進行監測,并隨時調整合龍的方案,保證中段順利的對接。數據采集實施主要包含:

(1)中跨合龍段數據采集前,清理剛構橋上雜物,包括箱梁頂板及箱室內的雜物,鏟除浮漿,保證測試的可靠性。

(2)對合龍口進行連續48 h觀測,并設計采集“時間—溫度”、“時間—溫度—高程”、“時間—溫度—軸線偏位”曲線數據。

(3)高程及軸線偏位觀測是中跨合龍段兩側梁段的高程觀測。

(4)邊跨合龍段施工完成后,對1#、2#墩縱橋向偏位進行觀測,獲取“時間—溫度—縱向偏位”曲線。

(5)獲得溫度、應力、偏位、撓度等數據后,結合合龍口實測數據、墩身偏位,推導計算出中跨合龍段合龍溫度、合龍口底模高程、頂推施工的頂推力,給出相應的合龍時間段。

2.4 中跨合龍段鎖定施工優化措施

2.4.1 中跨合龍段錨固桿鎖定施工前準備工作

根據監控數據反饋而擬定的模板高程值調整好掛籃底模高程。提前焊接錨固桿,中跨合龍段連接桿與19#梁段錨固桿可相對自由移動。兩端中跨合龍段配備4名焊工及5臺焊機等設備。準備一臺250 kW的發電機,防止突發停電事故,配備電工保證施工供電的連續性。隨時關注當地天氣預報及變化情況。作業時配備激光溫度計,對合龍口兩端高程控制點進行動態觀測,發現異常應及時告知總工程師,并提出方案調整。

2.4.2 鎖定施工措施

當梁體外環境溫度及梁體溫度均符合合龍段鎖定要求時,開始進行施工。同時開動焊機,由專業焊工進行勁性骨架鎖定施工,將中跨合龍段勁性骨架連接桿與19#梁段錨固桿進行快速焊接。焊接施工時,先對連接桿與錨固桿焊縫進行短距離焊接,各焊接點均快速施焊,完成后再進行各條焊縫的完整焊接。焊接完成后,及時對焊接質量進行檢查,完成中跨合龍段勁性骨架的鎖定施工。

2.5 模板優化施工措施

合龍段的底模及外側模采用掛籃配套鋼模板,內模采用鋼模結合施工。合龍段鎖定施工完成后,安裝梁體側模及翼緣板模板。底板及腹板鋼筋施工完成后,安裝內模。內支架采用盤扣支架,立桿間距為60 cm,適量剪刀撐,頂端設置頂托調節高度。

2.5.1 底模

底模鋪設在吊籃安裝完成后進行,需適當降低吊籃高度以使吊籃進入中跨現澆段下方;到位后,在吊籃底板上鋪設Ⅰ56工字鋼;工字鋼與底板點焊以防止滑移,在工字鋼上方鋪設木方,再鋪設竹膠板模板。

2.5.2 側模及內模

箱梁內模支架采用φ48 mm×3.5 mm鋼管盤扣式支架。底托及頂托設置通長Ⅰ14 cm工字鋼背楞,間距為60 cm;在次背楞上鋪設長10 cm×10 cm方木背楞,間距為20 cm;在背楞方木上鋪設1.5 cm厚竹膠板。在竹膠板接頭處設置方木,將竹膠板使用圓釘固定到方木上,避免出現錯臺現象,并保證模板嚴密不漏漿。腹板側模采用木模板、Ⅰ14工字鋼背肋、方木及φ25 mm螺紋鋼拉桿安裝,豎向背肋采用Ⅰ14工字鋼進行加固,間距為60 cm;縱向向采用10 cm×10 cm方木進行加固,間距為30 cm;拉桿按縱向間距60cm、橫向間距30 cm一根布置。

2.5.3 吊籃底模標高調整

在混凝土澆筑前,對吊籃底模的標高進行調整,確保澆筑后梁體標高和監控指令一致,同時新舊混凝土面接縫無錯臺。籃底模平臺標高組成為設計標高+設計預抬值+吊籃彈性變形值。

2.6 混凝土施工優化措施

2.6.1 混凝土施工工藝

混凝土澆筑應該選擇良好天氣。在混凝土澆筑前,監控單位對剛構橋進行溫度及應力觀測。混凝土澆筑前對梁端進行鑿毛處理,并清除松散混凝土,對梁端表面充分濕潤,確保新老混凝土連接質量。采用分層澆筑,澆筑按先底板、后腹板、再頂板及翼緣板的順序進行。邊澆筑邊對配重水箱進行放水卸荷,做到“一個水箱減少的重量=1/2混凝土澆筑重量”,施工時可對每次澆筑量進行計算,每次澆筑間歇復核水箱水位高度,確保達到施工要求。

澆筑過程對合龍段兩端進行高程觀測,并記錄觀測結果,監控單位對梁體進行溫度、應力監控。底板混凝土及頂板混凝土澆筑完成后,及時對其表面進行整平。澆筑完成后,測量高程,監控人員對剛構橋進行溫度及應力測試,為下一階段施工做準備。

澆筑工藝采用整體分層方式,如圖3所示。根據混凝土初凝時間初步確定每層澆筑厚度約30 cm,層間最長間隔時間不大于混凝土初凝時間。澆筑順序根據圖4先底板、后腹板、再頂板和翼緣板的順序。梁腹板同時對稱澆筑,澆筑頂板及翼板混凝土時,從兩側向中央推進。

圖3 整體分層往復澆筑示意圖

圖4 混凝土澆筑順序示意圖

2.6.2 混凝土施工控制優化措施

連續梁橋上部結構混凝土為C55高性能混凝土,膠凝材料用量較大,升溫降溫迅速,內外溫差大,非常容易出現溫度裂縫。應采取有效措施控制溫度開裂,主要溫控措施有:

(1)優選水化熱低的混凝土配合比,摻加粉煤灰,降低水化熱。

(2)冬季施工加強保溫,延長拆模時間。

(3)夏季施工遮蓋骨料,選擇低溫時段澆筑,降低混凝土內部最高溫度。

(4)加強混凝土的養護。

混凝土除溫度裂縫外,還有收縮裂縫。收縮裂縫的主要控制措施有:

(1)控制集料的含泥量,砂的細度模數大一些;使用高效減水劑降低混凝土單方用水量。

(2)減小新、老混凝土之間的溫差、溫度梯度以及澆筑的時間間隔。

(3)適當推遲拆模時間。混凝土拆模時控制內外溫差,并選擇一天中氣溫較高時拆模;拆模后立即采取養護措施,減少水分散發。

3 結語

大跨度連續剛構橋中跨合龍施工受到風載、溫度及施工方法等多因素的影響,特別是中跨對接的懸挑長度在影響因素的作用下會被成倍數放大,其對接難度隨即增大。因此,對大跨度剛構橋的中跨合龍段施工進行施工方法優化,將中跨合龍段所涉及的分項工程進行拆分,即分別對平而河特大橋合龍段施工所涉及的掛籃工程、配重工程、合龍段配套數據采集監控工程、合龍段鎖定工程、模板工程及混凝土工程等分項工程進行細化優選,全程實時監測橋梁的位移、溫度及偏斜量等參數,實時反饋給施工單位并及時調整施工方案。通過優化合龍對接施工方案,在平而河大橋的中跨對接中積極作用明顯,保證了橋梁的順利對接,也驗證了該施工方案的可行性與可靠性,對大跨度剛構橋中跨對接具有借鑒作用。