市政道路橋梁施工中現場施工技術的應用

陳佳運

(江西中煤建設集團有限公司,南昌 330038)

0 引言

市政道路橋梁承載著車輛與行人的通行需求,為保障交通暢通及出行安全,施工質量及效率顯得尤為重要。現場施工技術直接影響著工程成功實施及橋梁使用壽命[1],結合具體工程實例,對現場施工技術進行探討,包括現場施工階段劃分、施工方案分析、現場施工要點等。

以某市政斜拉橋工程為例,該橋全長542 m,采用獨塔單索面,塔柱結構采用C50鋼筋混凝土,塔高48.6 m,主墩位于沿河北岸40 m處。主塔由18對斜拉索組成,采用帶倒角的高強鋼絞線纜繩與冷澆錨繩,在塔端進行張拉。在塔柱內錨固區域設置斜拉索,在塔冠拉索錨固區通過二次張拉工藝對其進行一字型及環形加固。由于橋塔在斜拉橋結構中起著承載斜拉索及傳遞荷載的重要作用,故在不同區段需根據索力的大小與方向變化來靈活配置。在橋塔高度較低的區段,索力的縱向水平力相對較小,在橋塔高度較高的區段,索力的縱向水平力較大,采用更多的斜拉索來平衡荷載及維持結構穩定。斜拉橋塔柱構造如圖1所示。

圖1 塔柱構造Fig.1 Tower structure

該市政斜拉橋主梁為箱式結構,面板和底腹板分別采用C50鋼釬維混凝土與C50混凝土,施工方式為懸臂式澆筑,主跨標準節段長度為8 m,邊跨承重段長度為36 m,合攏段長度為2 m。每個施工節段均設置橫梁與側向加勁肋,其中橫梁中箱厚度為0.8 m,邊箱厚度為0.3 m。主梁采用三維張拉索系統,縱向和橫向預應力繩索均由φS15.24鋼絞線構成,采用群錨錨固技術。斜拉橋主梁構造如圖2所示。

圖2 主梁構造Fig.2 Main beam structure

1 施工劃分及方案分析

斜拉橋施工過程的階段劃分如表1所示。

表1 施工階段劃分Tab.1 Construction phase division

為了選擇合適的施工方案,提出兩種設想:塔梁同步施工與塔自立施工。這兩種方案都有各自的優勢及特點,對其進行比較分析。

1.1 穩定性

塔梁同步施工方案在主塔節段施工時,未施工節段不會對主塔承壓性能產生影響,塔梁同步結構的穩定性優于塔自立施工方案。迎風面對塔自立施工方案的主塔結構穩定性影響較大,最不利的工況條件為主塔施工封頂[2]。兩種施工方案下主塔的屈曲系數對比情況如圖3所示。

圖3 兩種施工方案主塔的屈曲系數Fig.3 Buckling coefficient of main tower of two construction methods

由圖3可知,兩種施工方案下的第一階屈曲狀態均為橫橋向失穩,屈曲系數相差較小,但在第二階屈曲狀態下,兩種施工方案的屈曲系數差異顯著,表明采用塔梁同步施工方案的主塔在順橋向的穩定性較好。

1.2 風致響應

塔梁同步施工方案是在主塔封頂施工時施加風荷載,而塔自立施工方案施加風荷載則是在一次落架封頂施工時。風荷載大小與塔高之間的關系如圖4所示,兩種施工方案的主塔風致響應情況如圖5所示。

圖4 主塔風載分布情況Fig.4 Distribution of wind load in main tower

圖5 兩種施工方案主塔的風致響應結果Fig.5 Wind-induced response results of main tower in two construction projects

由圖4、圖5可知,隨著塔高高度的增加,主塔受到的風荷載逐漸增大。與塔自立施工方案相比,塔梁同步施工方案塔根的正彎矩與負彎矩均較大,塔頂位移較小,表明當采用塔梁同步施工方案時,主塔風致響應較小,在風力作用下,該方案下主塔的穩定性更好。故采用塔梁同步施工方案。

2 施工要點

2.1 測量控制

在懸索張拉前,通過張拉計算確定懸索的長度及預應力力值。在張拉過程中使用張拉計進行實時監測,通過撓度傳感器等設備監測懸索的變形,使用全站儀、激光測距儀等高精度測量儀器對橋梁各個部位的形狀及尺寸進行測量,特別是懸臂部分與塔柱結構需進行精確測量。安裝變形監測傳感器,測量橋梁在受荷載與溫度變化等因素影響下的變形情況。通過測量控制及時發現并糾正這些偏差,保證施工位置的準確、一致,確保橋梁結構的穩定性[3]。

2.2 塔柱施工

塔柱施工過程中采取翻模施工法,根據主塔塔柱結構特點、總高度等要求將塔柱施工分為13個節段,塔身標準施工節段高度為4.5 m。在塔身結構基礎進行塔索施工及懸臂掛籃施工,在塔體吊桿安裝過程中搭建腳手架并固定鋼模。制作不同尺寸的模板,標準節段高度為4.5 m,變截面模板節段高度為15 m,以適應不同長度的節段要求。在15 m圓弧段施工中采用相應的模板,由于塔柱較高,采用高壓泵管進行泵送混凝土。沿著塔柱外側架設混凝土泵管直至澆注段,垂直管每次附墻長度為4～6 m。張拉施工時,實時監控鋼絞線的張拉噸位與引伸量,尤其是引伸量指標,確保施工質量及安全[4]。

在塔柱施工過程中設置勁性骨架,增加塔柱的穩定性及剛度,防止其發生傾斜或塌方等情況。根據塔柱實際高度及施工進度適時調整勁性骨架的高度及位置。為了便于在塔柱上施工操作,采用落地腳手支架翻模施工。按照設計要求采用φ48 mm鋼管腳手架,將腳手架搭建在塔柱周圍。要注意腳手架的水平和垂直度,確保其穩固可靠。

2.3 主梁施工

該斜拉橋主梁采用箱式結構。為確保施工安全順利,在施工前精確計算掛籃的懸掛點與數量。通過吊車將掛籃懸掛在主梁下方進行澆筑作業,掛籃可以在一定范圍內平穩移動,施工人員可以在主梁上作業,不需要在梁下架設支架[5]。主梁共設置18個懸掛點,掛籃2個,每節施工長度為5 m,每節梁重約330 t。每個標準節段施工周期為2周。掛籃結構如圖6所示。

圖6 掛籃結構Fig.6 Structure of hanging basket

牽索式掛籃施工通過掛籃與鋼絞線相互配合實現混凝土懸臂澆筑,逐步形成主梁的整體結構。其施工工藝是在橋梁主塔上安裝牽索式掛籃,在掛籃懸挑前進行鋼絞線的張拉,掛籃與鋼絞線就緒后開始進行混凝土懸挑澆筑,逐步牽引并支撐掛籃,使其懸挑部分逐漸增加,根據掛籃的變化情況進行適時的支撐調整,保證掛籃的平衡及穩定。當懸挑部分完成后,需對懸挑部分與主梁已有部分進行連接,繼續進行混凝土的懸挑澆筑,逐步形成完整的主梁結構。根據主梁的設計要求進行后續的處理,如噴涂防腐劑、施加預應力等,使主梁的性能進一步加固及完善。

3 結束語

該斜拉橋現場施工采用塔梁同步施工方案,通過合理安排斜拉索與主梁的施工,實現了工期的大幅縮短。斜拉橋主梁共有10個節段,掛籃施工每個節段梁工期平均為2周,通過塔梁同步施工方式,節約工期約5個月,施工效果顯著,經濟效益明顯。