連續(xù)剛構(gòu)橋高墩施工技術(shù)

董 博 王宏宇 郭廷泰

連續(xù)剛構(gòu)橋一般用在大跨徑、高墩橋梁上,其結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)是中間橋墩采用墩梁固結(jié),下部結(jié)構(gòu)一般采用柔性橋墩,以減少因主梁的預(yù)應(yīng)力張拉、溫度變化、混凝土收縮、徐變等作用引起的變形受到橋墩約束后產(chǎn)生的次內(nèi)力。

連續(xù)剛構(gòu)橋在橋墩抗彎剛度較小時(shí)其工作狀態(tài)接近于連續(xù)梁橋。與連續(xù)梁橋相比較,它采用懸臂法施工,使用階段墩頂與梁一直保持固結(jié)狀態(tài)。連續(xù)剛構(gòu)橋的主要優(yōu)點(diǎn)在于可以減少大型橋梁支座和養(yǎng)護(hù)上的麻煩,減少橋墩及基礎(chǔ)工程的材料用量。

1 力學(xué)特點(diǎn)及適用范圍

在受力方面,上部結(jié)構(gòu)仍為連續(xù)梁特點(diǎn),但必須計(jì)入由于橋墩受力及混凝土收縮、徐變、溫度變化引起的彈塑性變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響。橋墩因需有一定柔度,所受彎矩有所減少,但在墩梁結(jié)合處仍有剛架受力性質(zhì)。由于橋墩參與工作,連續(xù)剛構(gòu)橋與連續(xù)梁橋的工作狀態(tài)有一定區(qū)別,連續(xù)剛構(gòu)橋跨中區(qū)域正彎矩比同跨徑連續(xù)梁橋的小。當(dāng)墩高達(dá)到一定高度后,兩者上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力相差不大。

2 立面布置及構(gòu)造特點(diǎn)

2.1 立面形式

連續(xù)剛構(gòu)橋一般采用柔性橋墩,立面形式主要有以下三種:

1)單柱式墩。單柱式墩截面形式多為閉口箱形截面,為了滿足變形要求,多用在深谷和深水河流的高橋墩上,具體尺寸需根據(jù)對(duì)柔性的要求確定。2)雙柱薄壁墩。雙柱薄壁墩又有空心、實(shí)心之分。實(shí)心雙壁墩施工方便,抗撞擊能力較強(qiáng);空心雙壁墩可節(jié)約混凝土40%左右。根據(jù)橋的高度和跨徑選用適當(dāng)?shù)目箟?、抗彎、抗推剛?再?zèng)Q定合適的形式。雙柱薄壁墩的中距 b與主跨跨度比值一般為1/20～1/25。3)Y形柱式墩。Y形柱在連續(xù)剛構(gòu)中也有采用,它的上部為V形托架,下部為單柱式,兩者在立面上構(gòu)成Y字形。V形托架可使主梁的負(fù)彎矩峰值降低1倍以上,下部的單柱具有一定的柔性,可滿足縱向變形要求。Y形柱連續(xù)剛構(gòu)根部梁高(連V形托架在內(nèi))是正常變截面連續(xù)剛構(gòu)的2倍,梁和托架桿件都為等截面箱形結(jié)構(gòu)或?qū)嶓w桿。

此外,為了使多跨連續(xù)剛構(gòu)橋有視覺上的動(dòng)感,也可以采用V形、X形橋墩。連續(xù)剛構(gòu)橋常選用變截面主梁。

2.2 墩身尺寸

墩身尺寸的擬定主要應(yīng)考慮墩身與主梁之間的剛度比以減少次內(nèi)力。墩身高度主要由橋面標(biāo)高、橋梁建筑高度、橋下凈空高度、主梁高度等因素決定。墩柱縱向厚度一般采用高度的1/8～1/15。墩柱較高時(shí)用較小的比值,墩柱較矮時(shí)則用較大的比值。

連續(xù)剛構(gòu)橋的墩梁連接處的構(gòu)造如圖1所示,一般設(shè)置1道或者2道(雙壁墩時(shí))橫隔板。1道橫隔板的厚度宜取為 t=B(墩厚),2道橫隔板的厚度宜取為 t=0.7 m～1.0 m。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)嵗?/h2>

清澗—石樓公路黃河大橋位于陜西省清澗縣與山西省石樓縣的交界處,是一座跨越黃河的公路大橋。大橋位于樁號(hào)K2+040.21處,橋梁全長629.08 m。主橋?yàn)?0 m+6×80 m+50 m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋,空心薄壁墩,樁基礎(chǔ);引橋?yàn)?×20 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,薄壁墩,樁基礎(chǔ);橋臺(tái)采用U形橋臺(tái),擴(kuò)大基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)荷載為公路—Ⅱ級(jí),橋面寬度為凈9 m+2×1.5 m,設(shè)計(jì)洪水頻率1/100,現(xiàn)實(shí)測水位為582.50 m,古賢水庫建成后,橋位處設(shè)計(jì)洪水位為650.05 m。全橋位于縱坡為1.8%的直線段上。

4 清石黃河大橋主墩翻模施工

清石公路黃河大橋共計(jì)9個(gè)橋墩,2個(gè)橋臺(tái)。主橋墩1號(hào)～7號(hào)為空心薄壁墩,墩高分別為39.2 m,87.8 m,91.0 m,92.8 m,94.2 m,94.2 m,39.2 m,其中3號(hào)～6號(hào)墩位于黃河河床內(nèi)。主墩各墩頂截面統(tǒng)一,長邊 A=920 cm、短邊 B=500 cm。墩底截面尺寸由墩頂截面尺寸按照統(tǒng)一坡度線性拉伸。墩身混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C40。其中6號(hào)墩94.2 m是目前黃河上在建最高橋墩。

4.1 空心薄壁墩的施工設(shè)計(jì)

4.1.1 垂直運(yùn)輸機(jī)械的選擇

清石黃河大橋高墩施工的突出問題是垂直運(yùn)輸。由于高度和地形的限制,一般起重機(jī)械無法滿足施工要求,必須使用塔式起重機(jī)?？紤]到墩身及上部箱梁混凝土、鋼筋用量大,且每個(gè)主墩相距80 m,項(xiàng)目部決定每個(gè)主墩配備一臺(tái)QTZ63(TC5010)塔吊滿足材料和構(gòu)件的垂直運(yùn)輸。工作人員上下采用工業(yè)電梯,埋設(shè)在墩身的另一側(cè),每墩配備一臺(tái)電梯。塔吊和電梯分別每20 m和每10 m固接墩身一次。

4.1.2 支架、模板的設(shè)計(jì)

結(jié)合清石黃河大橋工程施工特點(diǎn)且從降低成本出發(fā),項(xiàng)目部采用翻轉(zhuǎn)模板法進(jìn)行墩身施工。

翻轉(zhuǎn)模板由專業(yè)廠家制造,模板系面板采用大塊鋼模板,橫肋、豎肋采用槽鋼。施工時(shí)根據(jù)墩身的結(jié)構(gòu)尺寸組拼成大塊模板。模板標(biāo)節(jié)為2.25 m×3層+調(diào)節(jié)塊,每層模板通過變徑模和調(diào)節(jié)角模尺寸完成墩身截面的線性收縮。每次澆筑4.5 m,留2.25 m作連接支承模,使每一節(jié)混凝土接縫平順。

4.2 空心薄壁墩翻模施工

4.2.1 墩身施工流程

1)待承臺(tái)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后,開始施工薄壁墩身。首先將承臺(tái)表面鑿毛并清理干凈,將承臺(tái)與墩身連接的預(yù)埋鋼筋進(jìn)行打磨除銹,然后開始安裝鋼筋,主筋套筒連接,隨后綁扎箍筋和支撐筋,SLA-0606貼面鋼筋網(wǎng)吊裝在主筋外側(cè),用綁扎絲固定在主筋上。2)墩身10 m高度內(nèi)采用常規(guī)鋼管支架施工,在承臺(tái)頂面用φ 48鋼管在墩身內(nèi)外側(cè)搭設(shè)腳手架。鋼管間距為1.2 m,橫向高度間距為1.5 m,并在立桿之間搭設(shè)剪刀撐。超過10 m高度后,將搭設(shè)的腳手架全部拆除,利用墩身模板后背帶焊接操作平臺(tái)進(jìn)行翻模施工。墩身模板平板上穿φ 22鋼筋對(duì)稱拉桿固定,翻模過程中塔吊配合完成內(nèi)外模的吊裝、提升、翻轉(zhuǎn)。3)第一次墩身模板安裝前,在墩身與承臺(tái)交界處采用M10砂漿抹出2 cm厚的脫模層,待砂漿有強(qiáng)度后,在脫模層上支立墩身模板。主墩翻模數(shù)量根據(jù)墩身高度計(jì)算,在承臺(tái)與墩身連接處施工翻模調(diào)節(jié)塊。拼裝3層模板,先外模,后內(nèi)模。4)模板校正、加固后,開始澆筑第一板墩身混凝土。灌注采用連續(xù)施工。混凝土拌合站集中拌和,2臺(tái)罐車運(yùn)輸,泵送入模,每層厚度40 cm左右,插入式振搗器搗固。5)第一板墩身混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí),進(jìn)行第二板墩身鋼筋安裝,鋼筋安裝完畢后,將墩身結(jié)合處清理干凈,然后將下層的模板拆除后翻到頂層,拆除模板時(shí)將最頂層模板預(yù)留后作為承重層。6)重復(fù)循環(huán)翻模施工,每次翻模高度為2層4.5 m高度,直至墩頂。

4.2.2 隔板的施工

施工到離隔板1 m～2 m時(shí),在墩身預(yù)埋構(gòu)件,利用預(yù)埋構(gòu)件拼裝托架,作為隔板施工的支承架,然后在托架上進(jìn)行隔板鋼筋綁扎、模板安裝。在澆筑隔板混凝土?xí)r,預(yù)留1個(gè)60 cm×50 cm的預(yù)留孔,內(nèi)模拆除后,把鋼筋焊接上,再澆筑混凝土封住隔板預(yù)留孔。

4.3 薄壁空心墩的質(zhì)量控制

4.3.1 高墩垂直度控制

采用激光垂準(zhǔn)儀和全站儀相結(jié)合的方法控制墩身截面。在空心薄壁墩底部六角點(diǎn)縱橫方向距墩身40 cm設(shè)置6個(gè)點(diǎn),并預(yù)埋鋼板固定于承臺(tái)上,作為控制截面六角點(diǎn)的依據(jù)。通過激光垂準(zhǔn)儀對(duì)中的激光束,依次放出各高度截面的控制點(diǎn)進(jìn)行測量控制。每次測量時(shí)間固定在氣溫相對(duì)恒定的時(shí)間段進(jìn)行,選在早晨6:30～8:30進(jìn)行測控。

4.3.2 薄壁空心墩的外觀質(zhì)量控制

1)混凝土拌和時(shí)嚴(yán)格控制施工配合比及水灰比,坍落度控制在12 cm～16 cm范圍內(nèi),采用“雙摻”技術(shù),增加適量粉煤灰和減水劑,這使得混凝土的顏色均勻,和易性更好。2)提高立模精度,采用玻璃膠或橡膠皮處理接縫,保證接縫嚴(yán)密。3)夏季施工,由于氣溫較高,盡可能安排在下午或夜晚溫度較低時(shí)澆筑混凝土,減小混凝土的坍落度損失。4)混凝土澆筑完后,立即進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù),拆模后用塑料薄膜包裹,進(jìn)行濕潤養(yǎng)護(hù),同時(shí)避免上一節(jié)段墩身混凝土澆筑時(shí)污染已澆筑的下部墩身。5)拆模后及時(shí)修復(fù)表面缺陷,保證墩身顏色一致,棱角分明。

5 結(jié)語

在連續(xù)剛構(gòu)橋高墩施工中,正確選用合理的施工工藝十分重要。清石黃河大橋采用整體式翻轉(zhuǎn)模板施工是切實(shí)可行的施工工藝,它操作方便,易掌握,成本低,工期短(在施工中,一個(gè)循環(huán)周期最短為3 d,最長為4 d),模板背帶搭建的操作平臺(tái)安全可靠,易于施工,可進(jìn)一步的推廣到其他橋梁高墩施工中。

[1] 黃繩武.橋梁施工及組織管理[M].北京:人民交通出版社,2000.

[2] 羅元明.淺談橋梁雙薄壁高墩施工技術(shù)[J].山西建筑,2008,34(19):298-299.