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    城區(qū)橋梁上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工

    2014-05-09 08:26:06彭永利
    交通科技 2014年3期
    關(guān)鍵詞:臺座架橋機(jī)腹板

    彭永利

    (湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院 武漢 430051)

    鄂東長江公路大橋位于湖北黃石水道上游,橋位北岸為浠水縣散花洲李渡村,南岸為黃石市,橋梁和路線全長為15.15 k m。鄂東長江公路大橋是滬渝高速公路湖北省東段(武黃高速公路和黃黃高速公路)和國家高速公路網(wǎng)大慶至廣州公路湖北段的共用過江通道,為國家重點工程。

    大橋全長5.765 k m,南引橋除跨兩處城區(qū)道路采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁外,余均采用30 m裝配式小箱梁,南引橋長3.502 k m(38~152號墩),占全橋長度的60.7%。本引橋穿越了黃石港區(qū)、黃石團(tuán)城山開發(fā)區(qū)和鄂州花湖經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)。橋梁橫幅寬度33 m,為雙幅分離的平行橋梁。橋跨布置為:90孔×30 m裝配式小箱梁+27.2 m+54 m+27.2 m現(xiàn)澆連續(xù)箱梁+12孔×30 m裝配式小箱梁+33 m+54 m+33 m現(xiàn)澆連續(xù)箱梁+7孔×3 0 m裝配式小箱梁。3 0 m裝配式小箱梁跨度長且跨越城區(qū),是控制性工程之一。

    1 結(jié)構(gòu)比選

    橋型方案選擇時需要綜合考慮設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)、管理等成本效益,分析其安全、環(huán)保、運營等社會效益,本著安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀和有利環(huán)保的原則,盡可能做到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、施工機(jī)械化,便于統(tǒng)一集中預(yù)制安裝,就地取材、方便運輸、縮短工期、節(jié)省工程造價。在橋梁經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相差不大的情況下,重點考慮橋梁的美觀,盡量與自然環(huán)境和景觀相協(xié)調(diào),選用綜合效益最佳的橋型方案。高速公路上被廣泛使用的橋梁類型為小箱梁、T梁、空心板和現(xiàn)澆箱梁,現(xiàn)澆箱梁工藝要求較多、造價高,僅在預(yù)制結(jié)構(gòu)難以實施的情況下使用,綜合目前高速公路的使用情況,引橋上部結(jié)構(gòu)方案比選見表1。

    表1 上部結(jié)構(gòu)方案比較表

    裝配式小箱梁外形美觀、結(jié)構(gòu)輕巧且具有工廠化和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)等優(yōu)點,是跨越城區(qū)高速公路橋梁具有較強(qiáng)競爭力的優(yōu)選結(jié)構(gòu)形式,南引橋上部結(jié)構(gòu)綜合各方面因素比較后,推薦采用30 m裝配式小箱梁。

    2 結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算分析

    2.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

    30 m裝配式小箱梁采用多箱單獨預(yù)制,簡支安裝,現(xiàn)澆連續(xù)接頭的先簡支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系。主梁沿縱向外輪廓尺寸保持不變,每幅橋由5榀箱梁組成,30 m裝配式小箱梁橫幅布置圖見圖1。每榀梁中心高1.8 m,通過頂板傾斜形成橋面橫坡,梁底寬1 m,中梁頂寬2.4 m,邊梁頂寬2.95 m,跨中部分頂板、腹板及底板厚度均為18 c m,梁端頂板厚度18 c m,腹板厚度28 c m,底板厚度25 c m,梁與梁間濕接縫寬75 c m,連續(xù)墩頂箱梁通過現(xiàn)澆30 c m厚中橫梁形成結(jié)構(gòu)連續(xù)[1]。

    圖1 30 m裝配式小箱梁橫幅布置圖(單位:c m)

    預(yù)應(yīng)力鋼束采用直徑為Φs15.20 mm的高強(qiáng)、低松弛鋼絞線,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合GB/T5225-2003的要求,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860 MPa,計算彈性模量為195 GPa,預(yù)應(yīng)力束表見表2。

    表2 預(yù)應(yīng)力束表

    2.2 結(jié)構(gòu)計算

    選取南引橋一聯(lián)5×30 m(一聯(lián)4×30 m、3×30 m的受力情況類似)裝配式小箱梁。結(jié)構(gòu)體系為先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)。

    2.2.1 計算模型和方法

    采用橋梁博士,按直線橋計算,結(jié)構(gòu)離散圖見圖2。全橋共劃分為103個單元,104個節(jié)點,其中橋面系單元103個,永久支撐6個,在第4個支點設(shè)置豎向和水平約束,其余均設(shè)豎向約束??缰泻奢d橫向分配系數(shù)按剛接梁法計算,支點荷載橫向分布系數(shù)按杠桿法計算。

    圖2 結(jié)構(gòu)離散圖

    2.2.2 計算分析

    采用平面桿系結(jié)構(gòu)有限元思想,從預(yù)制到結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換及成橋各階段進(jìn)行模擬分析。數(shù)值模擬時考慮:橋梁所處的環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全等級、主梁跨經(jīng)及截面形狀、主梁混凝土配合比、預(yù)應(yīng)力束位置、預(yù)應(yīng)力大小、汽車荷載等級、汽車沖擊力、有效溫度、溫度梯度效應(yīng)、混凝土收縮及徐變、施工順系、拆除臨時支座及支座沉降等因數(shù)。主要荷載組合,組合I:結(jié)構(gòu)重力+預(yù)加力+收縮徐變+汽車荷載;組合II:結(jié)構(gòu)重力+預(yù)加力+收縮徐變+汽車荷載+有效正溫差+梯度正溫差+支座沉降;組合III:結(jié)構(gòu)重力+預(yù)加力+收縮徐變+汽車荷載+有效負(fù)溫差+梯度負(fù)溫差+支座沉降。總體靜力計算按施工階段和使用階段分別進(jìn)行驗算,主要內(nèi)容包括承載能力極限狀態(tài)驗算、抗裂驗算、應(yīng)力驗算等。其中最重要的是體系轉(zhuǎn)換的分析,它是先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)體系設(shè)計的關(guān)鍵,將直接影響到橋梁的線形及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。計算結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)在各種工況下的驗算結(jié)果均滿足規(guī)范要求[2]。

    3 施工工藝流程與關(guān)鍵技術(shù)

    3.1 主要施工工藝流程

    主要施工工藝流程見圖3。

    圖3 主要施工工藝流程圖

    3.2 小箱梁預(yù)制[3]

    (1)預(yù)制前準(zhǔn)備工作。先施工臺座兩端擴(kuò)大基礎(chǔ),然后施工臺座及龍門吊軌道基礎(chǔ),最后進(jìn)行場地硬化。臺座高25 c m,整個臺座按二次拋物線設(shè)置預(yù)拱度,跨中預(yù)拱度為2 c m。臺座兩邊布置5×5 c m角鐵,以便粘貼止?jié){帶。在距離兩端臺座1 m處預(yù)留30 c m寬的空隙,作為穿起吊鋼絲繩的預(yù)留孔道,澆注混凝土?xí)r,安裝一塊活動底模。本橋預(yù)制場設(shè)置在105~110號墩之間。

    (2)鋼筋綁扎、波紋管及模板安裝。底板、腹板鋼筋綁扎前,在現(xiàn)場臺座上涂一層地板蠟,在角鐵上粘貼止?jié){帶,并在臺座側(cè)面用油漆標(biāo)出鋼筋位置。綁扎鋼筋時,安裝好2 c m厚的塑料墊塊。為防止腹板鋼筋傾覆,采取將腹板鋼筋與底板鋼筋電焊連接。底板、腹板模板安裝由龍門吊配合人工進(jìn)行,2節(jié)模板之間用螺栓連接緊密,外模底部穿直徑22 mm拉桿(孔道預(yù)埋在臺座內(nèi)),頂部穿直徑28 mm拉桿。內(nèi)模2 m 1節(jié),用螺栓牢固連接內(nèi)模。按設(shè)計圖紙位置安裝好波紋管,波紋管接頭處用粘膠帶纏裹嚴(yán)密,防止漏漿。內(nèi)模及外模安裝后,綁扎頂板鋼筋,并安裝好扁波紋管。

    (3)混凝土澆注及振搗?;炷劣闪隙愤\至現(xiàn)場,龍門吊吊起料斗入模。混凝土澆注方式從一端向另一端整體階梯形推進(jìn)。即先澆注一段底板,然后澆注腹板、頂板,如此反復(fù)直至澆注完畢。澆注腹板時注意兩邊腹板對稱、分層下料,分層厚度不超過30 c m。采用I16作為壓梁,壓住內(nèi)模頂部,外邊用花籃螺絲固定在外模上。待混凝土澆注至頂板時,拆除壓梁。底板振搗由工人進(jìn)入內(nèi)模中,采用直徑5 c m插入式振搗棒振搗,特別是底板與腹板連接處要仔細(xì)振搗密實。腹板振搗采用附著式振搗器和插入式振搗器聯(lián)合振搗工藝。附著式振搗器不能空振,必須在有混凝土的部位才能開動附著式振搗器。頂板混凝土振搗采用插入式振搗器振搗。振搗時,振搗棒不能碰撞波紋管、錨墊板及預(yù)埋件,錨墊板處混凝土一定要振搗密實。

    (4)拆模及養(yǎng)護(hù)。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa時開始拆除模板,內(nèi)模采用人工拆除,從小箱梁內(nèi)拖出。外模拆除時,先拆除上下拉桿和連接螺栓,敲擊木楔,使模板落下,然后由龍門吊吊離。混凝土初凝后,開始灑水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時間為7 d。頂板上采用覆蓋土工布灑水養(yǎng)護(hù)。腹板及底板由工人進(jìn)入內(nèi)腔中灑水養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時不能形成干濕交替,必須保持混凝土表面濕潤。

    3.3 小箱梁運輸、安裝

    (1)小箱梁運輸。小箱梁吊裝采用捆綁式,存梁區(qū)設(shè)在102~105號墩橋面上。預(yù)制場成品梁利用場內(nèi)2×60 t龍門吊縱移至小車上,運梁小車自行至架橋機(jī)吊鉤下方,等待起吊。架橋機(jī)采用DF50/150III型,運梁車采用ZXLC120型。小箱梁邊梁重102 t,中梁重97 t,先用龍門吊依次安裝105號~104號~103號~102號(此部分作為存梁區(qū)),再用架橋機(jī)依次安裝102~38號,110~152號,最后用龍門吊依次安裝105~110號(預(yù)制場)。

    (2)小箱梁安裝。根據(jù)實際放樣的路線中心線和墩中心線里程,在蓋梁頂面標(biāo)出每孔的縱向中心線和支座中心線等,在支座墊石混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后標(biāo)出小箱梁端位置橫線,并對墊石表面、梁底面清理干凈。架橋機(jī)安裝完成并試吊合格后,進(jìn)行架橋機(jī)前移就位工作,首先將行梁移至靠近橫梁處,并增加后端平衡重量,確保其抗傾覆安全系數(shù)大于1.5。拆除前支撐,使架橋機(jī)呈全懸臂狀態(tài),自動牽引卷揚機(jī),讓架橋機(jī)前移,前移至設(shè)計位置后,固定好架橋機(jī),并將交叉拉桿收緊,以確保橫向穩(wěn)定性。小箱梁安裝的順序為:先兩邊,后中間。安裝前應(yīng)認(rèn)真清掃混凝土表面,精確地測量出支座安裝的平面位置和高度。小箱梁起吊吊點按設(shè)計規(guī)定的位置,吊具采用鋼絲繩,在吊裝過程中盡量減少停頓起步次數(shù),下落應(yīng)平穩(wěn),避免架橋機(jī)承受過多的沖擊荷載及水平力。小箱梁安裝前,先設(shè)置臨時砂箱支座,待一跨安裝完畢后,將架橋機(jī)移至下一跨,進(jìn)行安裝工作。

    (3)小箱梁安裝技術(shù)措施。架橋機(jī)前移時必須將后行梁移至后支腿附近,且行梁上的平車居中移動前必須清除所有障礙。移動時由專人觀察行走情況,行走速度不宜太快,盡量減少時停時移的次數(shù),在移動時發(fā)現(xiàn)異常情況,應(yīng)及時與電控中心聯(lián)系,以免造成嚴(yán)重后果。在運送過程中,小箱梁在平車中的支撐及固定應(yīng)高度重視,兩跨之間的縫隙采用砂袋回填,負(fù)彎矩區(qū)的齒槽需鋪設(shè)鋼板,保證小箱梁運輸安全。在吊安過程中,應(yīng)保證吊具的強(qiáng)度和剛度絕對滿足要求,盡量做到操作的連續(xù)性和平穩(wěn)性。

    3.4 簡支變連續(xù)體系轉(zhuǎn)換

    結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的重點是要保證梁體均勻、同步下降,支座同時受力。具體施工步驟如下。

    (1)在橋面墩頂附近布置測量點(標(biāo)尺),精確抄平并作好初始值記錄。

    (2)人員組織落實,進(jìn)行技術(shù)交底,交代操作要點。箱梁安裝就位后,將橋面板鋼筋及端橫梁鋼筋臨時焊接。澆注連續(xù)接頭、中橫梁及兩側(cè)與頂板負(fù)彎矩束同長度范圍內(nèi)的橋面板,混凝土用手推車運至澆注地點,插入式振搗器振搗密實,灑水養(yǎng)護(hù)。待混凝土養(yǎng)護(hù)至設(shè)計強(qiáng)度的95%后,按先短束后長束的順序張拉頂板負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力束,采用逐根兩端對稱張拉,并灌漿封錨。接頭施工完畢后,由每聯(lián)跨中向支點澆注剩余部分橋面板濕接逢。

    (3)張拉連續(xù)鋼束后,由1聯(lián)兩邊跨開始對稱向中跨落梁,在每個墩兩側(cè)對稱進(jìn)行,下落方法是打開砂孔,緩慢均勻地放出砂筒中的砂,以便小箱梁平穩(wěn)均勻下落。臨時支座采用砂箱(卸荷砂筒)制作,比永久支座高10 mm,以便拆除。砂箱采用鋼管制作而成,內(nèi)填干砂,砂筒與頂心之間間隙用瀝青填塞,防止砂子受潮。根據(jù)小箱梁和架橋機(jī)荷載計算,每個砂箱承載力為1 000 k N,為保證小箱梁安裝后不沉降,臨時支座在安裝前進(jìn)行預(yù)壓。每榀小箱梁每端設(shè)2個臨時支座(伸縮縫一側(cè)直接安裝永久支座)。同時將永久支座安裝于墩頂接頭中心下的支座墊石上。

    (4)測量橋面量點標(biāo)高,作好記錄,并檢查梁體混凝土有無裂紋或損壞.資料匯總分析,總結(jié)經(jīng)驗,指導(dǎo)下一步施工。

    小箱梁形成連續(xù)梁后,方可拆除臨時支座,先兩邊后中間,其方法是敲、鑿或用氧氣焊槍燒割。

    4 結(jié)語

    (1)對30 m裝配式小箱梁的計算分析,驗證了在承載能力極限狀態(tài)下與正常使用極限狀態(tài)下的受力性能,其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度等各項指標(biāo)滿足規(guī)范要求,結(jié)構(gòu)安全、可靠。

    (2)對30 m裝配式小箱梁主要施工流程與關(guān)鍵工藝的闡述,為同類橋梁各施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制提供參考。

    (3)目前南引橋已建成通車,該橋安全狀況良好。小箱梁外形美觀、結(jié)構(gòu)輕巧,便于標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化批量預(yù)制,現(xiàn)場拼裝施工,是城區(qū)橋梁優(yōu)選結(jié)構(gòu)類型之一。

    [1] 湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院.鄂東長江公路大橋兩階段施工圖設(shè)計[Z].武漢:湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院,2007.

    [2] JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2004.

    [3] JTG/T F20-2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2011.

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