超寬變截面0#塊支架及臨時固結(jié)一體化施工技術(shù)研究

王彥虎，朱建華，張 釗

(中建六局土木工程有限公司 天津300457)

超寬變截面0#塊支架及臨時固結(jié)一體化施工技術(shù)研究

王彥虎，朱建華，張 釗

(中建六局土木工程有限公司 天津300457)

以武漢西四環(huán)通順河大橋為依托，研究超寬變截面 0#塊支架及臨時固結(jié)一體化施工技術(shù)。針對通順河大橋超寬、變截面以及大跨度等特點，研究并采用了超寬變截面 0#塊支架及臨時固結(jié)一體化施工技術(shù)和金鋼繩鋸切除剛結(jié)構(gòu)混凝土臨時固結(jié)塊技術(shù)。這兩項技術(shù)的成功應(yīng)用，不僅最大限度地節(jié)省了費用、縮短了工期，在以后同類橋梁0#塊設(shè)計與施工過程中也具有借鑒意義。

0#塊 臨時固結(jié) 變截面 連續(xù)梁 連續(xù)墩

0 引 言

近年來，大跨度橋梁應(yīng)用越來越廣泛，開創(chuàng)了橋梁施工的新局面。連續(xù)梁懸臂澆筑法是我國大跨度預應(yīng)力混凝土連續(xù)梁施工的主要方法之一，而 0#塊則為施工的重難點部位。[1-6]已有的 0#塊施工技術(shù)均未涉及到本課題所研究的在連續(xù)墩墩頂順橋向布置兩組鋼筋混凝土臨時固結(jié)塊，并在每個連續(xù)墩順橋向承臺上布置兩排鋼管柱的臨時固結(jié)方式；文獻[3]雖然公開了一種用繩鋸割除連續(xù)梁橋臨時支座的方法，但是未對金剛繩鋸切除鋼結(jié)構(gòu)混凝土臨時固結(jié)塊的具體方法進行研究?；诖?，本文提出超寬變截面0#塊支架及臨時固結(jié)一體化施工技術(shù)研究，與傳統(tǒng)的 0#塊施工方法相比，本施工技術(shù)有如下特點：①與傳統(tǒng)的、成熟的 0#塊支架法施工相比較，0#塊支架及臨時固結(jié)一體化施工沉降差小。采用0#塊支架法施工時，支架的基礎(chǔ)一部分是承臺，另一部分是地基礎(chǔ)，容易形成很大的沉降差。②0#塊支架法施工時，不在承臺上的支架基礎(chǔ)需要進行處理，這樣無形中增加了成本，拖慢了工期。③支架法施工時，支架在0#施工時只承受豎向力，而0#塊支架及臨時固結(jié)一體化施工時，鋼管柱(Φ900×10,mm，單個 0#塊兩排，每排3根)具有雙重作用，0#塊施工時作為支架承受豎向力，懸澆段施工中時抵抗不平衡彎矩產(chǎn)生的拉力，安全性明顯增強。④金剛繩鋸切除剛結(jié)構(gòu)混凝土固結(jié)塊新技術(shù)的應(yīng)用，節(jié)省了成本，縮短了工期。

1 工程概況

武漢西四環(huán)通順河特大橋是武漢西四環(huán)線的重要控制性工程，全長 460,m，單幅橋面寬 20,m，上部構(gòu)造為 80＋2×150＋80,m變截面預應(yīng)力混凝土連續(xù)梁-鋼構(gòu)組合體系，全橋采用掛籃懸澆施工，在國內(nèi)高速公路同類橋梁中跨度、寬度均位居第一。1#、5#墩為過渡墩，2#、4#墩為連續(xù)墩，3#墩為固結(jié)墩，全橋0#塊共 6個(2#、3#、4#墩左右幅各一個)，單個 0#塊長14,m，箱梁頂寬20,m，底寬12,m，0#塊中部梁高9.5,m，混凝土方量803.25,m3，重2,193,t。

2 施工技術(shù)原理

掛籃懸澆施工的前提是臨時固結(jié)連續(xù)墩，使梁體由可變體系臨時轉(zhuǎn)換成靜定結(jié)構(gòu)。通順河大橋連續(xù)墩 0#塊施工采用鋼管架及臨時固結(jié)一體化施工技術(shù)，即在連續(xù)墩墩頂順橋向布置兩組鋼筋混凝土臨時固結(jié)塊，每組橫橋型設(shè) 3個，主要承受施工過程中的豎向力，并在每個連續(xù)墩順橋向承臺上布置兩排鋼管柱作為臨時墩，抵抗不平衡彎矩產(chǎn)生的拉力，將連續(xù)墩 0#塊由可變體系臨時轉(zhuǎn)換成靜定結(jié)構(gòu)，為掛籃懸澆施工提供了條件。

在全橋合龍前，即中跨合龍段剛性支撐焊接完畢后，要快速、徹底地切除連續(xù)墩鋼筋混凝土臨時固結(jié)塊及鋼管柱臨時墩，將橋梁體系由超靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成靜定結(jié)構(gòu)。為了高效切除連續(xù)墩鋼筋混凝土臨時固結(jié)塊，采用了金剛繩鋸新技術(shù)。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝概述

針對通順河大橋如此寬幅、變截面、大體積 0#，支架臨時固結(jié)施工是整個 0#塊施工的重要環(huán)節(jié)，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，采用鋼管架及鋼筋混凝土塊臨時固結(jié)一體化施工方法，在連續(xù)墩墩頂順橋向布置兩組鋼筋混凝土臨時固結(jié)塊，每組橫橋型設(shè)3個，主要承受施工過程中的豎向力，并在每個連續(xù)墩順橋向承臺上布置兩排鋼管柱作為臨時墩，抵抗不平衡彎矩產(chǎn)生的拉力。

3.2 施工工藝流程

承臺施工時，安裝關(guān)于鋼管支架的預埋件→墩柱施工時，安裝關(guān)于鋼管支架的預埋件→焊接鋼管柱→焊接牛腿A和牛腿 B→鋼筋混凝土臨時固結(jié)塊安裝→安裝分配梁→安裝支架排架→支架預壓→中跨合龍前切除臨時固結(jié)塊及鋼管支架。

3.3 操作要點

3.3.1 承臺施工時安裝關(guān)于鋼管支架的預埋件

連續(xù)墩承臺安裝鋼筋時，應(yīng)順橋向布置兩排關(guān)于鋼管架的預埋件，單個承臺工布置6個，兩個預埋件橫橋向中心間距為5.5,m，每排預埋件的中軸線到承臺中軸線為4.2,m，詳情如圖1所示。

圖1 連續(xù)墩承臺施工時關(guān)于鋼管架預埋件平面圖(單位：mm)Fig.1 Platform about caps steel frame embedded parts for continuous pier(Unit：mm)

3.3.2 墩柱施工時安裝關(guān)于鋼管支架的預埋件

連續(xù)墩墩柱施工時，墩柱側(cè)面和正面布置兩排關(guān)于鋼管架的預埋件。墩柱正面預埋件布置如圖2所示，墩柱側(cè)面預埋件布置如圖3所示。

3.3.3 焊接鋼管柱

連續(xù)墩焊接鋼管柱時，鋼管柱的吊裝必須有專人指揮，鋼管柱的定位必須準確，鋼管柱的固定必須牢固可靠，鋼管柱焊接時杜絕咬邊、氣孔，未融、未焊透等焊接通病，嚴格控制焊接質(zhì)量。鋼管柱布置正面如圖4所示，側(cè)面如圖5所示。

圖2 正面圖(單位：mm)Fig.2 Front view(Unit：mm)

圖3 側(cè)面圖(單位：mm)Fig.3 Side view(Unit：mm)

圖4 正面圖(單位：mm)Fig.4 Front view(Unit：mm)

圖5 側(cè)面圖(單位：mm)Fig.5 Side view(Unit：mm)

3.3.4 焊接牛腿A和牛腿B(見圖6、7)

圖6 連續(xù)墩牛腿AFig.6 A corbel for continuous pier(Unit：mm)

圖7 連續(xù)墩牛腿BFig.7 B corbel for continuous pier(Unit：mm)

針對 2#、4#連續(xù)墩，0#塊正面焊接牛腿 A，側(cè)面焊接牛腿B。牛腿焊接時杜絕咬邊、氣孔，未融、未焊透等焊接通病，嚴格控制焊接質(zhì)量。

3.3.5 鋼筋混凝土臨時固結(jié)塊安裝

鋼筋混凝土臨時固結(jié)塊布置如圖 8所示，單個連續(xù)墩 0#塊臨時固結(jié)塊所需鋼筋7.3,t，混凝土方量8.8,m3。

圖8 連續(xù)墩0#塊支架及臨時固結(jié)布置Fig.8 Arrangement for zero block bracket and tem porary consolidation on continuous pier(Unit：mm)

3.3.6 安裝分配梁

鋼管柱、牛腿焊接完畢后，進行安裝分配梁。連續(xù)墩鋼管架分配梁布置如圖 9所示，分配梁一橫橋向布置，分配梁二順橋向布置。

圖9 連續(xù)墩分配梁安裝圖Fig.9 Installation diagram of distribution beam on continuous pier(Unit：mm)

3.3.7 安裝支架排架

鋼管架及托架的分配梁安裝完畢后，安全排架，排架結(jié)構(gòu)示意圖如圖10所示。

圖10 排架結(jié)構(gòu)示意圖(單位：mm)Fig.10 Diagram of bent structure(Unit：mm)

3.3.8 支架預壓

預壓的目的是檢驗支架、托架的承載力和可靠性，消除塑性變形，測出彈性變形，以指導底模的預反拱值，保證箱梁灌注混凝土后滿足設(shè)計的外形尺寸及拱度要求。

3.3.8.1 預壓荷載計算

混凝土自重?。?7.3,kN/m3；側(cè)模及支架：1.5,kN/m2；內(nèi)模及支架：1.2,kN/m2；底模：1.2,kN/m2；施工荷載：2.0,kN/m2。各部位計算如下：

① 箱梁荷載：

F1＝180.5×27.3＝4,927.7,kN

② 箱梁側(cè)模及支架荷載：

F2＝(4＋8.6)×2×4.5×1.5＝170.1,kN

③ 箱梁內(nèi)模及支架荷載：

F3＝((9.75＋3)×2＋11.7)×4.5×1.2＝200.9,kN

④ 箱梁底模荷載：

F4＝12×4.5×1.2＝64.8,kN

⑤ 施工荷載：

F5＝20×4.5×2.0＝180,kN

F＝F1＋F2＋F3＋F4＋F5＝4,927.7＋170.1＋

200.9＋64.8＋180＝5,543.5,kN。

實際壓重為：

554.3×1.2＝665.2,t

3.3.8.2 加載材料選用鋼筋或砼塊

3.3.8.3 加載程序：

0→20%,→50%,→100%,→120%,→0

每次加載從支座端向懸臂端水平加載。加載時，必須有專人進行檢查支架或托架、模板等部位，觀查穩(wěn)定情況。有異常情況應(yīng)立即停止加載，查明情況按處理意見進行。

3.3.8.4 測點布置

懸臂端和支座端的線路中心線及左右側(cè)位置，各設(shè)置1個觀測點。

3.3.8.5 數(shù)據(jù)收集與整理

觀測按精密水準測量作業(yè)。加載前先觀測一次作為初始值，以后每加載完畢一次觀測一次，每次加載完成后每 2,h觀測一次，一直觀測到兩次沉降差不大于1,mm時再加下一次。

全部加載完成后，支架穩(wěn)定 24,h且兩次沉降差不大于1,mm時，可以卸載(后加先卸，先加后卸順序，卸載時按加載逆順序觀測)。卸載前、卸載后各觀測一次，根據(jù)加載數(shù)據(jù)繪制“時間-下降”關(guān)系曲線，根據(jù)卸載繪制“時間-回彈”關(guān)系曲線，對比分析支架彈性和非彈性變形量。

非彈性變形值＝加載前高程－卸載后高程

彈性變形值＝卸載后高程－卸載前高程

根據(jù)變形值抬高底模，預留變形值。支座端抬高值為彈性變形值，懸臂端抬高值為：彈性變形值＋非彈性變形值。

3.3.9 預埋件及支架局部部位應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

在支架分配梁一及預埋件連接處貼上應(yīng)力片，其中分配梁一上應(yīng)變片的布置如圖11所示。應(yīng)變及應(yīng)力監(jiān)控量測過程中先測局部部位的應(yīng)變，再以相關(guān)材料物理力學參數(shù)計算該部位的應(yīng)力。

拉應(yīng)力及壓應(yīng)力的計算由公式 σ＝Eε得出，其中 E和 ε分別為材料的彈性模量和型鋼正應(yīng)變；剪切應(yīng)力的計算由公式 τ＝Gγ得出，G和 γ分別為材料的剪切模量和型鋼剪切應(yīng)變。

圖11 分配梁應(yīng)變片布置圖Fig.11 Arrangement for strain gauge on distribution beam(Unit：mm)

3.3.10 中跨合龍前切除臨時固結(jié)塊及鋼管支架

目前國內(nèi)連續(xù)梁臨時固結(jié)塊大多采用硫磺砂漿等類似材料，在全橋合龍前，通電熔解這些材料，使橋梁從超靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為靜定結(jié)構(gòu)，達到橋梁體系轉(zhuǎn)換的目的。實際上，這些材料的熔解需要精準的配合比和過程控制，一旦出現(xiàn)偏差導致熔解失敗，將嚴重影響連續(xù)梁橋體系轉(zhuǎn)換的質(zhì)量。武漢西四環(huán)通順河特大橋單幅臨時固結(jié)塊如何快速、徹底地切除臨時固結(jié)塊是合龍的必備條件。結(jié)合通順河特大橋臨時固結(jié)塊所獨有的特點，決定采用新技術(shù)金剛繩鋸切除連續(xù)墩鋼筋混凝土臨時固結(jié)塊。

對于連續(xù)墩所布置的鋼管柱，在切除連續(xù)墩鋼筋混凝土臨時固結(jié)塊時，在承臺上搭設(shè)鋼管支架施工平臺，割除臨時Φ900鋼管。

① 臨時固結(jié)塊切割工藝流程

施工準備→施工圍擋及安全標識設(shè)置→支撐腳手架搭設(shè)→劃線定位→確定切割斷面位置→安裝固定導向→固定繩鋸機→安裝金剛繩鏈鋸→連接相關(guān)操作系統(tǒng)→鋼筋混凝土臨時固結(jié)塊的切割→砼塊吊裝運出工地→清理場地、支架拆除。

② 施工工藝

通順河大橋連續(xù)墩臨時固結(jié)塊拆除時按照先上后下、由內(nèi)及外的原則進行。根據(jù)切割路線，在不能通過鋼絲繩的地方，用水鉆鉆一直徑 76,mm的透孔，以便于鏈條穿過。取適當位置安裝膨脹螺絲，用來固定切割機與導輪。金剛繩鋸切除固結(jié)塊時，應(yīng)該對稱切除。金剛繩鋸切割機示意圖如圖12所示。

圖12 切割機示意圖Fig.12 Schematic diagram of the cutter

4 結(jié) 語

隨著橋梁向大跨度、寬幅趨勢的發(fā)展，預應(yīng)力連續(xù)梁 0#塊施工技術(shù)越來越重要。本文以具有典型代表的武漢西四環(huán)通順河大橋(在國內(nèi)高速公路同類橋梁中跨度、寬度均位居第一)為依托，研究了超寬變截面 0#塊臨時固結(jié)一體化施工技術(shù)，為以后同類橋梁0#塊設(shè)計與施工提供了借鑒。■

［1］ 夏艷國. 懸臂澆筑連續(xù)梁 0號塊現(xiàn)澆支架探討[J]. 鐵道建筑技術(shù)，2013(11)：8-11.

［2］ 申永利. 臨時固結(jié)支撐在客運專線鐵路連續(xù)梁 0號塊施工過程中的應(yīng)用[J]. 鐵道標準設(shè)計，2009(1)：67-69.

［3］ 李德榮. 客運專線大跨懸臂連續(xù)梁臨時支座的拆除技術(shù)[J]. 鐵道建筑技術(shù)，2014(增1)：79-81.

［4］ 楊轉(zhuǎn)運. 深水承臺上連續(xù)梁剛構(gòu)橋 0號塊施工技術(shù)方案研究[J]. 現(xiàn)代交通技術(shù)，2008，5(2)：52-55.

［5］ 楊重虎. 高腳水庫大橋懸臂梁施工零號塊臨時固結(jié)措施[J]. 道橋工程，2011，10(97)：29-31.

［6］ 吳濤，彭立敏，施成華，等. 高速鐵路隧道線下工程變形監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J]. 鐵道標準設(shè)計，2009(1)：69.

Study on Integrated Construction Technology of Super W ide Variable Cross Section Zero Block Support and Tem porary Consolidation

WANG Yanhu，ZHU Jianhua，ZHANG Zhao
(China Construction Sixth Engineering Bureau Civil Engineering Co.，LTD.，Tianjin 300457，China)

Relying on the building of Tongshun River Super Large Bridge on Wuhan Western Fourth Ring，the integrated construction technology of zero block ultra w ide variable cross-section w ith temporary consolidation was studied．With the properties of ultra w ide，variable cross-section and large span in Tongshun River Bridge，the integrated construction technology of zero block and temporary consolidation was discussed and performed．By using the technology，the cost was reduced and the schedule was cut short significantly．In addition，the technology proposed can be used in the design and construction of sim ilar bridges，which possesses important reference significance.

zero block；temporary consolidation；variable cross-section；continuous beam；continuous pier

U445

：A

：1006-8945(2015)10-0072-05

2015-09-08