大跨連續(xù)剛構(gòu)拱橋Y型三角區(qū)關(guān)鍵施工技術(shù)

楊誠祺 黃明超

中鐵二局第四工程有限公司

大跨連續(xù)剛構(gòu)拱橋Y型三角區(qū)關(guān)鍵施工技術(shù)

楊誠祺 黃明超

中鐵二局第四工程有限公司

鄧村80+150+80m大跨度連續(xù)剛構(gòu)拱橋Y型三角區(qū)設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，支架支撐體系安全風(fēng)險(xiǎn)較高，文章結(jié)合該橋Y形三角區(qū)支撐體系設(shè)計(jì)、預(yù)壓、大體積砼澆筑及防裂、高支?！白詣?dòng)化”監(jiān)測(cè)、應(yīng)力及線形控制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹、總結(jié)，供類似工程施工參考、借鑒。

大跨度連續(xù)剛構(gòu)拱橋 Y型三角區(qū) 施工技術(shù)

1 工程概況

1.1 工程概述

鄧村(80+150+80)m連續(xù)剛構(gòu)拱橋全長310m，線間距為4.2～5.0m。平曲線半徑500m，縱坡0%，無橫坡，上部結(jié)構(gòu)由Y形三角區(qū)、懸臂澆筑段和邊跨現(xiàn)澆段、合攏段幾部分組成，采用掛籃懸臂澆筑+支架現(xiàn)澆法施工。

Y型三角區(qū)全長57m，由拱肋、肋梁交匯段和拱上梁三部分組成。拱肋為上寬下窄梯形，結(jié)構(gòu)高2.15～2.76m，寬4.5～5.201m，鋼筋砼實(shí)心結(jié)構(gòu)；肋梁交匯段梁高5.79m，中墩頂梁段截面梁高2.0m，梁高沿縱向按2.5次拋物線變化，至拱梁交接處梁高為2.47m；拱上梁為單箱單室斜腹板箱梁，頂寬10.8m，高2m，底寬5.4m。單個(gè)Y型三角區(qū)主要工程數(shù)量為C60砼1150m3，鋼筋330t，鋼絞線18.8t。

1.2 重難點(diǎn)

(1)Y型三角區(qū)總長達(dá)57m，平曲線半徑僅500m，平面及高度線型同時(shí)變化，橋面寬隨線間距變化，梁底板上下緣沿曲線變化，拱肋寬成扇形遞增變化，梁體變形特點(diǎn)復(fù)雜(豎向變形、橫向變形、扭轉(zhuǎn)變形)，不僅考慮豎向預(yù)拱度，還要考慮橋墩的側(cè)向偏移和箱梁的扭轉(zhuǎn)，線形控制難度大；

(2)Y型三角區(qū)設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，施工次數(shù)多(分三次澆筑)，預(yù)應(yīng)力復(fù)雜，拱肋與墩交接處、拱肋與主梁交接處等關(guān)鍵部位易造成混凝土開裂；

(3)主墩SD123三角區(qū)小角度斜跨既有鄧村橋(該橋老化嚴(yán)重，承載力不足、跨度25m)，模板及支架體系(含基礎(chǔ))設(shè)計(jì)難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。

2 施工工藝流程

三角區(qū)施工工藝流程：交通疏解→河中鋼管樁施工→鋼管樁承載力檢測(cè)→岸上地基處理→拱肋支架搭設(shè)(含跨河段鋼管樁及貝雷梁支架體系預(yù)壓)→支架預(yù)壓→拱肋模板安裝、鋼筋制安→I區(qū)(拱肋)砼澆筑、養(yǎng)護(hù)→II區(qū)(拱梁交匯段)模板安裝、鋼筋制安→II區(qū)砼澆筑、養(yǎng)護(hù)→II區(qū)張拉壓漿→III區(qū)(拱上梁)支架搭設(shè)→III區(qū)模板安裝、鋼筋制安→III區(qū)砼澆筑、養(yǎng)護(hù)→Y形三角區(qū)張拉壓漿→拆除Y形三角區(qū)支架。

圖2-1 Y型三角區(qū)澆筑順序示意圖

3 Y形三角區(qū)關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 跨河段支架體系設(shè)計(jì)、施工

3.1.1 跨河段基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及承載力檢測(cè)

SD123主墩拱肋段斜跨既有鄧村既有橋(2*12.5=25m跨簡支梁板)，鑒于拱肋重量大、Y腿結(jié)構(gòu)對(duì)沉降敏感，采用“單跨跨越”施工風(fēng)險(xiǎn)大，對(duì)結(jié)構(gòu)不利。為做到支架安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行，經(jīng)仔細(xì)研究地質(zhì)資料，本著充分利用舊橋基礎(chǔ)的原則，采取了“橋面破洞施工鋼管樁基礎(chǔ)+既有橋基礎(chǔ)”相結(jié)合的組合基礎(chǔ)型式，經(jīng)計(jì)算，設(shè)φ630*10mm鋼管樁4排20根，單根長24米，橫橋向間距2.0m，順橋向間距3.0m，每排鋼管樁頂設(shè)雙拼I50b工字鋼，解決了跨河支架基礎(chǔ)設(shè)置的難題。

選取受力分析承受最大承載力的鋼管樁，做單樁承載力試驗(yàn)，試驗(yàn)方法采用500t液壓千斤頂+雙拼I50b工字鋼與相鄰兩根鋼管樁焊接組成的反力架進(jìn)行。

3.1.2 跨河段組合支撐體系堆載預(yù)壓技術(shù)

貝雷梁單層長21m，高1.5m，間距：拱肋下22.5cm，翼緣板下90cm。

跨河段支撐為20根鋼管樁+工字鋼+31榀貝雷梁等構(gòu)成的組合體系。根據(jù)Madas Civil軟件，該體系總計(jì)需承重1647.2t，采用砼塊按10%，50%，100%，120%四級(jí)加載，布設(shè)6個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)和4個(gè)擾度觀測(cè)點(diǎn)(見圖3-1鋼管樁沉降及貝雷梁擾度測(cè)點(diǎn)布置圖、見圖3-2沉堆載預(yù)壓貝雷梁)，通過千分表精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，其中沉降觀測(cè)允許變形值為5mm，貝雷梁跨中允許撓度值L/400=3/400=7.5mm。

圖3-1 鋼管樁沉降及貝雷梁擾度測(cè)點(diǎn)布置圖

圖3-2 堆載預(yù)壓貝雷梁

圖3-3 堆載預(yù)壓沉降及擾度曲線圖

經(jīng)實(shí)測(cè)，最大沉降為3號(hào)測(cè)點(diǎn)(累計(jì)最大沉降2.4mm，其中彈性1.8mm、非彈性0.6mm)，最大擾度為2號(hào)測(cè)點(diǎn)(累計(jì)最大變形7mm，彈性3.5mm、非彈性3.5mm)，測(cè)點(diǎn)位置與計(jì)算模型吻合(見圖4-5堆載預(yù)壓沉降及擾度曲線圖)，測(cè)點(diǎn)變形值滿足要求。

3.1.3 滿堂支架設(shè)計(jì)、搭設(shè)及預(yù)壓施工要點(diǎn)

拱肋下方(拱肋段支架)：Y肋下方支架橫向間距30cm，翼緣板橫向間距60cm，縱向間距60cm，靠近墩身12.0m范圍內(nèi)步距120cm，遠(yuǎn)離墩身14.0m范圍步距60cm。

拱肋上三角區(qū)(拱上梁支架)：縱向間距90cm，橫向間距為：底板下60cm、腹板下30cm，步距120cm；拱肋下部從橋墩算起16m范圍內(nèi)縱向間距60cm，橫向間距30cm，步距120cm；16m至28m范圍內(nèi)縱向間距60cm，橫向間距30cm，步距60cm(見圖3-4 Y肋及拱上梁支架結(jié)構(gòu)斷面圖)。

施工要點(diǎn)：

(1)碗扣支架嚴(yán)格按方案和規(guī)范要求搭設(shè)，Y型拱肋兩側(cè)支架通過水平普通鋼管連接成整體，以克服混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的水平力。

(2)支架頂托與縱向承重方木間的空隙通過三角形方木砌塊填塞密實(shí)，確保立桿垂直作用于拱肋上，以克服16°拱肋水平分力對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。

(3)由于拱肋、拱梁交匯段及拱上梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，噸位大(約 3200t)，路中場(chǎng)地受限，故在支架及底模鋪設(shè)完成后，選擇9m代表斷面，采用鋼筋按50%， 100%，120%分級(jí)加載預(yù)壓，共設(shè)3個(gè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，通過水準(zhǔn)儀、全站儀適時(shí)監(jiān)測(cè)(圖3-5堆載預(yù)壓及測(cè)點(diǎn)布置圖)。經(jīng)實(shí)測(cè)，最大變形8mm，變形值滿足規(guī)范要求。

3.2 模板及鋼筋工程施工要點(diǎn)

圖3-4 Y肋及拱上梁支架結(jié)構(gòu)圖

圖3-5 堆載預(yù)壓及測(cè)點(diǎn)布置圖

因主墩墩身需預(yù)留2m與拱肋一起澆筑，為有效支撐墩身后澆段與拱腳模板，克服傾斜拱肋砼澆筑水平分力對(duì)拱腳及墩身的不利影響，設(shè)計(jì)了“鋼管柱(通過精軋螺紋剛對(duì)拉)+定型鋼?！崩瓝谓M合體系(見下頁圖3-6 墩肋結(jié)合段支撐體系結(jié)構(gòu)圖)，確保了結(jié)構(gòu)施工安全。

拱肋及其以上部位均采用122×244×1.8cm木模，次龍骨為10*10cm方木@20cm，主龍骨為三排雙拼[10槽鋼，精軋螺紋鋼對(duì)拉，支架底墊15cm×15cm方木(與貝雷梁接觸處墊I16工鋼)。鋼筋下料嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸，縱向主筋采用直螺紋套筒連接。

3.3 混凝土施工操作要點(diǎn)

3.3.1 混凝土性能。根據(jù)各澆筑段長度、方量、鋼筋間距，拱肋斜度，結(jié)合砼振搗所用時(shí)間和泵送砼施工需要，控制坍落度140-180mm，初凝時(shí)間8～10h。

3.3.2 混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)。根據(jù)三角區(qū)拱肋、肋梁交匯段及拱上梁砼方量，每段澆筑施工盡量縮短，嚴(yán)格“分層連續(xù)疊澆、左右對(duì)稱、一次到位”。針對(duì)倒梯型斜截面(呈16度傾角)實(shí)心拱肋，采取分塊隨澆隨搗固后壓“頂?！狈绞?，在輔以人工敲擊頂模。關(guān)鍵受力部位(如Y腿與主墩交接部位，Y腿與主梁交接部位)鋼筋密集，采取φ30cm振搗棒輔以振搗，確保砼內(nèi)實(shí)外美(圖3-7 Y肋砼澆筑)。

為避免新舊混凝土收縮徐變差導(dǎo)致后澆混凝土開裂，采用關(guān)模養(yǎng)護(hù)7天的方式確保混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，頂面覆蓋塑料膜土工布保溫保濕養(yǎng)護(hù)14天。

圖3-7 Y肋砼澆筑

3.3.3 施工縫的處理。合理安排施工工序，使施工縫的混凝土齡期差異控制在14天內(nèi)，并在施工斷縫周邊1～2m范圍內(nèi)添加表面D8防裂鋼筋網(wǎng)片，嚴(yán)格鑿毛，露出新鮮粗骨料，并將混凝土渣清除干凈后，方可進(jìn)行下段施工。

3.3.4 砼防裂采取的主要措施。為防止混凝土水化熱引起的溫差拱肋裂縫及變形等危害，采取了如下溫控措施：一是采用低水化熱硅酸鹽水泥；二是優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，C60混凝土采用5-25mm連續(xù)級(jí)配碎石、Ⅱ區(qū)中砂，選用低水化熱水泥，內(nèi)摻15%S95礦粉摻和料，SKT-S2高性能緩凝減水劑；混凝土中摻加高效減水緩凝泵送劑，達(dá)到延緩水泥水化反應(yīng)時(shí)間和速度、降低水膠比的目的；三是澆筑前對(duì)骨料、拌合用水降溫，控制混凝土入模溫度；四是在結(jié)構(gòu)內(nèi)部預(yù)埋溫度計(jì)，適時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部溫度，及時(shí)采取有效降溫措施，防止內(nèi)外溫差過大開裂；五是在其結(jié)構(gòu)內(nèi)部布設(shè)“S”型冷卻管(管徑φ48×3mm)，做到及時(shí)通水降溫。

圖3-6 墩肋結(jié)合段支撐體系結(jié)構(gòu)圖

3.3.5 高支模“自動(dòng)化”監(jiān)測(cè)與常規(guī)監(jiān)測(cè)“雙控”技術(shù)。首次采用智能無線數(shù)據(jù)采集儀，通過安裝位移、雙軸傾角及軸壓傳感器，借助無線接收器，做到了全方位自動(dòng)、實(shí)時(shí)采集支架沉降、傾角、軸力等數(shù)據(jù)，并在室內(nèi)監(jiān)測(cè)平臺(tái)動(dòng)態(tài)、直觀顯示，不僅解決了傳統(tǒng)全站儀及水準(zhǔn)儀數(shù)據(jù)采集單一的問題，而且克服了長時(shí)間測(cè)量人為誤差及夜間測(cè)量困難的問題。同時(shí)通過支架吊線錘方式、借助水準(zhǔn)儀、全站儀傳統(tǒng)方式采集支架沉降、位移及變形數(shù)據(jù)，智能儀器與人工監(jiān)測(cè)雙控雙保險(xiǎn)(見圖3-8 支架體系監(jiān)測(cè)布置圖、表3-1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)成果表)。

表3-1 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)成果表

3.4 預(yù)應(yīng)力工程施工操作要點(diǎn)

3.4.1 三角區(qū)預(yù)應(yīng)力張拉采用“四頂同步智能張拉”，張拉順序先下后上，先長束后短束，先張拉腹板束，再頂板、底板束，同一類型截面束對(duì)稱張拉。預(yù)采用“雙控”，以張拉力為主，以預(yù)應(yīng)力筋伸長值校核，實(shí)際伸長值與理論伸長值偏差不大于±6%。

3.4.2 為防止肋梁交匯段及拱上梁施工縫出現(xiàn)降溫收縮裂縫，采取早期預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)措施：澆筑完成拱上梁段后，待梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的95%，且梁段混凝土齡期不少于7天時(shí)，對(duì)2T0、2D3b、2D2b、2D2c鋼束進(jìn)行初張拉，張拉控制應(yīng)力為0.4fpk。待梁段混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的100%及彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)值的100%后 終 張 拉2T0、2D3b、2D2b、2D2c鋼束。

3.5 應(yīng)力控制

由于梁部施工臨時(shí)支架受力復(fù)雜，為保證拱肋安全，確保拱肋在施工過程中不出現(xiàn)拉應(yīng)力裂縫，在拱肋根部和端部共四個(gè)截面布置鋼筋應(yīng)力計(jì)，每個(gè)截面布置4個(gè)共16個(gè)應(yīng)力計(jì)，及時(shí)對(duì)施工各階段受力進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析，并及時(shí)采取相應(yīng)措施，確保三角區(qū)施工安全。

3.6 線形控制

施工前綜合考慮三角區(qū)域拱肋的支架體系變形、梁段的自重、鋼束張拉、溫度變化、混凝土收縮徐變及活載作用等各種因素的影響，在結(jié)構(gòu)豎向方面：計(jì)算出每一段懸臂梁端點(diǎn)的各種撓度值，根據(jù)撓度值設(shè)計(jì)各截面預(yù)留拱度，施工過程中加以調(diào)整。高程用高精度電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，平面位置測(cè)量采用1’精度全站儀測(cè)量(直線段5m/斷面，曲線段2m/斷面)。

4 結(jié)語

Y型三角區(qū)結(jié)構(gòu)新穎、構(gòu)造復(fù)雜，支架施工安全風(fēng)險(xiǎn)性較大。從Y型三角區(qū)施工情況來看：①支架體系采用Madas Civil仿真分析受力各種工況可靠有效；②通過單根鋼管樁承載力試驗(yàn)、貝雷梁堆載試驗(yàn)及支架預(yù)壓，支架沉降變形監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)有效驗(yàn)證了支架的穩(wěn)定性；③斜面澆筑混凝土采用“壓?！狈绞剑鬼艃?nèi)實(shí)外美；④運(yùn)用高支?！白詣?dòng)化”監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控自動(dòng)化、一體化集成。通過該橋的施工經(jīng)驗(yàn)，為類似橋梁施工提供參考。

[1]《鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB10752-2010)

[2]《鐵路預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)橋(剛構(gòu))懸臂澆筑施工技術(shù)指南》(TZ324-2010)

圖3-8 支架體系監(jiān)測(cè)布置圖