鐘萬波
(中鐵二局第一工程有限公司,貴州 貴陽 550000)
復雜山區(qū)環(huán)境高墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋施工關(guān)鍵技術(shù)研究
鐘萬波
(中鐵二局第一工程有限公司,貴州 貴陽 550000)
思劍高速公路烏江特大橋位于貴州省思南縣境內(nèi),橫跨烏江峽谷,主橋設(shè)計為116 m+220 m+116 m采用變截面預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁,主墩高121 m,橋面至烏江水距離195 m,主橋位置地形險峻,施工環(huán)境復雜。施工中開展技術(shù)攻關(guān),利用絞坡道解決材料運輸問題,采用液壓爬模方案解決高墩施工問題,研究了0#段自承法施工技術(shù)和利用掛籃施工邊跨現(xiàn)澆段等技術(shù)。
山區(qū);復雜環(huán)境;高墩;連續(xù)剛構(gòu)橋
近年來,隨著我國西部大開發(fā)和“一路一帶”建設(shè)的推進,在云貴高原等山區(qū),高速公路和鐵路建設(shè)正迅猛發(fā)展,為了適應山區(qū)地勢險峻,山高谷深等復雜的地理環(huán)境,高墩大跨預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋作為一種經(jīng)濟實用的橋型,在山區(qū)的橋梁建設(shè)中得到了大量運用和快速發(fā)展。
在山區(qū)修建高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋,往往都為了跨越深山峽谷,河流等困難地段。施工環(huán)境復雜,安全風險高,影響因素多。如施工便道建設(shè),材料設(shè)備運輸、高墩施工、梁部施工等,因施工環(huán)境因素復雜,需要開展大量的施工技術(shù)方案研究[1,2]。
本文以思劍高速公路烏江特大橋主橋施工為基礎(chǔ),經(jīng)技術(shù)調(diào)研、工程類比和理論分析,對山區(qū)困難環(huán)境高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋施工技術(shù)方案進行了系統(tǒng)深入的研究,就施工中的關(guān)鍵技術(shù)進行歸納總結(jié)。
思劍高速烏江特大橋位于貴州省思南縣境內(nèi),為跨越烏江而設(shè)置,是思南至劍河高速公路工程項目中最大的一個重點控制性工程。該橋全長1 010.0 m。其中主橋116 m+220 m+116 m采用變截面預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁,引橋采用預應力混凝土T梁,先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)。橋墩設(shè)計雙肢等截面矩形空心墩,最高主墩為121 m,烏江水面至橋面高度達195 m。橋梁基礎(chǔ)設(shè)計為鉆孔樁基礎(chǔ)。
橋位區(qū)地貌單元屬山區(qū)河流地貌,兩岸地形陡峭。斜坡自然坡度為10°~50°,呈“V”形河谷,橋位范圍內(nèi)中線地面高程345~540 m,最大相對高差195 m,見圖1、圖2。
圖1 烏江特大橋地形地貌圖
圖2 烏江特大橋成橋圖
烏江特大橋主位橋置呈“V”形河谷,兩岸地形陡峭,最大相對高差195 m。施工中重點研究了:(1)材料、設(shè)備和人員的交通運輸方案;(2)超高薄壁空心墩的施工技術(shù)方案;(3)大體積0#段施工技術(shù)方案;(4)高墩陡坡環(huán)境邊跨直線段現(xiàn)澆施工技術(shù)方案。
2.1交通運輸方案
在復雜的山區(qū)環(huán)境修建橋梁,材料、機械設(shè)備和人員的交通組織運輸比較困難,施工中通常采用沿山體展線修建施工便道,在峽谷上架設(shè)索道等方式解決施工中的交通運輸問題。但在烏江特大橋施工中,因地形比較特殊,上述方案施工成本高,實施困難。
根據(jù)烏江特大橋主墩兩岸的地形特點,經(jīng)過大量的施工技術(shù)方案研究比較,最終采用絞坡道+懸索便橋的交通運輸方案成功解決了該橋材料、設(shè)備和人員的交通運輸難題。絞坡道原理是,利用既有的峽谷兩岸坡道設(shè)計絞坡道,通過絞坡道平臺(類似斜向電梯)將鉆機,吊車、鋼材、混凝土等從山頂絞坡道平臺運輸?shù)街鞫崭浇钠脚_,重點解決施工中材料設(shè)備運輸問題。而兩岸間的人員往來主要通過懸索便橋解決,見圖3~圖5。
圖3 絞坡道設(shè)計圖(單位:m)
圖4 絞坡道施工圖
圖5 索道便橋施工圖
2.2超高薄壁空心墩的施工技術(shù)方案
高墩施工通常采用液壓爬模、翻模、懸臂模型等施工方法。針對山區(qū)復雜環(huán)境,運輸困難的高墩施工,采用液壓爬模更為安全合理,操作簡便。
液壓自爬模是一種能自動爬升的模板體系。它的動力來源是本身自帶的液壓頂升系統(tǒng),液壓頂升系統(tǒng)包括液壓油缸和上下?lián)Q向盒,換向盒可控制提升導軌或提升架體,通過液壓系統(tǒng)可使模板架體與導軌間形成互爬,從而使液壓自爬模穩(wěn)步向上爬升,液壓自爬模在施工過程中無需其它起重設(shè)備,操作方便,爬升速度快,安全系數(shù)高。
液壓自爬模系統(tǒng)組成由預埋件、導軌、支架、模板及液壓動力裝置五部分組成。模板高度4.65 m,澆注高度4.5 m,施工時上挑50 mm,下包100 mm,能有效的防止錯臺和漏漿,設(shè)置對拉拉桿,抵消混凝土的側(cè)壓力,防止跑模。主要工序包括:軌道爬升→爬架爬升→安裝墩身縱向主筋和其它鋼筋→關(guān)模并校核→澆筑混凝土→混凝土脫模、養(yǎng)護。爬架在自爬升前,先行軌道的爬升。軌道爬升流程如下:檢測混凝土強度達到一定的強度(20 MPa)→安裝爬錐及其裝置→調(diào)整步進裝置,使其棘塊一致向上→開啟進油閥門→啟動液壓控制柜→拆除軌道銷→爬升軌道→插入軌道銷→關(guān)閉進油閥門,關(guān)閉液壓控制柜,切斷電源→拆除下部爬錐→安裝下支撐。液壓爬模結(jié)構(gòu)見圖7。
圖7 液壓自爬模結(jié)構(gòu)示意圖
2.3大體積0#段施工技術(shù)方案
連續(xù)剛構(gòu)橋0#段一般采用搭設(shè)托架的方式一次或兩次澆筑完成,但由于墩間跨距較大,鋼平臺必須設(shè)置斜牛腿支撐,施工中為防止斜牛腿對墩身產(chǎn)生的水平力及溫差、風力等其他外界因素導致墩身兩肢產(chǎn)生相對位移,進而對新澆混凝土產(chǎn)生破壞,須設(shè)置較強的墩間臨時鎖定。這種方案因需要設(shè)置牛腿和強有力的臨時鎖定,施工平臺鋼材用量大,操作復雜,特別是斜牛腿焊接施工極不方便,存在安全隱患。
圖8 烏江特大橋主橋0#梁段結(jié)構(gòu)示意圖(單位:cm)
烏江特大橋箱梁0#段梁高14m,梁段長18m,兩端分別懸臂1 m,0#段頂寬11.25 m,底寬6.5 m,頂板懸臂長2.375 m,0#梁段設(shè)計采用C55混凝土,方量為855.2 m3。結(jié)構(gòu)示意見圖8。
經(jīng)過對過去大體積0#段施工方案的研究比較,結(jié)合烏江特大橋的特點,本橋采用了0#段結(jié)構(gòu)自承法施工技術(shù)方案。即:烏江特大橋0#段施工時,采取分三次澆筑完成的施工方案,在0#段底板第一層混凝土底板增設(shè)縱向預應力束,當混凝土強度達到規(guī)范要求后進行張拉,第一層混凝土與墩柱成為一個類似于小連續(xù)剛構(gòu)橋的結(jié)構(gòu),用以承受第二層和第三層混凝土的施工荷載。從而達到簡化底模鋼平臺結(jié)構(gòu),節(jié)約鋼材、保證質(zhì)量的目的,見圖9、圖10。
2.4高墩陡坡環(huán)境邊跨直線段現(xiàn)澆施工技術(shù)方案
高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋一般情況下均采用懸臂澆注法施工,懸臂澆筑段通常采用掛籃施工,邊跨直線段通常采用落地滿堂支架現(xiàn)澆、墩身預埋牛腿支架、利用掛籃現(xiàn)澆等方案。這些施工方案適用范圍及各自的優(yōu)缺點見表1。
圖9 0#段分層施工設(shè)計圖(單位:cm)
圖10 0#段第一層混凝土結(jié)構(gòu)模型圖
表1 施工方案比較表
通過對上述三種方案比較分析,結(jié)合烏江特大橋的特點,該橋邊跨直線段現(xiàn)澆采用掛籃現(xiàn)澆。施工時,主要利用了掛籃主桁、底模系統(tǒng),后錨及懸吊系統(tǒng),并通過接長掛籃底??v梁至邊墩蓋梁,再鋪設(shè)底模及搭設(shè)外模支架進行邊跨現(xiàn)澆段施工。其施工順序為:前期準備工作→懸臂梁段張拉壓漿完畢→掛籃前移→掛籃底??v梁支撐與邊墩墩頂→鋪設(shè)底模系統(tǒng)→安裝現(xiàn)澆段側(cè)模、翼緣板底?!鷾y量定位、校?!壴装?、腹板鋼筋并安裝預應力管道→搭設(shè)內(nèi)膜、頂板底模支撐架→安裝頂板鋼筋和預應力管道→澆筑現(xiàn)澆段混凝土,見圖11。
思劍高速公路烏江特大橋于2013年建成通車,并于2015年獲國家建設(shè)工程魯班獎。該橋地處山區(qū),橫跨烏江峽谷,施工環(huán)境困難。針對項目的特點和難點,開展了一序列施工關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),創(chuàng)新解決了材料、設(shè)備和人員的交通運輸難題;完善超高薄壁空心墩的施工技術(shù)問題;成功解決剛構(gòu)橋0#段大體積混凝土自承法施工技術(shù);有效利用掛籃現(xiàn)澆邊跨直線段梁體施工技術(shù)等。這些施工方法,對今后在山區(qū)復雜環(huán)境修建橋梁具有借鑒意義。
U448.23
B
1009-7716(2016)04-0123-03
10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.04.038
2015-12-29
鐘萬波(1974-),男,貴州興仁人,高級工程師,從事鐵路施工技術(shù)管理工作。