高原極端氣候下預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋梁懸臂施工技術(shù)探討

王筆飛，李唐軍

(中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530031)

0 引言

西藏藏嘎村(S306)至羅布薩鎮(zhèn)朱麥莎村公路工程(以下簡稱本項目)中主要工程為羅布薩跨江大橋，主橋為(50+85+50)m+18 m=193 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)+普通鋼筋現(xiàn)澆混凝土箱梁，大橋橫跨雅魯藏布江，主梁設(shè)縱、豎向預(yù)應(yīng)力體系，上構(gòu)梁體采用掛籃懸臂澆筑施工，主橋上構(gòu)施工期在2017年4～11月，項目所處地區(qū)地形條件復(fù)雜，沿線所在區(qū)域氣候?qū)俑咴敫珊导撅L(fēng)氣候區(qū)，光照充足，輻射強烈，氣候惡劣，極端氣候頻繁，全年晝夜溫差大，空氣中氧氣稀薄，地面干燥，地表降水量低和溫度垂直分布明顯。另外，在該地區(qū)位于背陽面和向陽面的溫差也非常大，施工條件極其惡劣，項目施工時間基本貫穿全年，類似相關(guān)工程施工經(jīng)驗少，西藏地區(qū)為橋梁病害高發(fā)區(qū)，西藏雅魯藏布江上已建成運營的同類型橋梁幾乎全部為危橋或限制使用。

1 高原極端氣候下懸臂施工技術(shù)保障措施

1.1 懸澆節(jié)段鋼筋工程在低溫時焊接要求

螺紋鋼筋及圓鋼在低溫環(huán)境條件下，鋼筋的力學(xué)性能發(fā)生相應(yīng)變化，其抗拉強度和屈服點增加，韌性及伸長率指標(biāo)下降。對應(yīng)鋼筋的脆性增加，因此在高原地區(qū)環(huán)境溫度在負溫度環(huán)境中，鋼筋的焊接連接應(yīng)盡量安排在室內(nèi)進行。如因施工工藝等的限制(如懸澆節(jié)段縱向主筋就必須在現(xiàn)場焊接接長)在室外焊接，其周圍的溫度不宜低于零下20 ℃，當(dāng)遇大風(fēng)時應(yīng)有擋風(fēng)措施，焊后未冷卻的接頭要防止冰雪的接觸。

1.2 混凝土工程施工時的保障措施

本項目懸臂澆筑箱梁采用拌合站集中拌制+罐車運輸+提升料斗入模的方式，混凝土在低溫及溫差大的時期，主要對混凝土拌合、運輸、澆筑、養(yǎng)護等幾個主要工序采取對應(yīng)保障措施。

(1)混凝土拌合站的應(yīng)對方法有：拌合樓采用彩鋼復(fù)合板全封閉并用暖風(fēng)機對封閉樓內(nèi)升溫保溫，樓內(nèi)溫度保持在10 ℃以上，上料口和進料輸送帶也采用彩鋼板及篷布進行封裹。

(2)粗細集料倉保溫：料倉彩鋼板搭棚封閉料倉，進口處采用軍用加厚篷布簾子封堵，并用暖風(fēng)機對倉內(nèi)進行長時間升溫保溫，確?；炷涟柚茣r集料溫度≥5 ℃。

(3)蓄水池采用兩層實心磚+蓄水池四周及頂面外包裹加厚棉絮進行保溫，池內(nèi)用定制的電加熱棒對混凝土拌制時用水直接加熱至常溫，池中安裝長尾溫度計量控拌合用水的溫度，對拌合用的外加劑也采用相同的方法進行保溫。

(4)混凝土罐車的大罐采用防水加厚棉被全包裹控溫，并保證運輸通道的暢通，縮短運輸時間。

(5)混凝土提升入模采用2 m3料斗對稱澆筑懸澆箱梁，盡量減少混凝土在料斗的停留時間。

(6)注重改善主橋上構(gòu)懸澆節(jié)段混凝土的抗裂性能，因西藏地區(qū)天氣條件復(fù)雜、惡劣、干燥、晝夜溫差大，主橋上構(gòu)懸澆節(jié)段混凝土中添加一定量聚丙烯纖維材料，提高箱梁混凝土抗裂性能，保證橋梁的耐久性。

(7)對于箱梁混凝土的養(yǎng)護工作，采用加厚棉絮對箱梁頂面、兩側(cè)腹板外模進行貼蓋，并對箱梁端頭進行密封，箱室內(nèi)生鍋爐燒水保溫保濕、頂板及腹板澆灑熱水進行養(yǎng)護。另外，同條件養(yǎng)護試塊的制作、養(yǎng)護和檢測，嚴格按照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50204-2015)的要求進行。

1.3 預(yù)應(yīng)力工程的保障措施

1.3.1 重視張拉時間、張拉時強度與彈模值的控制

項目主橋懸澆施工時間為2017年4～11月，針對項目所處的西藏地區(qū)晝夜溫差大、懸澆施工時間所跨越月平均溫度相差較大，極端氣候(夜間極低溫、風(fēng)速極快)容易出現(xiàn)等特點，施工過程中對箱梁混凝土進行了5 d、6 d及7 d齡期的彈模試驗，結(jié)合混凝土強度值，用于指導(dǎo)選取合理合規(guī)的預(yù)應(yīng)力張拉時間。另外，在施工中對9月份以后的天氣變化幅度較大的實際情況，分別每月做了3組彈模試件進行彈模試驗，了解具體的彈模變化規(guī)律，結(jié)合對應(yīng)齡期混凝土試件的試驗強度值，為選取合理、合規(guī)的張拉時間提供必要的有力依據(jù)。

1.3.2 嚴控預(yù)應(yīng)力管道壓漿時的環(huán)境溫度

依據(jù)月度對每天氣溫變化規(guī)律的統(tǒng)籌統(tǒng)計，每次預(yù)應(yīng)力管道壓漿作業(yè)時，提前預(yù)判作業(yè)時間段，嚴格按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/TF50-2011)對壓漿作業(yè)溫度的要求進行，確保管道注漿時環(huán)境溫度>5 ℃。當(dāng)環(huán)境氣溫<5 ℃時，在梁頂、梁側(cè)面覆蓋和粘貼保溫材料，箱梁內(nèi)采用蒸汽對梁體進行加熱，確保預(yù)應(yīng)力管道壓漿過程中和壓漿后的3 d，預(yù)應(yīng)力孔道周圍混凝土的溫度≥5 ℃，保證預(yù)應(yīng)力管道壓漿施工質(zhì)量。

2 對連續(xù)剛構(gòu)橋合攏階段的控制

考慮到極端大風(fēng)對懸澆節(jié)段部不利影響，上構(gòu)懸澆節(jié)段混凝土合攏前懸澆節(jié)段澆筑時必須兩端對稱進行，兩端不平衡荷載不超過設(shè)計給出的限值，施工前和施工過程中監(jiān)控好不平衡荷載的量值，絕不超限，提前做好預(yù)警；中、邊跨合攏段施工時，按照設(shè)計圖紙要求或設(shè)計無要求時需按力矩平衡計算出壓重值，做好合攏前的平衡壓重工作，確保在極端大風(fēng)天氣下橋梁建設(shè)的安全。

由于橋梁合攏的時間在2017年年末，氣溫偏低，且晝夜溫差為全年的最大值，橋梁墩柱及懸澆節(jié)段受溫度變化、混凝土收縮徐變等因素引起的次內(nèi)力就會相當(dāng)大，同時，上部梁體混凝土受鋼束張拉和后期的收縮等影響，造成主橋各主墩間有向內(nèi)縮，以致橋墩偏位，對主墩的受力產(chǎn)生不利影響。

為改善橋梁的受力狀況，抵消由于高溫差合攏造成的各種不利影響，決定在主橋梁部中跨合攏時采取頂推措施，頂推后改善橋梁受力狀態(tài)，以減少溫差較大及低溫環(huán)境對合攏段的不利影響。在中跨合攏段對梁體施加水平頂推力，使墩頂產(chǎn)生與合攏溫差引起的水平位移值相等的反向位移，這樣就消除了各墩頂因合攏溫差引起的水平位移，同時也部分消除了結(jié)構(gòu)附加的溫度應(yīng)力。為了保證合攏頂推時的橋梁安全，合攏頂推采用力和位移值雙控。在與設(shè)計單位充分溝通和結(jié)合現(xiàn)場施工實際的氣溫條件下，按照三跨一聯(lián)的連續(xù)剛構(gòu)橋手算的合攏頂推力公式：P=24EI1I3△AB/(I3l13+I1l33)，頂推力和頂推位移呈線性關(guān)系，以及利用計算軟件Midas 2011的空間Midas有限元模型，計算溫度影響下剛構(gòu)主墩墩頂相對位移值進行復(fù)核及頂推施工，頂推位移值與手算、電算結(jié)果及實際頂推位移值基本一致，具有良好的技術(shù)保障效果。

3 施工過程中加強橋梁上構(gòu)的線形監(jiān)控

溫差較大及大風(fēng)天氣頻發(fā)等因素可能會對連續(xù)剛構(gòu)橋梁上構(gòu)線形產(chǎn)生不利影響，在懸澆節(jié)段施工前，通過有資質(zhì)的監(jiān)控量測單位結(jié)合實際的環(huán)境溫度等數(shù)據(jù)對施工過程的工況進行模擬計算比較，對比設(shè)計給出的立模標(biāo)高，經(jīng)充分溝通后調(diào)整理論的預(yù)拱度值。在實際懸澆節(jié)段施工中，與實際施工時的溫度情況及前1～2個節(jié)段混凝土澆筑后的實測高程的對比，結(jié)合監(jiān)測到的橋梁施工過程中階段性的力學(xué)數(shù)據(jù)，不斷進行下一個懸澆節(jié)段的立模高程數(shù)據(jù)調(diào)整，使得成橋后及運營階段橋梁的線形平順美觀，符合設(shè)計及受力等要求。

4 結(jié)語

羅布薩跨江大橋連續(xù)剛構(gòu)橋主橋懸臂梁段及現(xiàn)澆梁部分，位于西藏南部，雅魯藏布江中游河谷區(qū)域，平均海拔4 000 m，屬于高海拔地區(qū)，極端氣候頻現(xiàn)，晝夜溫差大，氣候干燥，橋梁病害極易發(fā)生，合理有效的技術(shù)保障措施顯得尤為重要。根據(jù)羅布薩跨江大橋成橋后的橋檢報告結(jié)論，各項指標(biāo)良好。實際施工中由于極端惡劣條件，操作過程中也面臨了許多的難題，對于特殊的高原地區(qū)橋梁工程的建設(shè)工作，需要我們牢牢把控每一道施工工序環(huán)節(jié)，盡量避免給橋梁的后期工作和未來投入使用后留下任何隱患，從技術(shù)保障措施入手，保證橋梁施工的質(zhì)量。