大跨長聯(lián)連續(xù)剛構(gòu)七次合龍結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換施工

劉 歡

(中鐵十一局集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430000)

0 引 言

連續(xù)多跨剛構(gòu)橋梁跨度大、造價(jià)較低，主要用于跨越河流主航道、交通繁忙道路、峽谷等地區(qū)，此類橋多采用懸澆施工。連續(xù)剛構(gòu)在跨越大江大河時(shí)一般墩身較高、跨度較大，所以懸澆施工受天氣影響較大，大風(fēng)和雨雪天氣安全風(fēng)險(xiǎn)較高，多次懸臂澆筑線形控制復(fù)雜，施工難度較大。連續(xù)多跨剛構(gòu)橋梁在懸澆施工中最關(guān)鍵的階段就是合龍段施工，橋梁的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換在此階段最終形成。對于大跨長聯(lián)連續(xù)剛構(gòu)組合橋，由于其合龍段數(shù)量多、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換次數(shù)多、合龍工期長、跨越時(shí)間長，造成外界影響因素多[1-6]，故對合龍段施工工藝的要求更高。目前，高墩大跨長聯(lián)多次合龍結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換方面的實(shí)例較少，也沒有同類型的研究及規(guī)范可參考。

本文結(jié)合新建呼準(zhǔn)鐵路大路黃河特大橋主橋(97.75+5×168+97.75)m連續(xù)梁的施工案例，對剛構(gòu)連續(xù)梁合龍段施工進(jìn)行研究。

1 工程概況

新建呼準(zhǔn)鐵路地處內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特和鄂爾多斯境內(nèi)，線路自呼和浩特樞紐引出，經(jīng)過呼和浩特市土默特左旗、托克托縣，在海生不拉高速公路下游3 km處跨越黃河后，進(jìn)入鄂爾多斯準(zhǔn)格爾旗。

大路黃河特大橋?yàn)楸揪€路控制性工程，主跨(97.75+168×5+97.75)m剛構(gòu)連續(xù)梁又是大橋施工的重中之重。雙線客貨共線鐵路橋中(97.75+5×168+97.75)m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)連續(xù)梁具有跨度大(168 m)、跨數(shù)多(7跨)、聯(lián)長(1 037.4 m)、梁體高(0#梁段高12 m，最低梁高6 m)、梁體重(0#梁段重1 985.82 t，最小梁段重111.88 t)、懸澆梁段多(271個(gè)梁段)、合龍次數(shù)多(7次)等難點(diǎn)。

剛構(gòu)連續(xù)梁合龍又是全橋施工成功與否的重點(diǎn)，大橋合龍順序?yàn)橄群淆埓沃锌?，然后合龍次邊跨，接著懸澆不平衡段，再合龍邊跨，最后合龍中跨。每次合龍都是一次體系轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換復(fù)雜。

2 施工原理

多孔大跨長聯(lián)連續(xù)剛構(gòu)橋多次合龍結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換施工工藝采用掛籃前移施工每個(gè)合龍段(懸澆合龍段兩端梁段混凝土?xí)r預(yù)埋掛籃預(yù)留孔)，每個(gè)合龍段施工前都需要進(jìn)行配重。澆注混凝土前，對合龍段兩端梁段進(jìn)行剛連接(懸澆合龍段兩端梁段混凝土?xí)r預(yù)埋剛連接件)；澆注混凝土?xí)r，邊澆注邊卸載配重；混凝土澆注完成后，采用繩鋸解除臨時(shí)支座。在中跨合龍前對其進(jìn)行預(yù)頂推。

(1)為了充分利用懸澆階段的設(shè)備，本工藝沒有像一般連續(xù)梁合龍時(shí)那樣拆除所有掛籃和模板，使用吊架施工合龍段，而是充分利用了懸澆施工時(shí)既有的掛籃和模板。具體施工方法是：將合龍段兩側(cè)的一只掛籃前移充當(dāng)?shù)跫苁褂?，另一只掛籃直接拆除，拆除的掛籃一部分吊放到地面，另一部分可以充當(dāng)配重，一舉兩得。

(2)為保證合龍段形成強(qiáng)度前的穩(wěn)定，在合龍段混凝土澆注之前設(shè)置掛籃平衡配重和合龍段混凝土平衡配重。由于大跨長聯(lián)剛構(gòu)橋合龍段混凝土方量大、重量大，需要的配重重量也很大，且合龍工期短，所以一般的吊裝堆載配重就顯得力不從心了。本橋采用的方法是，利用簡易水箱充當(dāng)配重容器，從拌合站抽水至混凝土罐車內(nèi)，然后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場由混凝土輸送泵泵送至梁面進(jìn)行配重。

(3)合龍段的臨時(shí)鎖定。采用剛性支撐和張拉臨時(shí)合龍束鎖定方案，使合龍段兩端形成可承受一定彎矩和剪力的剛結(jié)點(diǎn)，防止由于混凝土溫度徐變、臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束等各種因素影響，導(dǎo)致在合龍前就產(chǎn)生變形。對剛性支撐的斷面面積和支撐位置及臨時(shí)束的張拉嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求實(shí)施。勁性骨架(鋼連接)作為一種臨時(shí)鎖定結(jié)構(gòu)，在張拉臨時(shí)合龍束之前設(shè)置，主要用于防止合龍段澆筑過程中因溫度、混凝土、臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束對合龍段兩側(cè)的影響使合龍段變形[7]。本橋采用體外骨架，通過預(yù)埋在箱梁頂板頂面、底板頂面的鋼板與箱梁連接。

(4)合龍的預(yù)頂力。頂推是指在合龍段臨時(shí)鎖定前，利用千斤頂?shù)仍O(shè)備使懸臂梁段向外側(cè)移動(dòng)一段距離后連接骨架，以儲存一定壓力、變位于結(jié)構(gòu)的操作。頂推工藝的主要目的是為了提前給合龍段施加一個(gè)推力，加大合龍段長度，保證合龍段施工后在溫度收縮徐變、預(yù)應(yīng)力張拉的影響下，能夠消除梁體內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力，防治梁體產(chǎn)出裂縫等病害[8-13]。

(5)臨時(shí)支座的解除。多孔大跨長聯(lián)連續(xù)剛構(gòu)橋臨時(shí)固結(jié)一般都非常大，并且混凝土內(nèi)配有相當(dāng)數(shù)量的精軋螺紋鋼筋。為保證工期，本橋采用繩鋸即可克服以上困難，安全高效際解除臨時(shí)支座。

(6)體外預(yù)應(yīng)力設(shè)置。多孔大跨長聯(lián)剛構(gòu)連續(xù)梁施工難度極大，合龍后如果施工中出現(xiàn)紕漏，通過應(yīng)力監(jiān)控發(fā)現(xiàn)梁體出現(xiàn)混凝土收縮徐變和預(yù)應(yīng)力損失時(shí)，一般常規(guī)方法無法對其進(jìn)行彌補(bǔ)。本橋采用設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力束作為備用束[14]，如果出現(xiàn)梁體混凝土收縮徐變和預(yù)應(yīng)力損失時(shí)，可以張拉部分體外預(yù)應(yīng)力束對梁體預(yù)應(yīng)力進(jìn)行彌補(bǔ)，防止梁體出現(xiàn)裂縫和跨中下?lián)系默F(xiàn)象，保證梁體受力處于合理的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，達(dá)到剛構(gòu)連續(xù)梁合龍的質(zhì)量要求。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

大路黃河特大橋剛構(gòu)連續(xù)梁合龍施工工藝為：安裝掛籃模板，綁扎鋼筋、安裝預(yù)應(yīng)力管道，安裝勁性骨架并立即張拉臨時(shí)束(邊跨時(shí)將直線段與懸臂端間鎖定，中跨時(shí)將兩T構(gòu)懸臂端間鎖定)，T懸臂端壓配重，澆注合龍段混凝土(選擇一天中溫度最低的時(shí)間進(jìn)行)同時(shí)逐級解除配重，混凝土養(yǎng)生至設(shè)計(jì)張拉強(qiáng)度，按設(shè)計(jì)要求張拉預(yù)應(yīng)力束，解除吊架拆除模板，按設(shè)計(jì)要求解除鎖定，張拉剩余合龍束并壓漿。

合龍順序?yàn)橄群淆埓沃锌?，然后合龍次邊跨，接著懸澆不平衡段，再合龍邊跨，最后合龍中跨?/p>

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 次中跨合龍

(1)拆除次中跨一側(cè)的掛籃，另一側(cè)掛籃前進(jìn)至合龍段作為施工的模板和支撐結(jié)構(gòu)。

(2)在次中跨兩側(cè)對掛籃配重。采用水箱加水對合龍段混凝土進(jìn)行配重。

圖1 次中跨合龍配重

(3)安裝跨中勁性骨架鎖定，部分張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼束。

(4)在掛籃上澆注次中跨合龍段混凝土，邊澆注混凝土邊對水箱放水以平衡配重。養(yǎng)生待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后拆除剛接骨架，次中跨箱梁合龍完成。

(5)依次張拉設(shè)計(jì)要求的次中跨預(yù)應(yīng)力鋼束。

(6)采用繩鋸解除次中跨臨時(shí)固結(jié)措施，墩頂永久支座受力，張拉并錨固次中跨合龍段豎向和橫向預(yù)應(yīng)力筋。

(7)拆除次中跨臨時(shí)鋼束。

3.2.2 次邊跨合龍

(1)拆除次邊跨一側(cè)的掛籃，另一側(cè)掛籃前進(jìn)至合龍段，作為合龍段施工的模板和支撐結(jié)構(gòu)。

(2)在次邊跨兩側(cè)對掛籃配重。采用水箱加水對合龍段混凝土進(jìn)行配重。

圖2 次邊跨合龍配重

(3)安裝跨中勁性骨架鎖定，部分張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼束。

(4)在掛籃上澆注次邊跨合龍段混凝土，邊澆注混凝土邊對水箱放水以平衡配重。養(yǎng)生待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后拆除剛接骨架，次邊跨箱梁合龍完成。

圖3 次邊跨合龍配重

(5)依次張拉設(shè)計(jì)要求的次邊跨預(yù)應(yīng)力鋼束。

(6)解除次邊跨臨時(shí)固結(jié)措施，墩頂永久支座受力，張拉并錨固次邊跨合龍段豎向和橫向預(yù)應(yīng)力筋。

3.2.3 非對稱懸臂段澆筑

(1)邊跨掛籃前移，懸臂澆筑不平衡梁段。在澆筑不平衡段掛籃施工中對前移的掛籃進(jìn)行配重，保證T構(gòu)的平衡性。待混凝土強(qiáng)度和彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度時(shí)，張拉并錨固縱向、豎向和橫向預(yù)應(yīng)力筋。

(2)懸臂澆筑不平衡梁段的同時(shí)，澆筑邊跨現(xiàn)澆段。

3.2.4 邊跨合龍

(1)前移邊跨掛籃，并在另一側(cè)梁段進(jìn)行掛籃配重和合龍段混凝土法澆注。

(2)安裝跨中合龍掛籃支架和臨時(shí)剛接構(gòu)造，部分補(bǔ)張拉邊跨合龍段鋼束。

(3)采用掛籃澆注邊跨合龍段混凝土，邊澆注混凝土邊對水箱放水以平衡配重。養(yǎng)生待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后拆除剛接骨架，邊跨箱梁合龍完成。

(4)依次張拉設(shè)計(jì)要求的邊跨預(yù)應(yīng)力鋼束。

(5)拆除邊跨現(xiàn)澆段托架及掛籃。

3.2.5 中跨合龍

(1)中跨小里程掛籃前移至合龍段，在中跨大里程對掛籃配重。中跨合龍段兩側(cè)梁段分別放置一個(gè)水箱進(jìn)行中跨合龍段混凝土配重。

(2)在中跨合龍段的兩側(cè)懸臂端施加頂力，達(dá)到調(diào)整墩梁內(nèi)力的目的，施加頂力時(shí)以懸臂端的縱向位移量為控制指標(biāo)[15]。施加頂力要對稱、分級進(jìn)行，注意觀測兩梁端標(biāo)高和軸線位置。

(3)安裝中跨合龍剛接構(gòu)造，按設(shè)計(jì)要求張拉臨時(shí)鋼束。

(4)在掛籃上澆注中跨合龍段混凝土，澆注混凝土?xí)r，水箱邊澆注混凝土邊放水。養(yǎng)生待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)拆除剛接構(gòu)造，中跨箱梁合龍。

(5)依次張拉設(shè)計(jì)要求的中跨預(yù)應(yīng)力鋼束。

(6)拆除中跨臨時(shí)鋼束。

3.2.6 補(bǔ)張拉及拆除

(1)拆除所有掛籃。

(2)張拉設(shè)計(jì)要求的次邊跨、次中跨和中跨的剩余鋼束。

(3)存梁60 d。

(4)進(jìn)行全橋附屬設(shè)施施工，鋪設(shè)線路設(shè)備等二期荷載。

(5)全橋竣工。

4 結(jié) 語

工程結(jié)束后對該施工工法進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果表明，該工法有效地提高了多孔大跨長聯(lián)連續(xù)剛構(gòu)多次合龍結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的效率，施工過程中梁體應(yīng)力正常，合龍后線形良好，且施工周期短，經(jīng)濟(jì)效益顯著。目前該橋交付運(yùn)營近3年，未發(fā)現(xiàn)梁體有裂紋、掉塊等病害現(xiàn)象，說明該工法具有較好的可靠性及一定的實(shí)用性。該工法有如下優(yōu)點(diǎn)。

(1)施工過程中采用了節(jié)約成本、保證工期的單邊掛籃澆筑方法，節(jié)約了吊架施工的成本，縮短了施工工期。

(2)采用了區(qū)別于吊物配重的新型配重水箱裝置，使得水箱拆裝和轉(zhuǎn)移快速簡便，配重加載和澆筑合龍段混凝土?xí)r卸載勻速高效。

(3)施工過程中為保證結(jié)構(gòu)安全及混凝土質(zhì)量，采用體外骨架鎖定。

3 結(jié)果與分析

(4)采用了繩鋸這種很少應(yīng)用于橋涵施工的設(shè)備，快速高效地切除臨時(shí)固結(jié)，保證了工期。

(5)剛構(gòu)連續(xù)梁由于跨度和聯(lián)長在國內(nèi)少見，施工難度極大，在合龍后，如果施工中出現(xiàn)紕漏，通過應(yīng)力監(jiān)控發(fā)現(xiàn)梁體出現(xiàn)混凝土收縮徐變和預(yù)應(yīng)力損失時(shí)，一般常規(guī)方法無法對其進(jìn)行彌補(bǔ)，通過設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力可以有效彌補(bǔ)損失的預(yù)應(yīng)力，防止混凝土出現(xiàn)裂縫。

(6)采用頂推工藝消除了梁體內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力，預(yù)防了梁體產(chǎn)生裂縫等病害，保障運(yùn)營后橋梁狀態(tài)。