高墩大跨剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工技術(shù)研究

張常軒

(中鐵十四局集團(tuán)第三工程有限公司 山東濟(jì)南 250300)

1 工程概況

延(安)延(川)高速公路黃河特大橋全長1 072 m，主橋3#、9#分隔墩下部結(jié)構(gòu)為薄壁空心墩，墩身高度分別為40 m、37 m。3#墩地處山體陡坡地段，邊跨現(xiàn)澆段長6.87 m，混凝土方量95.52 m3。橋梁跨度組合為88 m+4×160 m+88 m，結(jié)構(gòu)形式為連續(xù)剛構(gòu)。橋梁主橋總體布置見圖1。

圖1 橋梁主橋總體布置(單位：m)

2 邊跨現(xiàn)澆段施工工藝流程

安裝邊跨現(xiàn)澆段托架及配重端托架→托架驗收→托架預(yù)壓→安裝縱向、橫向分配梁→鋪設(shè)底模板→安裝腹板外側(cè)模板→測量驗收→綁扎底、腹板鋼筋→安裝豎向預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼→安裝底、腹板波紋管并穿鋼絞線→安裝腹板內(nèi)側(cè)模板→底、腹板混凝土澆筑→灑水養(yǎng)護(hù)→安裝頂板支架、鋪設(shè)頂板底模板→綁扎頂板下層鋼筋→安裝縱、橫向波紋管并穿鋼絞線→綁扎頂板上層鋼筋→測量驗收→澆筑頂板混凝土→灑水養(yǎng)護(hù)→張拉邊跨合龍束、底板預(yù)應(yīng)力鋼絞線→現(xiàn)澆段托架拆除(邊跨合龍段施工完成后)。

3 邊跨現(xiàn)澆段主要工序施工工藝

3.1 邊跨現(xiàn)澆段托架施工

3#、9#分隔墩墩高分別為40 m、37 m。由于墩身高度較高，邊跨現(xiàn)澆段采用常規(guī)落地支架法施工難度大、成本高、安全風(fēng)險大[1]，經(jīng)方案研究和比選，選擇在墩頂安裝墩旁托架方案進(jìn)行施工[2]。托架采用工字鋼在加工場地集中加工，現(xiàn)場整體吊裝于分隔墩蓋梁和薄壁空心墩上。托架頂端長度為5.7 m，等于邊跨現(xiàn)澆段總長度扣除蓋梁所占寬度，再加上施工作業(yè)面增加寬度。

托架采用倒直角三角形，其中下弦杠與垂直面的夾角控制在60°以內(nèi)。托架各桿件之間平面內(nèi)焊接的同時，采用節(jié)點(diǎn)板在各節(jié)點(diǎn)處予以加強(qiáng)。托架根部支撐在已安裝的型鋼牛腿上，托架上角點(diǎn)采用精軋螺紋鋼對拉。墩柱施工時預(yù)埋鋼盒，牛腿安裝時插入已預(yù)埋的鋼盒內(nèi)，牛腿處采用精軋螺紋鋼并施加水平預(yù)應(yīng)力[3]，防止牛腿脫落。托架根部周邊焊接 20型鋼擋塊，防止托架根部在牛腿處打滑。每個牛腿用6塊鋼板焊接而成，端部焊接20 mm厚鋼板，并預(yù)留穿精軋螺紋鋼的孔洞。

單個邊跨現(xiàn)澆段共設(shè)置5片托架，中間部位設(shè)置1片，兩側(cè)腹板下面分別設(shè)置2片，橫向中心間距為(70+235+235+70)cm。托架安裝完成后與薄壁空心墩混凝土表面垂直。邊跨現(xiàn)澆段托架結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 邊跨現(xiàn)澆段托架示意(單位：cm)

3.2 邊跨現(xiàn)澆段托架配重

分隔墩邊跨現(xiàn)澆段長6.87 m，其懸臂超出蓋梁的長度為5.07 m。由于分隔墩墩身高度高，現(xiàn)場采用墩旁托架法施工。為防止邊跨現(xiàn)澆段混凝土澆筑完成后、剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換前，邊跨現(xiàn)澆段混凝土重量對墩身根部形成偏載，導(dǎo)致墩身根部混凝土出現(xiàn)裂縫，影響墩身結(jié)構(gòu)受力安全，施工時需在邊跨現(xiàn)澆段對稱側(cè)施加配重[4]。

為方便分隔墩配重加載施工，在分隔墩蓋梁及薄壁空心墩墩身上安裝配重托架，單個墩身設(shè)置3片托架，分別與邊跨現(xiàn)澆段的中間3片托架對稱設(shè)置，橫向中心間距為(235+235)cm。分隔墩配重托架與對稱邊跨現(xiàn)澆段托架之間采用張拉精軋螺紋鋼進(jìn)行鎖定。

由于與主橋相連的引橋設(shè)計大部分為預(yù)制梁，造成配重施工空間不足，方案選擇受限，經(jīng)方案研究與比選，分隔墩選用液壓千斤頂張拉預(yù)應(yīng)力鋼束的模擬荷載進(jìn)行配重[5]。在承臺上預(yù)埋直徑32 mm的精軋螺紋鋼筋，利用鋼板、錨具與預(yù)埋的精軋螺紋鋼組合形成固定端；利用鋼板、錨具和配重托架頂部安裝的2 40a雙榀工字鋼分配梁組合形成張拉端。分隔墩配重施工見圖3。

圖3 分隔墩配重結(jié)構(gòu)布置

如果在承臺上未預(yù)埋固定端的錨固精軋螺紋鋼，或預(yù)埋的位置不合適，可以在施工完成的承臺上后置精軋螺紋鋼。采用取芯機(jī)現(xiàn)場鉆孔，孔徑15 cm，取孔深度50 cm，孔內(nèi)放置直徑32 mm精軋螺紋鋼，螺紋鋼底部配標(biāo)準(zhǔn)螺帽及下鋼板，然后在孔內(nèi)灌注環(huán)氧樹脂砂漿或支座灌漿料。灌漿材料強(qiáng)度達(dá)到要求后，現(xiàn)場進(jìn)行拉拔試驗，抗拔力滿足要求后按正常施工方案設(shè)置固定端。

3.3 邊跨現(xiàn)澆段托架預(yù)壓

為了對安裝完成的現(xiàn)澆段托架承載能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行驗證，消除托架的非彈性變形[6]，防止因托架結(jié)構(gòu)不均勻下沉而引起梁體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)及混凝土出現(xiàn)裂縫，同時取得托架的彈性變形值，為現(xiàn)澆段底模立模標(biāo)高提供數(shù)據(jù)支撐，在邊跨現(xiàn)澆段托架安裝完成驗收合格后，必須對托架進(jìn)行預(yù)壓[7]。

分隔墩墩高為40 m、37 m，采取常規(guī)塔吊逐袋吊裝砂袋預(yù)壓施工速度慢、成本高?，F(xiàn)澆段托架預(yù)壓施工與配重托架的配重方法類似，采用液壓千斤頂張拉預(yù)應(yīng)力鋼束的模擬荷載來進(jìn)行配重。預(yù)壓端和配重端均采用三個千斤頂，左、中、右各1個。托架預(yù)壓時鋼絞線張拉端和固定端的結(jié)構(gòu)形式與分隔墩配重施工的結(jié)構(gòu)形式相同。分隔墩托架預(yù)壓施工見圖4。

圖4 邊跨現(xiàn)澆段預(yù)壓示意

現(xiàn)澆段托架預(yù)壓加載時，須在配重端同步進(jìn)行加載；預(yù)壓完成后卸載時，須在配重端同步進(jìn)行卸載，使分隔墩托架預(yù)壓過程中在墩頂兩側(cè)施加的荷載基本一致，避免在墩身頂部出現(xiàn)偏載，影響墩身結(jié)構(gòu)受力安全。

3.4 邊跨現(xiàn)澆段模板系統(tǒng)

為方便現(xiàn)澆段模板拆除，在底模模板系統(tǒng)與托架之間設(shè)置砂箱[8]。砂箱底座與托架型鋼之間采用點(diǎn)焊固定，砂箱內(nèi)的砂要過篩處理，并用壓力機(jī)進(jìn)行預(yù)壓，避免砂箱能均勻沉降。底模模板系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從下到上依次為現(xiàn)澆段托架→砂箱→2 40型鋼縱梁→ 20型鋼橫向分配梁→10 cm×10 cm方木(翼緣板范圍內(nèi)利用 20工字鋼代替方木)→厚度1.5 cm竹膠板(底模板)。

翼緣板、側(cè)模板選用厚度1.5 cm的竹膠板，翼緣板下面的豎向支撐選擇直徑48 mm鋼管。鋼管根部套在碗扣支架底托上，底托底面鋼板放置在縱向 20型鋼分配梁上，并點(diǎn)焊固定。鋼管支架按規(guī)范要求設(shè)置水平剪刀撐、縱向剪刀撐及橫向剪刀撐，翼緣板部位設(shè)置斜支撐。

3.5 邊跨現(xiàn)澆段混凝土澆筑

為盡量減小邊跨現(xiàn)澆段托架直接承受的荷載，施工時分兩次完成邊跨現(xiàn)澆段混凝土的澆筑。第一次澆筑到翼緣板根部，混凝土重量全部由現(xiàn)澆段托架承擔(dān)；第二次澆筑剩余部位混凝土，新澆筑混凝土重量由現(xiàn)澆段托架和第一次已產(chǎn)生強(qiáng)度的混凝土共同承擔(dān)。

混凝土豎向運(yùn)輸采用地泵，澆筑順序從懸臂端向根部進(jìn)行，先澆筑腹板混凝土，再澆筑底板混凝土。頂板混凝土終凝前，采用木抹子再一次進(jìn)行收面，收面后再進(jìn)行拉毛處理，并在混凝土終凝前采用無紡布覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，避免頂板混凝土產(chǎn)生收縮裂縫[9]。

4 邊跨現(xiàn)澆段施工保證措施

(1)邊跨現(xiàn)澆段施工時間安排

邊跨現(xiàn)澆段施工時間控制在與相鄰墩跨最后一個懸澆塊段施工時間基本同步，以使邊跨合龍段兩側(cè)塊段的混凝土齡期基本一致，同時有利于橋梁線形控制[10]，防止邊跨合龍段兩側(cè)塊段標(biāo)高相差過大，確保合龍精度。

(2)邊跨現(xiàn)澆段配重措施

在澆筑邊跨現(xiàn)澆段混凝土過程中，需要根據(jù)已澆筑完成混凝土的重量，在現(xiàn)澆直線段配重端同步施加配重荷載，防止墩身根部混凝土受偏載影響。

在邊跨合龍段預(yù)應(yīng)力鋼束張拉及壓漿完成后，方可對配重端鋼絞線卸載。

(3)塔吊及電梯設(shè)置

對于高墩大跨邊跨現(xiàn)澆段施工，為解決材料運(yùn)輸及施工人員上下橋面問題，需設(shè)置塔吊及工業(yè)電梯。塔吊型號為QTZ80，由于相鄰墩跨一般設(shè)計為預(yù)制梁。為不影響相鄰墩跨預(yù)制梁架設(shè)，塔吊一般設(shè)置在左右幅分隔墩墩身之間，并在左右幅墩身上設(shè)置預(yù)埋件，便于固定塔吊附墻撐裝置。預(yù)埋件采用20 mm厚鋼板，并用φ22圓鋼作為錨固鋼筋，附墻撐與預(yù)埋鋼板之間采用焊接連接。

工業(yè)電梯設(shè)置在左右幅橋梁的一側(cè)，在墩身混凝土內(nèi)設(shè)置預(yù)埋件，便于固定電梯附墻撐。預(yù)埋件采用φ25圓鋼，長度25 cm，外露端底部設(shè)90°彎鉤，套φ16內(nèi)絲，內(nèi)絲深8 cm，澆筑混凝土前預(yù)埋到墩身內(nèi)，實現(xiàn)預(yù)埋件結(jié)構(gòu)與墩身混凝土的緊密結(jié)合。電梯附墻撐端部鋼板與預(yù)埋件螺桿之間采用高強(qiáng)螺栓連接。塔吊和電梯布置見圖5。

圖5 邊跨現(xiàn)澆段塔吊和電梯布置

(4)預(yù)埋件及預(yù)留孔設(shè)置

在高墩大跨結(jié)構(gòu)邊跨合龍段施工時，因?qū)嶋H施工溫度與設(shè)計的合龍溫度不一致，一般須采用千斤頂在合龍口之間施加水平頂推力[11]，同時利用型鋼骨架進(jìn)行臨時鎖定[12]，以消除合龍段施工由于溫度產(chǎn)生的影響，確保合龍段施工滿足設(shè)計要求。在邊跨現(xiàn)澆段施工時，需預(yù)埋焊接型鋼骨架的固定鋼板，包括底部及側(cè)面鋼板，同時需要預(yù)留懸吊合龍段底模及側(cè)模系統(tǒng)的孔洞以及拆除現(xiàn)澆段托架所需要的孔洞。在邊跨現(xiàn)澆段混凝土澆筑前需仔細(xì)檢查，防止漏埋。

5 現(xiàn)澆段托架拆除

邊跨合龍束鋼絞線張拉壓漿完成后，可拆除現(xiàn)澆段托架。首先拆除砂箱，使現(xiàn)澆段底板混凝土與底模板分離，人工拆除現(xiàn)澆段底模板及方木，橫向20型鋼分配梁利用塔吊從梁底抽出；2 40雙榀型鋼和現(xiàn)澆段托架拆除時，利用橋面上的10 t卷揚(yáng)機(jī)通過預(yù)留孔洞下放到地面。邊跨現(xiàn)澆段托架拆除完成后，對墩身上的預(yù)埋件和預(yù)留孔洞進(jìn)行處理。

6 結(jié)束語

邊跨現(xiàn)澆段是剛構(gòu)橋施工的常規(guī)施工工序，但在山體陡坡地段及高墩大跨結(jié)構(gòu)形式下，如何簡便完成邊跨現(xiàn)澆段的施工，確保施工質(zhì)量及墩身結(jié)構(gòu)受力安全、節(jié)省施工成本、縮短施工工期，是一項值得研究的課題。通過黃河特大橋邊跨現(xiàn)澆段施工實際應(yīng)用，研究形成了一套比較經(jīng)濟(jì)實用的施工方法，可為類似結(jié)構(gòu)形式的橋梁施工提供借鑒。