新建南沙港鐵路西江特大橋跨西江主橋鋼-混結(jié)合段施工技術(shù)

彭 浩

(中鐵十一局集團(tuán)第一工程有限公司 湖北襄陽 441104)

1 工程概況

新建廣州南沙港鐵路西江特大橋跨西江主橋采用(2×57.5＋172.5＋600＋4×57.5)m混合梁斜拉橋，主跨為600 m，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)1 118.7 m。主梁分別由混凝土梁、鋼箱梁組成，混凝土梁和鋼箱梁間以鋼-混結(jié)合段作為連接。斜拉橋主橋的總體布置如圖1所示。

圖1 西江特大橋跨西江主橋立面圖

西江特大橋跨西江主橋鋼-混結(jié)合段采用階梯狀的、混凝土填充的、承壓板式的鋼-混接頭。整個(gè)結(jié)合段結(jié)構(gòu)部分全長(zhǎng)11.5 m，包括7 m長(zhǎng)鋼-混結(jié)合段和4.5 m長(zhǎng)剛度過渡段。

2 總體施工方案和施工難點(diǎn)

2.1 總體施工方案

鋼-混結(jié)合段施工采用場(chǎng)內(nèi)整體加工制作、運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)、大型浮吊整體吊裝的施工方案[1]。

2.2 施工難點(diǎn)

(1)鋼-混結(jié)合段具備內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜(見圖2)、交叉作業(yè)干擾大、鋼格室空間狹小、現(xiàn)場(chǎng)施工組織困難等特點(diǎn)，基于二維圖紙模式下編制的方案難以與實(shí)際情況實(shí)時(shí)對(duì)比。

圖2 鋼-混結(jié)合內(nèi)部構(gòu)造

(2)對(duì)混凝土性能要求高，要求混凝土具有大流變、低收縮、高韌性等特征，混凝土的配合比設(shè)計(jì)困難。

(3)施工過程中，易出現(xiàn)蜂窩、麻面、混凝土填充不密實(shí)等質(zhì)量通病，對(duì)混凝土澆筑工藝要求高。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基于BIM技術(shù)的鋼-混結(jié)合段施工工藝編排

在鋼-混結(jié)合段施工中，對(duì)于內(nèi)部的鋼筋綁扎、預(yù)應(yīng)力管道定位和高性能混凝土澆筑都提出了較高的質(zhì)量要求，存在施工工藝復(fù)雜、施工組織困難等特點(diǎn)?；诙S圖紙模式下編制的方案難以與實(shí)際情況實(shí)時(shí)對(duì)比，故利用BIM技術(shù)對(duì)混合段建立全三維模型，進(jìn)行可視化的全面分析、碰撞檢查和3D施工空間模擬，從整體上控制混合段施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)[2-4]。

結(jié)合段鋼筋根據(jù)位置及功能分為鋼格室鋼筋、普通橫隔梁鋼筋和PBL剪力鍵鋼筋三類。其中單個(gè)鋼格室鋼筋總量為484根，橫隔梁鋼筋總量為1 584根，PBL剪力鋼筋共139根，預(yù)應(yīng)力束共67束。

結(jié)合段混凝土采用大流變、低收縮、高韌性的C60自密實(shí)鋼纖維混凝土，單個(gè)混合段需約142 m3混凝土。為方便混凝土澆筑及自由流動(dòng)，在混合段鋼格室的頂板位置設(shè)置了澆筑孔，隔板位置開設(shè)了連通孔；為了保證鋼格室的角點(diǎn)位置混凝土足夠密實(shí)，在上角點(diǎn)等適當(dāng)位置開設(shè)了出氣孔，在下角點(diǎn)位置則進(jìn)行了壓漿孔的預(yù)留。

在以上分析的基礎(chǔ)上，利用BIM技術(shù)對(duì)結(jié)合段鋼筋施工流程、混凝土澆筑順序進(jìn)行模擬，確定最優(yōu)的施工工藝[5-6]。鋼-混結(jié)合段鋼筋、預(yù)應(yīng)力工程的施工工序和混凝土的澆筑施工工序的編排如圖3、圖4所示。

圖3 鋼-混段鋼筋、預(yù)應(yīng)力工程安裝工藝編排

圖4 鋼-混段混凝土澆筑工藝編排

通過以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的鋼-混結(jié)合段施工工序研究的開展，梳理了施工工藝流程，發(fā)現(xiàn)了原設(shè)計(jì)文件中的3處設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，對(duì)合理安排鋼-混結(jié)合段的施工工序以及提高施工質(zhì)量發(fā)揮了重要作用。

3.2 自密實(shí)鋼纖維混凝土配合比試驗(yàn)

鋼-混結(jié)合段施工所采用的C60自密實(shí)鋼纖維混凝土應(yīng)滿足《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 283—2012)、《纖維混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 221—2010)的規(guī)程要求，涉及到混凝土的工作性能、力學(xué)性能、變形性能、耐久性等方面的量化指標(biāo)。

最終要求鋼-混結(jié)合段的混凝土在具備補(bǔ)償收縮性能的同時(shí)，又要具備良好的工作性能，因此結(jié)合段的混凝土配合比要通過反復(fù)的調(diào)試和驗(yàn)證才能確定[7]。

經(jīng)過為期3個(gè)月9組配合比試驗(yàn)后，確定了最終鋼-混結(jié)合段的混凝土配合比，如表1所示。

表1 鋼-混結(jié)合段C60自密實(shí)鋼纖維混凝土配合比

3.3 鋼-混結(jié)合段混凝土澆筑工藝試驗(yàn)

為驗(yàn)證混凝土澆筑后與鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合面的表觀質(zhì)量及混凝土填充效果，比選出混凝土允許擴(kuò)展度范圍內(nèi)的最優(yōu)擴(kuò)展度、抗離析指標(biāo)，開展了鋼-混結(jié)合段1∶1足尺模型澆筑工藝試驗(yàn)[8]，如圖5所示。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)示意

模型共開展兩種試驗(yàn)，目標(biāo)分別為:(1)推薦出自密實(shí)鋼纖維混凝土的最優(yōu)擴(kuò)展度，確定是否需要振搗；(2)驗(yàn)證最優(yōu)狀態(tài)下混凝土的填充效果等指標(biāo)。

在試驗(yàn)混凝土的澆筑完畢后，針對(duì)澆筑的模型進(jìn)行了切割，并對(duì)區(qū)塊試驗(yàn)混凝土的填充效果進(jìn)行超聲波檢測(cè)。

得出以下結(jié)論:

(1)配合比試驗(yàn)得出的C60自密實(shí)鋼纖維混凝土配合比可以滿足施工要求。

(2)混凝土澆筑后可實(shí)現(xiàn)自密實(shí)，不需要進(jìn)行振搗。

3.4 鋼-混結(jié)合段整體吊裝

3.4.1 施工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

兩處鋼-混結(jié)合段拼裝支架均位于深水之中，支架結(jié)構(gòu)從下到上依次為:φ820×10 mm鋼管樁基礎(chǔ)、3HM588×300型鋼承重梁、25a工字鋼調(diào)平平臺(tái)、φ609×16 mm鋼支撐，并采用2 20a槽鋼作為上部結(jié)構(gòu)的連接系。連接系與鋼管樁間采用抱箍形式連接，提高施工工效的同時(shí)，避免了高空中焊接作業(yè)的危險(xiǎn)[9-10]。支架結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 鋼-混結(jié)合段拼裝支架示意

受到承臺(tái)圍堰位置等因素影響，現(xiàn)場(chǎng)大型設(shè)備難以接近施工位置，導(dǎo)致鋼-混結(jié)合段吊裝無法一次施工到位，此時(shí)需要通過滑道實(shí)現(xiàn)梁段的滑移，進(jìn)而完成梁段的頂推施工。

3.4.2 鋼-混結(jié)合段施工工藝

小里程鋼-混結(jié)合段吊裝采用側(cè)面上橋、一步到位的方案，大里程鋼-混結(jié)合段吊裝采用正面上橋、滑移至設(shè)計(jì)位置的方案。

小里程鋼-混結(jié)合段起吊后，絞錨前移至吊裝位置，吊鉤下放，將鋼-混結(jié)合段放置于拼裝支架上。

大里程鋼-混結(jié)合段起吊后，絞錨前移至鋼-混段標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拼裝支架上，下放鋼-混結(jié)合段，然后利用滑移設(shè)備滑動(dòng)至設(shè)計(jì)位置[11-12]。

滑移步驟:

(1)首先用全站儀把軌道的中心線標(biāo)識(shí)好，鋼-混結(jié)合段落在滑塊上的位置做好標(biāo)識(shí)。

(2)將滑塊按每個(gè)節(jié)段圖紙要求的擺放位置在軌道上擺放好。

(3)將2個(gè)穿心千斤頂在兩個(gè)滑移軌道上一邊固定一個(gè)，將錨具在滑塊上固定。

(4)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(滑塊、張拉千斤頂、對(duì)講機(jī)等)進(jìn)行調(diào)試，確保設(shè)備的運(yùn)行正常。為了保證千斤頂?shù)耐侠叫?，兩臺(tái)千斤頂通過一個(gè)油泵進(jìn)行控制。

(5)用浮吊將鋼-混結(jié)合段吊至滑塊上，位置對(duì)準(zhǔn)后開始進(jìn)行拖拉，直至就位。

(6)通過滑塊及穿心千斤頂組成的滑移系統(tǒng)對(duì)鋼-混結(jié)合段進(jìn)行橫移和縱移到位。

4 結(jié)語

鋼-混結(jié)合段施工作為混合梁斜拉橋施工的關(guān)鍵工序，它的施工質(zhì)量與全橋的剛度過渡段的平順性及應(yīng)力傳遞的可靠性直接相關(guān)。

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鋼-混結(jié)合段的施工所面臨的問題，開展了基于BIM技術(shù)的鋼-混結(jié)合段施工工序編排、鋼-混結(jié)合段混凝土配合比試驗(yàn)、鋼-混結(jié)合段的混凝土澆筑工藝試驗(yàn)等研究工作，極大地優(yōu)化了鋼-混結(jié)合段的施工工藝。

鋼-混結(jié)合段在加工場(chǎng)地整體加工完畢后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，通過大型浮吊吊至拼裝支架上，利用滑移系統(tǒng)滑至設(shè)計(jì)位置，最終順利完成鋼-混結(jié)合段的施工，保證了鋼-混結(jié)合段的施工質(zhì)量。