大跨度特大連續(xù)剛構(gòu)橋合龍段優(yōu)化施工關(guān)鍵技術(shù)研究

陳文波

(廣西八桂工程監(jiān)理咨詢有限公司,廣西 南寧 530022)

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋因具有整體性好,連續(xù)梁無(wú)伸縮縫從而行車平順性較好的特點(diǎn)被廣泛采用。然而,對(duì)于大跨度的連續(xù)剛構(gòu)橋而言,由于其建成后的超靜定的受力特征,使其在主跨合龍對(duì)接時(shí)對(duì)施工技術(shù)提出很高的要求。

學(xué)者們針對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋的合龍施工開(kāi)展了技術(shù)研究,周學(xué)超[1]針對(duì)不同的荷載工況,分析橋梁的屈曲模態(tài)主要表現(xiàn)為橋墩為橫向而主梁為縱向。張大琦等[2]針對(duì)單腔空心薄壁墩連續(xù)剛構(gòu)橋,采用Midas Civil軟件與理論分析進(jìn)行對(duì)比研究,得到最不穩(wěn)定的部分出現(xiàn)在雙臂階段。師全海等[3-7]采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法,對(duì)合龍施工階段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋,調(diào)整施工方案,確保合龍順利。廖豐[8]研究了勁性骨架合龍頂推施工,取得良好效果。綜合當(dāng)前的研究現(xiàn)狀,針對(duì)剛構(gòu)橋合龍施工的研究取得了不少成果,但對(duì)于大跨度雙薄壁墩剛構(gòu)橋合龍施工技術(shù)研究仍有不足。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)平而河雙薄壁剛構(gòu)大橋中跨合龍施工進(jìn)行模塊化分解,并對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行施工細(xì)化優(yōu)化,結(jié)合工程的實(shí)際情況,分別對(duì)掛籃工程、配重工程等分項(xiàng)工程進(jìn)行施工技術(shù)優(yōu)化調(diào)整,并配合工程監(jiān)測(cè),反饋給施工單位以調(diào)整施工方案,從而獲得更佳的合龍施工工藝。

1 平而河特大橋工程概況

1.1 工程項(xiàng)目基本概況

平而河特大橋橋跨布置為:(90+155+90)m+(3×30)m,橋跨起訖樁號(hào)為K266+934.5～K267+359.5,橋梁全長(zhǎng)434 m,如圖1所示。主橋跨徑布置為(90+155+90) m連續(xù)剛構(gòu)橋,上下行分幅布置,箱梁頂面設(shè)橫坡,箱底橫向水平。橋梁平面位于直線上;橋梁縱斷面位于2.5%的縱坡上。

圖1 平而河特大橋主橋橋型布置圖 (cm)

主梁采用單箱單室截面,箱梁頂板橫坡設(shè)單向2%橫坡。箱梁全寬為12.75 m,底板寬度為6.75 m,主跨根部梁高9.5 m,跨中梁高3.5 m;箱梁翼緣懸臂端厚度為20 cm;箱梁頂板厚度為28 cm,根部頂板加厚到90 cm;近合龍段箱梁截面腹板厚60 cm,近根部腹板厚80 cm。主梁采用縱、豎、橫三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。主墩采用雙肢薄壁墩,截面尺寸為橫橋向×順橋向=6.75 m×1.6 m,承臺(tái)厚4.2 m,基礎(chǔ)為6φ2.5 m灌注樁基礎(chǔ)。

1.2 橋梁場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)概況

橋梁場(chǎng)區(qū)內(nèi)地層巖性單一,水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單。橋址區(qū)橫跨平而河,地表水主要為河水,河床長(zhǎng)49.3 km,寬約70 m。地下水類型為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。距橋址區(qū)東側(cè)約800 m處斷層名稱為F66水口斷裂,屬旋鈕構(gòu)造體系,斷面傾向?yàn)?0°,傾角為40°,南段走向南西190°～200°,傾向挾轉(zhuǎn)為NWW,傾角66°左右。由于該斷裂為非活動(dòng)斷裂,下伏基巖穩(wěn)定,因而大橋受斷裂影響小。

2 平而河特大橋中跨合龍段優(yōu)化施工技術(shù)

該工程屬于大跨度特大橋梁,且受場(chǎng)地及環(huán)境等因素影響,按照傳統(tǒng)的工藝難以確保精準(zhǔn)合龍。為此,本研究針對(duì)該橋梁的具體工況,分別對(duì)平而河特大橋合龍段施工所涉及的掛籃工程、配重工程、合龍段配套數(shù)據(jù)采集監(jiān)控工程、合龍段鎖定工程、模板工程及混凝土工程等分項(xiàng)工程進(jìn)行細(xì)化優(yōu)選,并全程配合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁的位移、溫度及偏斜量等參數(shù),實(shí)時(shí)反饋給施工單位,及時(shí)調(diào)整施工方案。平而河中跨合龍段優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)如下。

2.1 掛籃及底籃后移施工優(yōu)化措施

平而河特大橋連續(xù)剛構(gòu)合龍段優(yōu)化采用掛籃系統(tǒng)底籃來(lái)作為施工平臺(tái)進(jìn)行施工。在中跨合龍段施工前完成邊跨合龍段施工,合理組織合龍段兩側(cè)懸澆時(shí)機(jī),結(jié)合懸臂施工及中跨合龍段施工要求,兩側(cè)掛籃不發(fā)生沖突,使掛籃桁架及底籃到達(dá)預(yù)定位置。合龍段優(yōu)化措施見(jiàn)圖2。

圖2 平而河特大橋主跨現(xiàn)澆段分塊施工示意圖

(1)合龍施工中跨19#梁段時(shí),預(yù)埋中跨合龍段各類預(yù)埋孔。

(2)完成中跨19#梁段施工后,一側(cè)掛籃攜帶底籃整體后移,另一側(cè)掛籃前移并錨固在中跨兩側(cè)19#節(jié)段。

(3)利用掛籃底模、側(cè)模,形成中跨合龍段施工平臺(tái)。

2.2 配重施工優(yōu)化措施

平而河大橋中跨合龍段施工采用水箱進(jìn)行配重,水箱+水的重量=1/2倍中跨合龍段自重=30 t。具體優(yōu)化措施如下:

(1)采用直徑為5 m、高度為3 m、壁厚為1 cm的鐵箱作為配重水箱,沿用邊跨合龍段的水箱。

(2)安裝時(shí),利用塔吊將水箱放置于兩側(cè)中跨19#梁段上,水箱放置于19#梁段中心。

(3)水箱加水至設(shè)計(jì)噸位。由于正值雨水豐沛的季節(jié),水箱頂采用竹膠板及彩條布覆蓋,防止施工期間雨水進(jìn)入水箱。

2.3 中跨合龍段配套數(shù)據(jù)采集監(jiān)控措施

由于剛構(gòu)橋的跨度較大,受到風(fēng)載、結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力及安裝造成的內(nèi)力作用,中段合龍的安裝需要進(jìn)行內(nèi)力、應(yīng)變和位移的監(jiān)測(cè),對(duì)合龍過(guò)程的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè),并隨時(shí)調(diào)整合龍的方案,保證中段順利的對(duì)接。數(shù)據(jù)采集實(shí)施主要包含:

(1)中跨合龍段數(shù)據(jù)采集前,清理剛構(gòu)橋上雜物,包括箱梁頂板及箱室內(nèi)的雜物,鏟除浮漿,保證測(cè)試的可靠性。

(2)對(duì)合龍口進(jìn)行連續(xù)48 h觀測(cè),并設(shè)計(jì)采集“時(shí)間—溫度”、“時(shí)間—溫度—高程”、“時(shí)間—溫度—軸線偏位”曲線數(shù)據(jù)。

(3)高程及軸線偏位觀測(cè)是中跨合龍段兩側(cè)梁段的高程觀測(cè)。

(4)邊跨合龍段施工完成后,對(duì)1#、2#墩縱橋向偏位進(jìn)行觀測(cè),獲取“時(shí)間—溫度—縱向偏位”曲線。

(5)獲得溫度、應(yīng)力、偏位、撓度等數(shù)據(jù)后,結(jié)合合龍口實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、墩身偏位,推導(dǎo)計(jì)算出中跨合龍段合龍溫度、合龍口底模高程、頂推施工的頂推力,給出相應(yīng)的合龍時(shí)間段。

2.4 中跨合龍段鎖定施工優(yōu)化措施

2.4.1 中跨合龍段錨固桿鎖定施工前準(zhǔn)備工作

根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)反饋而擬定的模板高程值調(diào)整好掛籃底模高程。提前焊接錨固桿,中跨合龍段連接桿與19#梁段錨固桿可相對(duì)自由移動(dòng)。兩端中跨合龍段配備4名焊工及5臺(tái)焊機(jī)等設(shè)備。準(zhǔn)備一臺(tái)250 kW的發(fā)電機(jī),防止突發(fā)停電事故,配備電工保證施工供電的連續(xù)性。隨時(shí)關(guān)注當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報(bào)及變化情況。作業(yè)時(shí)配備激光溫度計(jì),對(duì)合龍口兩端高程控制點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè),發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)告知總工程師,并提出方案調(diào)整。

2.4.2 鎖定施工措施

當(dāng)梁體外環(huán)境溫度及梁體溫度均符合合龍段鎖定要求時(shí),開(kāi)始進(jìn)行施工。同時(shí)開(kāi)動(dòng)焊機(jī),由專業(yè)焊工進(jìn)行勁性骨架鎖定施工,將中跨合龍段勁性骨架連接桿與19#梁段錨固桿進(jìn)行快速焊接。焊接施工時(shí),先對(duì)連接桿與錨固桿焊縫進(jìn)行短距離焊接,各焊接點(diǎn)均快速施焊,完成后再進(jìn)行各條焊縫的完整焊接。焊接完成后,及時(shí)對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行檢查,完成中跨合龍段勁性骨架的鎖定施工。

2.5 模板優(yōu)化施工措施

合龍段的底模及外側(cè)模采用掛籃配套鋼模板,內(nèi)模采用鋼模結(jié)合施工。合龍段鎖定施工完成后,安裝梁體側(cè)模及翼緣板模板。底板及腹板鋼筋施工完成后,安裝內(nèi)模。內(nèi)支架采用盤(pán)扣支架,立桿間距為60 cm,適量剪刀撐,頂端設(shè)置頂托調(diào)節(jié)高度。

2.5.1 底模

底模鋪設(shè)在吊籃安裝完成后進(jìn)行,需適當(dāng)降低吊籃高度以使吊籃進(jìn)入中跨現(xiàn)澆段下方;到位后,在吊籃底板上鋪設(shè)Ⅰ56工字鋼;工字鋼與底板點(diǎn)焊以防止滑移,在工字鋼上方鋪設(shè)木方,再鋪設(shè)竹膠板模板。

2.5.2 側(cè)模及內(nèi)模

箱梁內(nèi)模支架采用φ48 mm×3.5 mm鋼管盤(pán)扣式支架。底托及頂托設(shè)置通長(zhǎng)Ⅰ14 cm工字鋼背楞,間距為60 cm;在次背楞上鋪設(shè)長(zhǎng)10 cm×10 cm方木背楞,間距為20 cm;在背楞方木上鋪設(shè)1.5 cm厚竹膠板。在竹膠板接頭處設(shè)置方木,將竹膠板使用圓釘固定到方木上,避免出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象,并保證模板嚴(yán)密不漏漿。腹板側(cè)模采用木模板、Ⅰ14工字鋼背肋、方木及φ25 mm螺紋鋼拉桿安裝,豎向背肋采用Ⅰ14工字鋼進(jìn)行加固,間距為60 cm;縱向向采用10 cm×10 cm方木進(jìn)行加固,間距為30 cm;拉桿按縱向間距60cm、橫向間距30 cm一根布置。

2.5.3 吊籃底模標(biāo)高調(diào)整

在混凝土澆筑前,對(duì)吊籃底模的標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整,確保澆筑后梁體標(biāo)高和監(jiān)控指令一致,同時(shí)新舊混凝土面接縫無(wú)錯(cuò)臺(tái)?；@底模平臺(tái)標(biāo)高組成為設(shè)計(jì)標(biāo)高+設(shè)計(jì)預(yù)抬值+吊籃彈性變形值。

2.6 混凝土施工優(yōu)化措施

2.6.1 混凝土施工工藝

混凝土澆筑應(yīng)該選擇良好天氣。在混凝土澆筑前,監(jiān)控單位對(duì)剛構(gòu)橋進(jìn)行溫度及應(yīng)力觀測(cè)?；炷翝仓皩?duì)梁端進(jìn)行鑿毛處理,并清除松散混凝土,對(duì)梁端表面充分濕潤(rùn),確保新老混凝土連接質(zhì)量。采用分層澆筑,澆筑按先底板、后腹板、再頂板及翼緣板的順序進(jìn)行。邊澆筑邊對(duì)配重水箱進(jìn)行放水卸荷,做到“一個(gè)水箱減少的重量=1/2混凝土澆筑重量”,施工時(shí)可對(duì)每次澆筑量進(jìn)行計(jì)算,每次澆筑間歇復(fù)核水箱水位高度,確保達(dá)到施工要求。

澆筑過(guò)程對(duì)合龍段兩端進(jìn)行高程觀測(cè),并記錄觀測(cè)結(jié)果,監(jiān)控單位對(duì)梁體進(jìn)行溫度、應(yīng)力監(jiān)控。底板混凝土及頂板混凝土澆筑完成后,及時(shí)對(duì)其表面進(jìn)行整平。澆筑完成后,測(cè)量高程,監(jiān)控人員對(duì)剛構(gòu)橋進(jìn)行溫度及應(yīng)力測(cè)試,為下一階段施工做準(zhǔn)備。

澆筑工藝采用整體分層方式,如圖3所示。根據(jù)混凝土初凝時(shí)間初步確定每層澆筑厚度約30 cm,層間最長(zhǎng)間隔時(shí)間不大于混凝土初凝時(shí)間。澆筑順序根據(jù)圖4先底板、后腹板、再頂板和翼緣板的順序。梁腹板同時(shí)對(duì)稱澆筑,澆筑頂板及翼板混凝土?xí)r,從兩側(cè)向中央推進(jìn)。

圖3 整體分層往復(fù)澆筑示意圖

圖4 混凝土澆筑順序示意圖

2.6.2 混凝土施工控制優(yōu)化措施

連續(xù)梁橋上部結(jié)構(gòu)混凝土為C55高性能混凝土,膠凝材料用量較大,升溫降溫迅速,內(nèi)外溫差大,非常容易出現(xiàn)溫度裂縫。應(yīng)采取有效措施控制溫度開(kāi)裂,主要溫控措施有:

(1)優(yōu)選水化熱低的混凝土配合比,摻加粉煤灰,降低水化熱。

(2)冬季施工加強(qiáng)保溫,延長(zhǎng)拆模時(shí)間。

(3)夏季施工遮蓋骨料,選擇低溫時(shí)段澆筑,降低混凝土內(nèi)部最高溫度。

(4)加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)。

混凝土除溫度裂縫外,還有收縮裂縫。收縮裂縫的主要控制措施有:

(1)控制集料的含泥量,砂的細(xì)度模數(shù)大一些;使用高效減水劑降低混凝土單方用水量。

(2)減小新、老混凝土之間的溫差、溫度梯度以及澆筑的時(shí)間間隔。

(3)適當(dāng)推遲拆模時(shí)間?；炷敛鹉r(shí)控制內(nèi)外溫差,并選擇一天中氣溫較高時(shí)拆模;拆模后立即采取養(yǎng)護(hù)措施,減少水分散發(fā)。

3 結(jié)語(yǔ)

大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍施工受到風(fēng)載、溫度及施工方法等多因素的影響,特別是中跨對(duì)接的懸挑長(zhǎng)度在影響因素的作用下會(huì)被成倍數(shù)放大,其對(duì)接難度隨即增大。因此,對(duì)大跨度剛構(gòu)橋的中跨合龍段施工進(jìn)行施工方法優(yōu)化,將中跨合龍段所涉及的分項(xiàng)工程進(jìn)行拆分,即分別對(duì)平而河特大橋合龍段施工所涉及的掛籃工程、配重工程、合龍段配套數(shù)據(jù)采集監(jiān)控工程、合龍段鎖定工程、模板工程及混凝土工程等分項(xiàng)工程進(jìn)行細(xì)化優(yōu)選,全程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁的位移、溫度及偏斜量等參數(shù),實(shí)時(shí)反饋給施工單位并及時(shí)調(diào)整施工方案。通過(guò)優(yōu)化合龍對(duì)接施工方案,在平而河大橋的中跨對(duì)接中積極作用明顯,保證了橋梁的順利對(duì)接,也驗(yàn)證了該施工方案的可行性與可靠性,對(duì)大跨度剛構(gòu)橋中跨對(duì)接具有借鑒作用。