高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁中跨合龍施工技術(shù)研究
——以蘆溝河特大橋?yàn)槔?/h1>

2024-03-27 03:08:12周成龍張文東馬明虎孫皓桐崔成男

科技和產(chǎn)業(yè)訂閱 2024年5期 收藏

關(guān)鍵詞：橋梁混凝土施工

周成龍, 張文東, 馬明虎, 孫皓桐, 崔成男

(中建鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司, 北京 100088)

高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁作為一種重要的基礎(chǔ)設(shè)施,在現(xiàn)代交通建設(shè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這種橋梁結(jié)構(gòu)具有跨越能力大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、承載能力強(qiáng)等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于高速公路、鐵路和城市橋梁等場景。然而,高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁在施工過程中,仍存在一定的技術(shù)和安全風(fēng)險[1]。其中,中跨合龍施工是整個橋梁建設(shè)的核心環(huán)節(jié)之一,其施工質(zhì)量直接影響到橋梁的結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定性。吳月紅和陳搏[2]以龍翔大橋?yàn)槔岢隽酸槍Υ蠊?jié)段鋼梁作為跨中結(jié)合段吊針對大節(jié)段鋼梁作為跨中結(jié)合段吊裝施工過程的新型提升系統(tǒng),以龍翔大橋?yàn)槔?實(shí)現(xiàn)了懸臂梁施工、鋼混結(jié)合段吊裝、大節(jié)段跨中鋼梁吊裝3個施工階段的快捷轉(zhuǎn)換。牛愛國[3]對主梁線形、主梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變測量、合龍監(jiān)控等要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析,為其測量提供參考。

本文所研制的中跨合龍技術(shù)中,采用區(qū)別于吊物配重的新型配重水袋裝置,使水袋拆裝和轉(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。因此,對高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁中跨合龍施工技術(shù)進(jìn)行深入研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

蘆溝河特大橋(圖1)位于重慶市巴南區(qū)東泉鎮(zhèn)朝陽村,距離東泉鎮(zhèn)約7.2 km,橫跨蘆溝河。主橋?yàn)?6 m+5×180 m+96 m連續(xù)剛構(gòu)橋,上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)、單箱單室結(jié)構(gòu),下部結(jié)構(gòu)采用空心薄壁墩、雙柱實(shí)心墩、承臺樁基礎(chǔ)。左右線橋面縱坡分別為1.95%、2.85%。

圖1 蘆溝河特大橋建成后模型

每個T構(gòu)縱橋向劃分為21個對稱梁段,從根部至跨中分別為6×3 m、7×4 m、8×4.5 m,累計(jì)懸臂總長為82.0 m,邊跨現(xiàn)澆段長4.51 m,邊跨合龍段及中跨合龍段長度均為2 m。

(1)將中跨小里程的掛籃前移至合龍段,并在中跨大里程掛籃配重。為確保合龍段混凝土質(zhì)量,在中跨合龍段的兩側(cè)梁段分別放置一個水袋進(jìn)行混凝土配重。

(2)為調(diào)整墩梁內(nèi)力,在中跨合龍段的兩側(cè)懸臂端施加頂推力。施加頂力時,將以懸臂端的縱向位移量為控制指標(biāo),確保施加的頂力對稱且分級進(jìn)行。

(3)安裝中跨合龍剛接構(gòu)造,并按設(shè)計(jì)要求張拉臨時鋼束,以確保合龍段的穩(wěn)定性。

2 工藝流程

(1)將中跨小里程的掛籃前移至合龍段,并在中跨大里程掛籃配重。為確保合龍段混凝土質(zhì)量,在中跨合龍段的兩側(cè)梁段分別放置一個水袋進(jìn)行混凝土配重。

(2)為調(diào)整墩梁內(nèi)力,在中跨合龍段的兩側(cè)懸臂端施加頂推力。施加頂力時,將以懸臂端的縱向位移量為控制指標(biāo),確保施加的頂力對稱且分級進(jìn)行。

(3)安裝中跨合龍剛接構(gòu)造,并按設(shè)計(jì)要求張拉臨時鋼束,以確保合龍段的穩(wěn)定性。

(4)在掛籃上澆注中跨合龍段混凝土。在澆注混凝土的過程中,邊澆注混凝土邊放水,以保持重量恒定。養(yǎng)生期間,密切關(guān)注混凝土的強(qiáng)度,待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時,拆除剛接構(gòu)造,完成中跨箱梁的合龍。

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

(6)拆除中跨臨時鋼束。

連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍施工工藝流程如圖2所示。

圖2 連續(xù)剛構(gòu)橋合龍施工工藝流程

3 合龍準(zhǔn)備工作

3.1 合龍段線性復(fù)測

在中跨合龍之前,需要對橋面上的施工荷載進(jìn)行清理,并卸載所有可卸載的重量。對于無法卸載的荷載,需要進(jìn)行詳細(xì)的重量調(diào)查和位置描述,以便進(jìn)行受力分析,并采取相應(yīng)的控制措施[2]。在清理完施工荷載后,測量人員需對梁體的高程和坐標(biāo)進(jìn)行全面測量,同時,測量應(yīng)選擇夜間溫度較為穩(wěn)定的時候進(jìn)行,以獲得更準(zhǔn)確的測量結(jié)果,將測量數(shù)據(jù)與理論值進(jìn)行比較,以確定合龍標(biāo)高和配重要求。此過程有助于確保合龍后橋梁的實(shí)際標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求,并為后續(xù)的配重工作提供依據(jù)。總而言之,在中跨合龍前的準(zhǔn)備階段,清理并卸載可卸載的施工荷載,并進(jìn)行詳細(xì)的重量調(diào)查和位置描述。然后進(jìn)行全面測量,將實(shí)測數(shù)據(jù)與理論值進(jìn)行比較,確定合龍標(biāo)高和配重要求,有助于確保合龍后橋梁的質(zhì)量和穩(wěn)定性[4]。

3.2 合龍溫度的選擇

在合龍前3天,每隔2 h觀測一次晝夜溫度場的變化是為了找出溫度變化與懸臂梁變化、應(yīng)力變化等方面的規(guī)律。通過這些觀測數(shù)據(jù),可以確定一個合適的合龍溫度,一般要低于設(shè)計(jì)合龍溫度,以確保新澆筑混凝土在溫度緩慢上升時仍處于受壓狀態(tài)下終凝。

溫度是合龍時最重要的影響因素之一[5]。當(dāng)橋梁的不同部位受到不同溫度影響時,可能會導(dǎo)致懸臂梁的變形和應(yīng)力的變化。因此,在選擇合適的合龍溫度之前,需要詳細(xì)觀測晝夜溫度場的變化,以了解溫度對懸臂梁及其應(yīng)力的影響規(guī)律。

觀測期間,每隔2 h進(jìn)行一次觀測,包括白天和夜晚的溫度變化。通過長時間的觀測,可以得到溫度隨時間的變化曲線。同時,還需記錄懸臂梁的變化情況,如撓度、位移等,并觀察應(yīng)力的變化情況。通過分析這些數(shù)據(jù),可以找出溫度變化與懸臂梁變化、應(yīng)力變化等方面的規(guī)律。

根據(jù)觀測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果,可以選擇一個合適的合龍溫度。一般來說,合龍溫度應(yīng)稍低于設(shè)計(jì)合龍溫度,以確保新澆筑混凝土在溫度緩慢上升時仍然處于受壓狀態(tài)下終凝。這樣可以避免混凝土在自由膨脹過程中產(chǎn)生裂縫或變形。

3.3 合龍段模板系統(tǒng)安裝

合龍段模板由菱形掛籃改裝而成,具體做法是拆除影響掛籃前移的部分前吊帶,保留兩側(cè)前吊帶及手拉葫蘆,錨固掛籃前后的下橫梁,調(diào)整掛籃底模組成合龍段底模。錨固掛籃外側(cè)導(dǎo)梁,提升掛籃外側(cè)模,形成中跨合龍段側(cè)模。因掛籃內(nèi)導(dǎo)梁長達(dá)10 m,合龍后拆除困難,應(yīng)在合龍前拆除導(dǎo)梁,采用2組3 m長的40號工字鋼代替,并與豎向精軋螺紋鋼錨固,如圖3所示。

圖3 合龍段掛籃底模安裝示意圖

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 合龍配重

常用的配重方式有沙袋配重和水袋配重,其中水袋配重的加載和卸載便捷,容易進(jìn)行分級同步控制,因此施工中選擇使用水袋配重的方式進(jìn)行懸臂配重[6]。 連續(xù)剛構(gòu)橋合龍段掛籃預(yù)埋示意圖如圖4所示,連續(xù)剛構(gòu)橋合龍水袋配重實(shí)景圖如圖5所示。

圖4 連續(xù)剛構(gòu)橋合龍段掛籃預(yù)埋示意圖

圖5 連續(xù)剛構(gòu)橋合龍水袋配重實(shí)景圖

本項(xiàng)目工程中,為保證合龍段混凝土澆筑過程中懸臂端始終處于穩(wěn)定狀態(tài),需在梁端設(shè)置配重,在混凝土澆筑過程中,按等量換重的方式撤除配重。配重重量和配重位置可根據(jù)梁體實(shí)際線型、標(biāo)高等因素適當(dāng)調(diào)節(jié)。

為了保持箱梁平衡不發(fā)生傾斜和扭轉(zhuǎn),配重應(yīng)沿橫橋向均勻?qū)ΨQ布置。配重采用水袋式配重,其配重重量按下述計(jì)算:中跨合龍段混凝土方量為47.3 m3,C60鋼筋混凝土容重按2.6 t/m3,合龍配重分兩部分計(jì)算。

(1)基本配重t1。1/2中跨合龍段混凝土重心距離橋墩中心的距離為90 m,配重設(shè)置在21#節(jié)段中心位置,配重距離橋墩中心的距離為81.5 m。配重重量為:t1=(47.3×2.6/2)×90/81.5=67.9 t。

(2)附加配重t2。考慮懸臂梁段掛籃不平衡荷載產(chǎn)生的配重,計(jì)算公式為:合龍掛籃重量×掛籃重心至橋墩中心距離=另一側(cè)掛籃重量×掛籃重心至橋墩中心距離+配重t2×配重重心至橋墩中心距離。

掛籃自重為117 t,合龍掛籃距橋墩中心距離為86 m,另一側(cè)掛籃距橋墩中心距離為80 m,配重距離橋墩中心的距離為81.5 m,則t2=(117×86-117×80)/81.5=8.6 t?？傆?jì)配重約76.5 t。

4.2 合龍頂推

4.2.1 合龍觀測

合龍前應(yīng)進(jìn)行48 h連續(xù)觀測,記錄懸臂段標(biāo)高隨時間的變化曲線。

4.2.2 勁性骨架預(yù)埋安裝

邊跨現(xiàn)澆段、21#梁段施工時,預(yù)埋合龍段勁性骨架2#組合槽鋼。槽鋼伸入箱梁長度不少于1 m,外伸約29.5 cm。2#組合槽鋼安裝前,利用全站儀精確定位,確保位置準(zhǔn)確。若槽鋼與鋼筋發(fā)生干擾時,可適當(dāng)移動鋼筋的位置。

4.2.3 合龍頂推

頂推工藝主要用于橋梁施工,其核心目的是優(yōu)化橋墩的受力狀態(tài),以滿足橋梁在運(yùn)營階段因降溫、收縮徐變等荷載作用下的墩頂應(yīng)力需求[7]。為確保有效的受力調(diào)整,關(guān)鍵在于合理設(shè)定合龍時的頂推力[8]。

在確定頂推力的大小之前,必須先確定頂推量的規(guī)模。橋梁在運(yùn)營階段會受到長期荷載的作用,主要包括混凝土的收縮徐變和溫度荷載。收縮徐變計(jì)入年限,10年收縮徐變按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3362—2018)計(jì)算。設(shè)計(jì)合龍溫度為17±3 ℃,因?qū)嶋H合龍暫時未知,計(jì)算按照17 ℃取用。

根據(jù)蘆溝河特大橋左幅橋 MIDAS/CIVIL 2022 模型計(jì)算得出蘆溝河特大橋左幅全橋墩頂從施工完成到經(jīng)歷10年收縮徐變之后的累計(jì)位移,即為頂推力需要消除的墩頂位移,詳情見表1。

表1 頂推位移

結(jié)合蘆溝河特大橋左幅 MIDAS/CIVIL 2022 模型并按照理論計(jì)算方法計(jì)算得出蘆溝河特大橋左幅在進(jìn)行過頂推過后的10年后全橋墩頂位移值和蘆溝河特大橋左幅合龍頂推時各合龍口應(yīng)施加的頂推力及各合龍口的頂推位移值,詳情見表2～表4。

表2 10年后左幅墩頂位移

表3 左幅合龍頂推力

表4 左幅合龍口頂推位移

為了減輕橋梁的重量,使用有限元模型進(jìn)行模擬計(jì)算。在模型中,在各個頂推位置施加了100 kN的頂推力,并提取了各控制節(jié)點(diǎn)的水平位移。

蘆溝河特大橋墩高聯(lián)長,采用頂推輔助合龍。連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍頂推實(shí)景圖如圖6所示。合龍頂推力、頂推量根據(jù)梁段合龍時合龍溫度、墩頂水平位移等確定,具體數(shù)值由監(jiān)控單位提供。項(xiàng)目部測量隊(duì)加強(qiáng)施工過程中的測量及監(jiān)測,加強(qiáng)與監(jiān)控單位的溝通,嚴(yán)格按照監(jiān)控指令進(jìn)行施工。頂推分4級(0→30%→50%→80%→100%)進(jìn)行,按照對稱、同步、分級加載原則進(jìn)行,每級加載完畢持荷15 min,待位移穩(wěn)定后方可進(jìn)行下一級加載。

圖6 連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍頂推實(shí)景圖

頂推過程中,測量主墩0#塊中心點(diǎn)、合龍段兩懸臂端高程和位移,并做好記錄。

4.3 合龍口臨時鎖定

頂推完成后,向監(jiān)控部門反饋同意后,停止頂推,千斤頂油泵不回油保持穩(wěn)壓,對兩懸臂端進(jìn)行鎖定。

合龍鎖定時,梁端相對高差不得超過2 cm,相對軸線偏差不得超過1 cm。

合龍鎖定在溫度穩(wěn)定的夜間進(jìn)行,合龍溫度應(yīng)選擇17±3 ℃。

臨時鎖定時,安排人員同時安裝組合槽鋼1,并將其與組合槽鋼2通過連接板4、5焊接鎖定(圖7),確保焊縫質(zhì)量滿足要求。

圖7 勁性骨架設(shè)計(jì)圖

由于勁性骨架不但要承受混凝土溫度變化產(chǎn)生的溫度應(yīng)力,還要承受頂推后產(chǎn)生的反力。因此對勁性骨架的焊接質(zhì)量需要加強(qiáng)檢查,確保焊縫飽滿,焊接長度滿足要求。

勁性骨架鎖定后,張拉臨時合龍束至50 t并臨時錨固(不進(jìn)行孔道壓漿),使骨架受壓,之后再安裝合龍段模板,綁扎鋼筋。然后現(xiàn)澆合龍段混凝土。

5 混凝土澆筑

在中跨合龍段進(jìn)行混凝土澆筑時,應(yīng)遵循“平衡、對稱、連續(xù)澆筑”的原則[9]。具體而言,可以采取以下措施。

(1)平衡原則。在施工過程中,需要保持橋梁兩側(cè)的配重水袋中的水重量與正在澆筑的混凝土重量保持平衡?？赏ㄟ^邊澆筑的同時,逐漸放出水袋中的水來實(shí)現(xiàn)平衡。這樣做有助于維持合龍段的力學(xué)平衡狀態(tài),防止產(chǎn)生過大的不均勻荷載。

(2)對稱原則。為了確保合龍段結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和對稱性,需要在兩側(cè)同時進(jìn)行混凝土澆筑,以保持橋梁截面形狀的均勻性。通過對稱澆筑,可以減小橋梁結(jié)構(gòu)受到的不對稱力和應(yīng)力,提高結(jié)構(gòu)的整體性能。

(3)連續(xù)澆筑原則。在合龍段進(jìn)行混凝土澆筑時,應(yīng)盡量避免中斷,保持連續(xù)性。連續(xù)澆筑可以保證混凝土的均勻性和一致性,避免出現(xiàn)冷縫和接縫等問題。

通過遵循以上原則,可以有效控制中跨合龍段混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的不均勻荷載和應(yīng)力,保證合龍段結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

蘆溝河特大橋左幅合龍完畢實(shí)景圖如圖8所示。

圖8 蘆溝河特大橋左幅合龍完畢實(shí)景圖

6 結(jié)論

在大跨徑連續(xù)梁橋的懸臂施工中,合龍是關(guān)鍵環(huán)節(jié),需要考慮環(huán)境因素和結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化,制定嚴(yán)格的合龍方案,以確保合龍質(zhì)量和橋梁成橋性能。在實(shí)際合龍施工中,需要結(jié)合具體工程情況,制定合理的合龍方案和細(xì)節(jié)施工技術(shù)。在一些大跨徑連續(xù)梁橋工程中,采用了多次合龍的方法,通過逐步加長合龍距離和控制澆筑速度等方式,最終完成了整個合龍過程。

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