连续刚构桥高墩施工技术

董 博 王宏宇 郭廷泰

连续刚构桥一般用在大跨径、高墩桥梁上,其结构构造特点是中间桥墩采用墩梁固结,下部结构一般采用柔性桥墩,以减少因主梁的预应力张拉、温度变化、混凝土收缩、徐变等作用引起的变形受到桥墩约束后产生的次内力。

连续刚构桥在桥墩抗弯刚度较小时其工作状态接近于连续梁桥。与连续梁桥相比较,它采用悬臂法施工,使用阶段墩顶与梁一直保持固结状态。连续刚构桥的主要优点在于可以减少大型桥梁支座和养护上的麻烦,减少桥墩及基础工程的材料用量。

1 力学特点及适用范围

在受力方面,上部结构仍为连续梁特点,但必须计入由于桥墩受力及混凝土收缩、徐变、温度变化引起的弹塑性变形对上部结构内力的影响。桥墩因需有一定柔度,所受弯矩有所减少,但在墩梁结合处仍有刚架受力性质。由于桥墩参与工作,连续刚构桥与连续梁桥的工作状态有一定区别,连续刚构桥跨中区域正弯矩比同跨径连续梁桥的小。当墩高达到一定高度后,两者上部结构的内力相差不大。

2 立面布置及构造特点

2.1 立面形式

连续刚构桥一般采用柔性桥墩,立面形式主要有以下三种:

1)单柱式墩。单柱式墩截面形式多为闭口箱形截面,为了满足变形要求,多用在深谷和深水河流的高桥墩上,具体尺寸需根据对柔性的要求确定。2)双柱薄壁墩。双柱薄壁墩又有空心、实心之分。实心双壁墩施工方便,抗撞击能力较强;空心双壁墩可节约混凝土40%左右。根据桥的高度和跨径选用适当的抗压、抗弯、抗推刚度,再决定合适的形式。双柱薄壁墩的中距 b与主跨跨度比值一般为1/20～1/25。3)Y形柱式墩。Y形柱在连续刚构中也有采用,它的上部为V形托架,下部为单柱式,两者在立面上构成Y字形。V形托架可使主梁的负弯矩峰值降低1倍以上,下部的单柱具有一定的柔性,可满足纵向变形要求。Y形柱连续刚构根部梁高(连V形托架在内)是正常变截面连续刚构的2倍,梁和托架杆件都为等截面箱形结构或实体杆。

此外,为了使多跨连续刚构桥有视觉上的动感,也可以采用V形、X形桥墩。连续刚构桥常选用变截面主梁。

2.2 墩身尺寸

墩身尺寸的拟定主要应考虑墩身与主梁之间的刚度比以减少次内力。墩身高度主要由桥面标高、桥梁建筑高度、桥下净空高度、主梁高度等因素决定。墩柱纵向厚度一般采用高度的1/8～1/15。墩柱较高时用较小的比值,墩柱较矮时则用较大的比值。

连续刚构桥的墩梁连接处的构造如图1所示,一般设置1道或者2道(双壁墩时)横隔板。1道横隔板的厚度宜取为 t=B(墩厚),2道横隔板的厚度宜取为 t=0.7 m～1.0 m。

3 预应力混凝土连续刚构桥实例

清涧—石楼公路黄河大桥位于陕西省清涧县与山西省石楼县的交界处,是一座跨越黄河的公路大桥。大桥位于桩号K2+040.21处,桥梁全长629.08 m。主桥为50 m+6×80 m+50 m预应力混凝土刚构桥,空心薄壁墩,桩基础;引桥为2×20 m装配式预应力混凝土连续箱梁,薄壁墩,桩基础;桥台采用U形桥台,扩大基础。设计荷载为公路—Ⅱ级,桥面宽度为净9 m+2×1.5 m,设计洪水频率1/100,现实测水位为582.50 m,古贤水库建成后,桥位处设计洪水位为650.05 m。全桥位于纵坡为1.8%的直线段上。

4 清石黄河大桥主墩翻模施工

清石公路黄河大桥共计9个桥墩,2个桥台。主桥墩1号～7号为空心薄壁墩,墩高分别为39.2 m,87.8 m,91.0 m,92.8 m,94.2 m,94.2 m,39.2 m,其中3号～6号墩位于黄河河床内。主墩各墩顶截面统一,长边 A=920 cm、短边 B=500 cm。墩底截面尺寸由墩顶截面尺寸按照统一坡度线性拉伸。墩身混凝土设计标号为C40。其中6号墩94.2 m是目前黄河上在建最高桥墩。

4.1 空心薄壁墩的施工设计

4.1.1 垂直运输机械的选择

清石黄河大桥高墩施工的突出问题是垂直运输。由于高度和地形的限制,一般起重机械无法满足施工要求,必须使用塔式起重机。考虑到墩身及上部箱梁混凝土、钢筋用量大,且每个主墩相距80 m,项目部决定每个主墩配备一台QTZ63(TC5010)塔吊满足材料和构件的垂直运输。工作人员上下采用工业电梯,埋设在墩身的另一侧,每墩配备一台电梯。塔吊和电梯分别每20 m和每10 m固接墩身一次。

4.1.2 支架、模板的设计

结合清石黄河大桥工程施工特点且从降低成本出发,项目部采用翻转模板法进行墩身施工。

翻转模板由专业厂家制造,模板系面板采用大块钢模板,横肋、竖肋采用槽钢。施工时根据墩身的结构尺寸组拼成大块模板。模板标节为2.25 m×3层+调节块,每层模板通过变径模和调节角模尺寸完成墩身截面的线性收缩。每次浇筑4.5 m,留2.25 m作连接支承模,使每一节混凝土接缝平顺。

4.2 空心薄壁墩翻模施工

4.2.1 墩身施工流程

1)待承台混凝土强度达到设计强度的75%后,开始施工薄壁墩身。首先将承台表面凿毛并清理干净,将承台与墩身连接的预埋钢筋进行打磨除锈,然后开始安装钢筋,主筋套筒连接,随后绑扎箍筋和支撑筋,SLA-0606贴面钢筋网吊装在主筋外侧,用绑扎丝固定在主筋上。2)墩身10 m高度内采用常规钢管支架施工,在承台顶面用φ 48钢管在墩身内外侧搭设脚手架。钢管间距为1.2 m,横向高度间距为1.5 m,并在立杆之间搭设剪刀撑。超过10 m高度后,将搭设的脚手架全部拆除,利用墩身模板后背带焊接操作平台进行翻模施工。墩身模板平板上穿φ 22钢筋对称拉杆固定,翻模过程中塔吊配合完成内外模的吊装、提升、翻转。3)第一次墩身模板安装前,在墩身与承台交界处采用M10砂浆抹出2 cm厚的脱模层,待砂浆有强度后,在脱模层上支立墩身模板。主墩翻模数量根据墩身高度计算,在承台与墩身连接处施工翻模调节块。拼装3层模板,先外模,后内模。4)模板校正、加固后,开始浇筑第一板墩身混凝土。灌注采用连续施工。混凝土拌合站集中拌和,2台罐车运输,泵送入模,每层厚度40 cm左右,插入式振捣器捣固。5)第一板墩身混凝土达到一定强度时,进行第二板墩身钢筋安装,钢筋安装完毕后,将墩身结合处清理干净,然后将下层的模板拆除后翻到顶层,拆除模板时将最顶层模板预留后作为承重层。6)重复循环翻模施工,每次翻模高度为2层4.5 m高度,直至墩顶。

4.2.2 隔板的施工

施工到离隔板1 m～2 m时,在墩身预埋构件,利用预埋构件拼装托架,作为隔板施工的支承架,然后在托架上进行隔板钢筋绑扎、模板安装。在浇筑隔板混凝土时,预留1个60 cm×50 cm的预留孔,内模拆除后,把钢筋焊接上,再浇筑混凝土封住隔板预留孔。

4.3 薄壁空心墩的质量控制

4.3.1 高墩垂直度控制

采用激光垂准仪和全站仪相结合的方法控制墩身截面。在空心薄壁墩底部六角点纵横方向距墩身40 cm设置6个点,并预埋钢板固定于承台上,作为控制截面六角点的依据。通过激光垂准仪对中的激光束,依次放出各高度截面的控制点进行测量控制。每次测量时间固定在气温相对恒定的时间段进行,选在早晨6:30～8:30进行测控。

4.3.2 薄壁空心墩的外观质量控制

1)混凝土拌和时严格控制施工配合比及水灰比,坍落度控制在12 cm～16 cm范围内,采用“双掺”技术,增加适量粉煤灰和减水剂,这使得混凝土的颜色均匀,和易性更好。2)提高立模精度,采用玻璃胶或橡胶皮处理接缝,保证接缝严密。3)夏季施工,由于气温较高,尽可能安排在下午或夜晚温度较低时浇筑混凝土,减小混凝土的坍落度损失。4)混凝土浇筑完后,立即进行覆盖养护,拆模后用塑料薄膜包裹,进行湿润养护,同时避免上一节段墩身混凝土浇筑时污染已浇筑的下部墩身。5)拆模后及时修复表面缺陷,保证墩身颜色一致,棱角分明。

5 结语

在连续刚构桥高墩施工中,正确选用合理的施工工艺十分重要。清石黄河大桥采用整体式翻转模板施工是切实可行的施工工艺,它操作方便,易掌握,成本低,工期短(在施工中,一个循环周期最短为3 d,最长为4 d),模板背带搭建的操作平台安全可靠,易于施工,可进一步的推广到其他桥梁高墩施工中。

[1] 黄绳武.桥梁施工及组织管理[M].北京:人民交通出版社,2000.

[2] 罗元明.浅谈桥梁双薄壁高墩施工技术[J].山西建筑,2008,34(19):298-299.