双肢变截面空心薄壁墩施工关键技术探讨

高 军

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)



双肢变截面空心薄壁墩施工关键技术探讨

高 军

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

我国西部地区，因山区地形复杂、沟壑多且深等特点，在桥梁建设过程中需采用高墩。因双肢变截面空心薄壁墩的诸多优点，被广泛应用。桥墩施工技术是桥梁施工的关键技术之一，双肢变截面空心薄壁墩的施工主要分为实心段墩柱施工、空心段施工和系梁的施工；每一个阶段施工关键技术的控制将直接影响到桥墩的建设质量。重点研究了实心段墩柱施工、空心段施工和系梁施工过程中的关键技术，供相关工程技术人员参考。

桥墩施工;薄壁空心墩;系梁;支架计算

0 引 言

随着我国经济的不断深入发展,在今后数年里,西部地区将是国家战略发展的重点;西部公路建设必然将迎来前所未有的发展机遇。西部地区多为高山深谷,桥梁要跨越这样的深谷,对桥墩的要求就相应地提高了;桥墩的形式多样,其中单肢薄壁箱型墩和双肢薄壁空心墩为两种最常采用的形式。研究表明:在桥墩的截面面积相同时,双柱墩的抗推刚度是单柱墩的1/4[1-2],所以双柱式桥墩能更有效地适应温度、混凝土收缩徐变和顺桥向的位移影响。双薄壁空心墩,还可有效削减墩顶弯矩的峰值[3-5]。本文将以牛家沟特大桥为背景工程,针对双薄壁空心墩在施工中的关键技术展开研究。

1 工程概况

牛家沟特大桥(左右线)为麻昭高速公路上跨牛家沟的一座特大桥,该特大桥位于昭通市大关县悦乐镇青林村,属低中山地貌,冲沟发育,地形起伏较大,桥梁范围内中线地面高程1 261～1 478 m,桥面与沟底最大相对高差217 m。桥梁总长556 m,跨径布置为3.0 m(桥台)+2×30 m(先简支后连续T梁)+95 m+180 m+95 m(连续刚构桥)+4×30 m(先简支后连续组合T梁)+3.0 m(桥台)。桥梁平面位于直线上,横坡为单向2%,最大纵坡为2.9%。如图1所示。

图1 桥型立面图

牛家沟特大桥主墩均采用双肢变截面矩形空心薄壁墩,其中右线3号和4号主墩高度为136.0 m,左线3号主墩和4号主墩高度为131.0 m,顺桥向双肢间净距7.0 m,墩顶单肢宽度3.5 m,横桥向墩宽8.5 m,纵向每墩双肢内侧采用竖直截面,外侧均按100∶1放坡,横向根据墩高采用分段放坡方式,由上至下分别采用100∶1和50∶1两种坡度,变坡点设置在距墩顶100 m位置处。主墩双肢间在距墩顶50 m、100 m位置处各设置一道中系梁,为单箱单室箱梁结构,梁高3.0 m,壁厚50 cm,宽度根据其位置处的墩宽确定,主墩中系梁按预应力混凝土构件进行设计。每个单肢内部隔25 m设置一道横隔板,厚度50 cm。主墩底位置处设置Φ10 cm排水孔,侧壁每隔5 m设置一道Φ10 cm通气孔,中系梁及横隔板位置均设置人孔。主墩承台长19.2 m,宽15.2 m,厚4 m。主墩墩身采用C55混凝土。如图2所示。

图2 主墩构造示意图

2 桥墩施工关键技术

2.1 实心段墩柱施工

主墩底部实心段施工为大体积混凝土施工,其关键施工步骤为:① 对承台混凝土结合面进行凿毛。② 准确放样出墩身周边线。③ 并调好模板底面水平。④ 搭设支架和模板[5-6]。具体施工流程见图3所示。

图3 墩柱实心段施工工艺流程图

支架和模板的搭设质量将直接影响到工程建设的质量和工程的进度。因此,必须对支架进行结构计算分析,计算过程如下:

(1) 荷载取值。钢筋混凝土自重P1:混凝土分两次浇筑,支撑系统只承受1 m高的混凝土(35 m3)自重荷载。

P1=35m3×26kN/m3=910kN。

模板及支撑材料自重P2:该部分荷载包括模板重P21=7.15 kN、上层工字钢P22=15.96 kN、下层工字钢P23=4.6 kN。

P2=P21+P22+P23=

7.15+15.96+4.6=27.71kN

人员、振捣设备重P3:荷载集度取2.5 kN/m2。

P3=(3.14×2.2232+4.4×2.223×2)×2.5=

35kN

振动棒振捣产生荷载P4:荷载集度取2 kN/m2。

P4=(3.14×2.2232+4.4×2.223×2)×2=

28kN

(2) 计算分析。钢棒计算分析:钢棒选用Φ90 mm的A3钢。[σ]=170 MPa,[τ]=85 MPa; 面积A=π×92/4=63.62 cm2;抵抗拒W=π×92/32=71.57 cm3。

计算可知:Mmax<[M];Qmax<[Q]。

上层工字钢计算分析:上层工字钢为10根3.4 m长,2根3.33 m长,2根3.12 m长,2根2.76 m长,2根2.4 m长的20a型普通工字钢。简化为18根3.18 m长,承受由模板传递的竖向荷载。受力简图见图4所示。

图4 受力简图

材料特性及截面几何特性:E=210 GPa、[σ]=170 MPa、W=237 000 mm3、I=23 700 000 mm4。

计算可知:强度验算,σmax<[σ];刚度验算,fmax<[f]。

下层工字钢计算分析:承受由上层工字钢传递而至的竖向荷载。简化为均布荷载。材料特性及截面几何特性为:E=210 GPa、[σ]=170 MPa、W=237 000 mm3、I=23 700 000 mm4。[σ]=L/400=2 060/400=5.15 mm。

计算可知:强度验算,σmax<[σ];刚度验算,fmax<[f]。

做好上述关键步骤,将有效保证桥墩的施工质量。

2.2 空心段施工

桥墩空心段施工的关键技术在于内外模板的架设,根据墩身构造特点、全桥施工工期安排及现场实际情况,主墩外模采用液压自动爬升模板,内模采用碗扣脚手架施工。右线主墩高136 m,受隔板及中系梁影响,共划分成36个施工节段,为保证施工节点的顺利完成,根据施工应力分析,对第一道中系梁采用后浇法,即先施工墩柱及墩柱内系梁部分,待模板爬升后采用搭设平台后浇双肢间中系梁并张拉的方法;对第二道中系梁采用同步浇筑方法,即利用液压爬模体系,采用墩柱与中系梁同时施工的方法。由下往上节段长度为:

3.0 m+2×6.0 m+(1.0 m+0.5 m+1.0 m)+3.5 m+2×6.0 m+(0.5 m+1.5 m+2.0 m+1.5 m)+3×6.0 m+3.25 m+2.5 m+3×6.0 m+3.25 m+(1.5 m+2 m+1.5 m)+3×6.0 m+(3.25 m+1.5 m+1 m)+3×6.0 m+2.25 m+3.5 m。

由于系梁、横隔板、墩壁的钢筋较为密集,为方便施工,保证混凝土捣固质量,系梁分两次灌注,第一次灌注底板,第二次灌注腹板和顶板。系梁顶板采用内脚手架作支架施工。

2.3 系梁施工

系梁将两肢薄壁墩连接成一个整体,使得桥墩整体性更好,增加了桥墩的抗弯性能[6-8]。本项目共设置两道横系梁。

(1) 第一道系梁施工。根据自动液压爬模的构造要求,当模板全部爬升出中系梁位置后,即可开始中系梁的施工。为保证中系梁的正常施工,需在主墩两分肢的内侧提前埋设Φ114 mmPVC管作为穿心钢棒的预留孔。系梁整体支架体系自上而下为:1.5 cm厚竹胶板 →10 cm×10 cm方木次楞(横向) →10 cm×15 cm方木主楞(纵向立放) →120 cm碗扣支架(含顶、底托座) →20槽钢(横放、开口向上) →2 cm厚木板(平铺)→工32a工字钢(立放) →工40a工字钢(立放)→Φ100 mm钢棒(穿心管114 mm)。支架体系安装完成后,根据施工图纸绑扎底板钢筋并安装预应力锚具及预应力波纹管。施工过程严格按设计及规范要求准确定位波纹管坐标,如果普通钢筋与波纹管位置冲突,可适当调整普通钢筋位置。底板钢筋绑扎完成后,准确安装腹板箍筋并固定后,即可浇筑底板混凝土;底板混凝土浇筑完成后,待混凝土强度达到15 MPa以上后,在底板上搭设中系梁内脚手架,施做腹板及顶板钢筋、预应力管道;腹板及顶板钢筋绑扎完成、波纹管准确定位后,经监理工程师验收合格,浇筑腹板及顶板混凝土。腹板浇筑方式采用两侧对称浇筑,顶板浇筑采用沿长边(横桥向)从左到右一次浇筑成型;中系梁混凝土浇筑完毕后,待强度达到设计强度的100%,立即安排预应力张拉及压浆施工;待孔道压浆强度达到设计强度的100%后,方可进行支架体系的拆除工作。

(2) 第二道系梁施工。主墩第二道中系梁位于距墩顶50 m高度处,为便于施工,采用液压爬模和内爬架作为支撑体系,与主墩同步浇筑方式完成。

爬模上设有6层操作平台,由上往下,第一层和第二层平台用于钢筋绑扎和混凝土灌注;第三层平台用于模板安装、脱模和模板表面清理;第四层平台用于导轨和爬架的爬升;第五层和第六层用于墩身表面修整和锚挂组件的倒用。

外模纵向围檩一端可伸缩,以适应墩身纵向收坡[9]。内模横向围檩两端可伸缩,内模纵向围檩单端伸缩。

3 结束语

在大跨径桥梁中, 连续刚构由于造价上具有优势而得到广泛应用。当跨越深沟峡谷和河流时, 即使需要修建超高墩, 其造价优势依然可以体现。在修建超高墩时, 双薄壁墩和单肢薄壁空心墩这两种形式的桥墩都是可以采用的[10],本文根据施工中经验,对双薄壁墩施工过程中的注意事项进行了总结和研究,分析了实心段墩柱施工、空心段施工和系梁的施工。

[1] JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]．

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[4] 孙志显.液压滑模在桥梁高墩施工中的应用[J].中小企业管理与科技(上旬刊) ，2012，12(6):1201～1206．

[5] 张正富.高速公路桥梁高墩施工技术分析[J].黑龙江交通科技,2013(9)：111～113.

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[10] 欧阳青.高墩大跨连续刚构桥墩形式研究[J].中外公路,2008(2)：153～155.

U443.22;U445.4

A

1673-5781(2016)03-0398-03

2015-12-09；修改日期：2016-05-12

孙 新(1985-)，男，山东济南人，中建八局第二建设有限公司合肥分公司工程师．