大跨度特大连续刚构桥合龙段优化施工关键技术研究

陈文波

(广西八桂工程监理咨询有限公司,广西 南宁 530022)

0 引言

连续刚构桥因具有整体性好,连续梁无伸缩缝从而行车平顺性较好的特点被广泛采用。然而,对于大跨度的连续刚构桥而言,由于其建成后的超静定的受力特征,使其在主跨合龙对接时对施工技术提出很高的要求。

学者们针对连续刚构桥的合龙施工开展了技术研究,周学超[1]针对不同的荷载工况,分析桥梁的屈曲模态主要表现为桥墩为横向而主梁为纵向。张大琦等[2]针对单腔空心薄壁墩连续刚构桥,采用Midas Civil软件与理论分析进行对比研究,得到最不稳定的部分出现在双臂阶段。师全海等[3-7]采用实时监测的方法,对合龙施工阶段进行实时监测反馈,调整施工方案,确保合龙顺利。廖丰[8]研究了劲性骨架合龙顶推施工,取得良好效果。综合当前的研究现状,针对刚构桥合龙施工的研究取得了不少成果,但对于大跨度双薄壁墩刚构桥合龙施工技术研究仍有不足。

本文在前人研究的基础上,通过对平而河双薄壁刚构大桥中跨合龙施工进行模块化分解,并对各个模块进行施工细化优化,结合工程的实际情况,分别对挂篮工程、配重工程等分项工程进行施工技术优化调整,并配合工程监测,反馈给施工单位以调整施工方案,从而获得更佳的合龙施工工艺。

1 平而河特大桥工程概况

1.1 工程项目基本概况

平而河特大桥桥跨布置为:(90+155+90)m+(3×30)m,桥跨起讫桩号为K266+934.5～K267+359.5,桥梁全长434 m,如图1所示。主桥跨径布置为(90+155+90) m连续刚构桥,上下行分幅布置,箱梁顶面设横坡,箱底横向水平。桥梁平面位于直线上;桥梁纵断面位于2.5%的纵坡上。

图1 平而河特大桥主桥桥型布置图 (cm)

主梁采用单箱单室截面,箱梁顶板横坡设单向2%横坡。箱梁全宽为12.75 m,底板宽度为6.75 m,主跨根部梁高9.5 m,跨中梁高3.5 m;箱梁翼缘悬臂端厚度为20 cm;箱梁顶板厚度为28 cm,根部顶板加厚到90 cm;近合龙段箱梁截面腹板厚60 cm,近根部腹板厚80 cm。主梁采用纵、竖、横三向预应力混凝土结构。主墩采用双肢薄壁墩,截面尺寸为横桥向×顺桥向=6.75 m×1.6 m,承台厚4.2 m,基础为6φ2.5 m灌注桩基础。

1.2 桥梁场区工程地质概况

桥梁场区内地层岩性单一,水文地质条件较简单。桥址区横跨平而河,地表水主要为河水,河床长49.3 km,宽约70 m。地下水类型为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。距桥址区东侧约800 m处断层名称为F66水口断裂,属旋钮构造体系,断面倾向为40°,倾角为40°,南段走向南西190°～200°,倾向挟转为NWW,倾角66°左右。由于该断裂为非活动断裂,下伏基岩稳定,因而大桥受断裂影响小。

2 平而河特大桥中跨合龙段优化施工技术

该工程属于大跨度特大桥梁,且受场地及环境等因素影响,按照传统的工艺难以确保精准合龙。为此,本研究针对该桥梁的具体工况,分别对平而河特大桥合龙段施工所涉及的挂篮工程、配重工程、合龙段配套数据采集监控工程、合龙段锁定工程、模板工程及混凝土工程等分项工程进行细化优选,并全程配合实时监测桥梁的位移、温度及偏斜量等参数,实时反馈给施工单位,及时调整施工方案。平而河中跨合龙段优化关键技术如下。

2.1 挂篮及底篮后移施工优化措施

平而河特大桥连续刚构合龙段优化采用挂篮系统底篮来作为施工平台进行施工。在中跨合龙段施工前完成边跨合龙段施工,合理组织合龙段两侧悬浇时机,结合悬臂施工及中跨合龙段施工要求,两侧挂篮不发生冲突,使挂篮桁架及底篮到达预定位置。合龙段优化措施见图2。

图2 平而河特大桥主跨现浇段分块施工示意图

(1)合龙施工中跨19#梁段时,预埋中跨合龙段各类预埋孔。

(2)完成中跨19#梁段施工后,一侧挂篮携带底篮整体后移,另一侧挂篮前移并锚固在中跨两侧19#节段。

(3)利用挂篮底模、侧模,形成中跨合龙段施工平台。

2.2 配重施工优化措施

平而河大桥中跨合龙段施工采用水箱进行配重,水箱+水的重量=1/2倍中跨合龙段自重=30 t。具体优化措施如下:

(1)采用直径为5 m、高度为3 m、壁厚为1 cm的铁箱作为配重水箱,沿用边跨合龙段的水箱。

(2)安装时,利用塔吊将水箱放置于两侧中跨19#梁段上,水箱放置于19#梁段中心。

(3)水箱加水至设计吨位。由于正值雨水丰沛的季节,水箱顶采用竹胶板及彩条布覆盖,防止施工期间雨水进入水箱。

2.3 中跨合龙段配套数据采集监控措施

由于刚构桥的跨度较大,受到风载、结构内应力及安装造成的内力作用,中段合龙的安装需要进行内力、应变和位移的监测,对合龙过程的结构应力、应变进行监测,并随时调整合龙的方案,保证中段顺利的对接。数据采集实施主要包含:

(1)中跨合龙段数据采集前,清理刚构桥上杂物,包括箱梁顶板及箱室内的杂物,铲除浮浆,保证测试的可靠性。

(2)对合龙口进行连续48 h观测,并设计采集“时间—温度”、“时间—温度—高程”、“时间—温度—轴线偏位”曲线数据。

(3)高程及轴线偏位观测是中跨合龙段两侧梁段的高程观测。

(4)边跨合龙段施工完成后,对1#、2#墩纵桥向偏位进行观测,获取“时间—温度—纵向偏位”曲线。

(5)获得温度、应力、偏位、挠度等数据后,结合合龙口实测数据、墩身偏位,推导计算出中跨合龙段合龙温度、合龙口底模高程、顶推施工的顶推力,给出相应的合龙时间段。

2.4 中跨合龙段锁定施工优化措施

2.4.1 中跨合龙段锚固杆锁定施工前准备工作

根据监控数据反馈而拟定的模板高程值调整好挂篮底模高程。提前焊接锚固杆,中跨合龙段连接杆与19#梁段锚固杆可相对自由移动。两端中跨合龙段配备4名焊工及5台焊机等设备。准备一台250 kW的发电机,防止突发停电事故,配备电工保证施工供电的连续性。随时关注当地天气预报及变化情况。作业时配备激光温度计,对合龙口两端高程控制点进行动态观测,发现异常应及时告知总工程师,并提出方案调整。

2.4.2 锁定施工措施

当梁体外环境温度及梁体温度均符合合龙段锁定要求时,开始进行施工。同时开动焊机,由专业焊工进行劲性骨架锁定施工,将中跨合龙段劲性骨架连接杆与19#梁段锚固杆进行快速焊接。焊接施工时,先对连接杆与锚固杆焊缝进行短距离焊接,各焊接点均快速施焊,完成后再进行各条焊缝的完整焊接。焊接完成后,及时对焊接质量进行检查,完成中跨合龙段劲性骨架的锁定施工。

2.5 模板优化施工措施

合龙段的底模及外侧模采用挂篮配套钢模板,内模采用钢模结合施工。合龙段锁定施工完成后,安装梁体侧模及翼缘板模板。底板及腹板钢筋施工完成后,安装内模。内支架采用盘扣支架,立杆间距为60 cm,适量剪刀撑,顶端设置顶托调节高度。

2.5.1 底模

底模铺设在吊篮安装完成后进行,需适当降低吊篮高度以使吊篮进入中跨现浇段下方;到位后,在吊篮底板上铺设Ⅰ56工字钢;工字钢与底板点焊以防止滑移,在工字钢上方铺设木方,再铺设竹胶板模板。

2.5.2 侧模及内模

箱梁内模支架采用φ48 mm×3.5 mm钢管盘扣式支架。底托及顶托设置通长Ⅰ14 cm工字钢背楞,间距为60 cm;在次背楞上铺设长10 cm×10 cm方木背楞,间距为20 cm;在背楞方木上铺设1.5 cm厚竹胶板。在竹胶板接头处设置方木,将竹胶板使用圆钉固定到方木上,避免出现错台现象,并保证模板严密不漏浆。腹板侧模采用木模板、Ⅰ14工字钢背肋、方木及φ25 mm螺纹钢拉杆安装,竖向背肋采用Ⅰ14工字钢进行加固,间距为60 cm;纵向向采用10 cm×10 cm方木进行加固,间距为30 cm;拉杆按纵向间距60cm、横向间距30 cm一根布置。

2.5.3 吊篮底模标高调整

在混凝土浇筑前,对吊篮底模的标高进行调整,确保浇筑后梁体标高和监控指令一致,同时新旧混凝土面接缝无错台。篮底模平台标高组成为设计标高+设计预抬值+吊篮弹性变形值。

2.6 混凝土施工优化措施

2.6.1 混凝土施工工艺

混凝土浇筑应该选择良好天气。在混凝土浇筑前,监控单位对刚构桥进行温度及应力观测。混凝土浇筑前对梁端进行凿毛处理,并清除松散混凝土,对梁端表面充分湿润,确保新老混凝土连接质量。采用分层浇筑,浇筑按先底板、后腹板、再顶板及翼缘板的顺序进行。边浇筑边对配重水箱进行放水卸荷,做到“一个水箱减少的重量=1/2混凝土浇筑重量”,施工时可对每次浇筑量进行计算,每次浇筑间歇复核水箱水位高度,确保达到施工要求。

浇筑过程对合龙段两端进行高程观测,并记录观测结果,监控单位对梁体进行温度、应力监控。底板混凝土及顶板混凝土浇筑完成后,及时对其表面进行整平。浇筑完成后,测量高程,监控人员对刚构桥进行温度及应力测试,为下一阶段施工做准备。

浇筑工艺采用整体分层方式,如图3所示。根据混凝土初凝时间初步确定每层浇筑厚度约30 cm,层间最长间隔时间不大于混凝土初凝时间。浇筑顺序根据图4先底板、后腹板、再顶板和翼缘板的顺序。梁腹板同时对称浇筑,浇筑顶板及翼板混凝土时,从两侧向中央推进。

图3 整体分层往复浇筑示意图

图4 混凝土浇筑顺序示意图

2.6.2 混凝土施工控制优化措施

连续梁桥上部结构混凝土为C55高性能混凝土,胶凝材料用量较大,升温降温迅速,内外温差大,非常容易出现温度裂缝。应采取有效措施控制温度开裂,主要温控措施有:

(1)优选水化热低的混凝土配合比,掺加粉煤灰,降低水化热。

(2)冬季施工加强保温,延长拆模时间。

(3)夏季施工遮盖骨料,选择低温时段浇筑,降低混凝土内部最高温度。

(4)加强混凝土的养护。

混凝土除温度裂缝外,还有收缩裂缝。收缩裂缝的主要控制措施有:

(1)控制集料的含泥量,砂的细度模数大一些;使用高效减水剂降低混凝土单方用水量。

(2)减小新、老混凝土之间的温差、温度梯度以及浇筑的时间间隔。

(3)适当推迟拆模时间。混凝土拆模时控制内外温差,并选择一天中气温较高时拆模;拆模后立即采取养护措施,减少水分散发。

3 结语

大跨度连续刚构桥中跨合龙施工受到风载、温度及施工方法等多因素的影响,特别是中跨对接的悬挑长度在影响因素的作用下会被成倍数放大,其对接难度随即增大。因此,对大跨度刚构桥的中跨合龙段施工进行施工方法优化,将中跨合龙段所涉及的分项工程进行拆分,即分别对平而河特大桥合龙段施工所涉及的挂篮工程、配重工程、合龙段配套数据采集监控工程、合龙段锁定工程、模板工程及混凝土工程等分项工程进行细化优选,全程实时监测桥梁的位移、温度及偏斜量等参数,实时反馈给施工单位并及时调整施工方案。通过优化合龙对接施工方案,在平而河大桥的中跨对接中积极作用明显,保证了桥梁的顺利对接,也验证了该施工方案的可行性与可靠性,对大跨度刚构桥中跨对接具有借鉴作用。