市政道路桥梁施工中现场施工技术的应用

陈佳运

(江西中煤建设集团有限公司,南昌 330038)

0 引言

市政道路桥梁承载着车辆与行人的通行需求,为保障交通畅通及出行安全,施工质量及效率显得尤为重要。现场施工技术直接影响着工程成功实施及桥梁使用寿命[1],结合具体工程实例,对现场施工技术进行探讨,包括现场施工阶段划分、施工方案分析、现场施工要点等。

以某市政斜拉桥工程为例,该桥全长542 m,采用独塔单索面,塔柱结构采用C50钢筋混凝土,塔高48.6 m,主墩位于沿河北岸40 m处。主塔由18对斜拉索组成,采用带倒角的高强钢绞线缆绳与冷浇锚绳,在塔端进行张拉。在塔柱内锚固区域设置斜拉索,在塔冠拉索锚固区通过二次张拉工艺对其进行一字型及环形加固。由于桥塔在斜拉桥结构中起着承载斜拉索及传递荷载的重要作用,故在不同区段需根据索力的大小与方向变化来灵活配置。在桥塔高度较低的区段,索力的纵向水平力相对较小,在桥塔高度较高的区段,索力的纵向水平力较大,采用更多的斜拉索来平衡荷载及维持结构稳定。斜拉桥塔柱构造如图1所示。

图1 塔柱构造Fig.1 Tower structure

该市政斜拉桥主梁为箱式结构,面板和底腹板分别采用C50钢钎维混凝土与C50混凝土,施工方式为悬臂式浇筑,主跨标准节段长度为8 m,边跨承重段长度为36 m,合拢段长度为2 m。每个施工节段均设置横梁与侧向加劲肋,其中横梁中箱厚度为0.8 m,边箱厚度为0.3 m。主梁采用三维张拉索系统,纵向和横向预应力绳索均由φS15.24钢绞线构成,采用群锚锚固技术。斜拉桥主梁构造如图2所示。

图2 主梁构造Fig.2 Main beam structure

1 施工划分及方案分析

斜拉桥施工过程的阶段划分如表1所示。

表1 施工阶段划分Tab.1 Construction phase division

为了选择合适的施工方案,提出两种设想:塔梁同步施工与塔自立施工。这两种方案都有各自的优势及特点,对其进行比较分析。

1.1 稳定性

塔梁同步施工方案在主塔节段施工时,未施工节段不会对主塔承压性能产生影响,塔梁同步结构的稳定性优于塔自立施工方案。迎风面对塔自立施工方案的主塔结构稳定性影响较大,最不利的工况条件为主塔施工封顶[2]。两种施工方案下主塔的屈曲系数对比情况如图3所示。

图3 两种施工方案主塔的屈曲系数Fig.3 Buckling coefficient of main tower of two construction methods

由图3可知,两种施工方案下的第一阶屈曲状态均为横桥向失稳,屈曲系数相差较小,但在第二阶屈曲状态下,两种施工方案的屈曲系数差异显著,表明采用塔梁同步施工方案的主塔在顺桥向的稳定性较好。

1.2 风致响应

塔梁同步施工方案是在主塔封顶施工时施加风荷载,而塔自立施工方案施加风荷载则是在一次落架封顶施工时。风荷载大小与塔高之间的关系如图4所示,两种施工方案的主塔风致响应情况如图5所示。

图4 主塔风载分布情况Fig.4 Distribution of wind load in main tower

图5 两种施工方案主塔的风致响应结果Fig.5 Wind-induced response results of main tower in two construction projects

由图4、图5可知,随着塔高高度的增加,主塔受到的风荷载逐渐增大。与塔自立施工方案相比,塔梁同步施工方案塔根的正弯矩与负弯矩均较大,塔顶位移较小,表明当采用塔梁同步施工方案时,主塔风致响应较小,在风力作用下,该方案下主塔的稳定性更好。故采用塔梁同步施工方案。

2 施工要点

2.1 测量控制

在悬索张拉前,通过张拉计算确定悬索的长度及预应力力值。在张拉过程中使用张拉计进行实时监测,通过挠度传感器等设备监测悬索的变形,使用全站仪、激光测距仪等高精度测量仪器对桥梁各个部位的形状及尺寸进行测量,特别是悬臂部分与塔柱结构需进行精确测量。安装变形监测传感器,测量桥梁在受荷载与温度变化等因素影响下的变形情况。通过测量控制及时发现并纠正这些偏差,保证施工位置的准确、一致,确保桥梁结构的稳定性[3]。

2.2 塔柱施工

塔柱施工过程中采取翻模施工法,根据主塔塔柱结构特点、总高度等要求将塔柱施工分为13个节段,塔身标准施工节段高度为4.5 m。在塔身结构基础进行塔索施工及悬臂挂篮施工,在塔体吊杆安装过程中搭建脚手架并固定钢模。制作不同尺寸的模板,标准节段高度为4.5 m,变截面模板节段高度为15 m,以适应不同长度的节段要求。在15 m圆弧段施工中采用相应的模板,由于塔柱较高,采用高压泵管进行泵送混凝土。沿着塔柱外侧架设混凝土泵管直至浇注段,垂直管每次附墙长度为4～6 m。张拉施工时,实时监控钢绞线的张拉吨位与引伸量,尤其是引伸量指标,确保施工质量及安全[4]。

在塔柱施工过程中设置劲性骨架,增加塔柱的稳定性及刚度,防止其发生倾斜或塌方等情况。根据塔柱实际高度及施工进度适时调整劲性骨架的高度及位置。为了便于在塔柱上施工操作,采用落地脚手支架翻模施工。按照设计要求采用φ48 mm钢管脚手架,将脚手架搭建在塔柱周围。要注意脚手架的水平和垂直度,确保其稳固可靠。

2.3 主梁施工

该斜拉桥主梁采用箱式结构。为确保施工安全顺利,在施工前精确计算挂篮的悬挂点与数量。通过吊车将挂篮悬挂在主梁下方进行浇筑作业,挂篮可以在一定范围内平稳移动,施工人员可以在主梁上作业,不需要在梁下架设支架[5]。主梁共设置18个悬挂点,挂篮2个,每节施工长度为5 m,每节梁重约330 t。每个标准节段施工周期为2周。挂篮结构如图6所示。

图6 挂篮结构Fig.6 Structure of hanging basket

牵索式挂篮施工通过挂篮与钢绞线相互配合实现混凝土悬臂浇筑,逐步形成主梁的整体结构。其施工工艺是在桥梁主塔上安装牵索式挂篮,在挂篮悬挑前进行钢绞线的张拉,挂篮与钢绞线就绪后开始进行混凝土悬挑浇筑,逐步牵引并支撑挂篮,使其悬挑部分逐渐增加,根据挂篮的变化情况进行适时的支撑调整,保证挂篮的平衡及稳定。当悬挑部分完成后,需对悬挑部分与主梁已有部分进行连接,继续进行混凝土的悬挑浇筑,逐步形成完整的主梁结构。根据主梁的设计要求进行后续的处理,如喷涂防腐剂、施加预应力等,使主梁的性能进一步加固及完善。

3 结束语

该斜拉桥现场施工采用塔梁同步施工方案,通过合理安排斜拉索与主梁的施工,实现了工期的大幅缩短。斜拉桥主梁共有10个节段,挂篮施工每个节段梁工期平均为2周,通过塔梁同步施工方式,节约工期约5个月,施工效果显著,经济效益明显。