1 工程概况
沪昆客专贵州段克地坝陵河特大桥全长525.738m,孔跨布置为1×32m+(88+168+88)连续刚构+4×32m,1#~4#连续刚构桥墩采用空心矩形薄壁墩,1#边墩高33m,2#主墩高92.5m,3#主墩高104m,4#边墩高86.5m;5#~7#简支梁空心矩形薄壁墩高分别为71m、47m、32m。其主桥为单箱单室变截面预应力混凝土连续刚构梁,边跨支座中心线至梁端0.9m,横桥向支座中心距为7.4m,2#、3#墩顶与连续梁固结,无支座;中支座处梁高为12m,边支点处梁高6m,箱梁顶板宽12m,底板宽8m,顶板厚62cm,边跨端块处顶板厚由62cm渐变至100cm,底板厚52~110cm,腹板厚50~110cm,中跨及边跨合拢段长均为2m,悬臂段共21块标准段。除0号段外其余梁段梁底下缘按二次抛物线Y=6.0+6.0X2/4900m变化。梁体在支座处设横隔板,全联共设6道横隔板,横隔板中部设有孔洞,以利人员通过,同时在梁端底板设置了检查孔,梁端进人洞下缘与箱梁底板下缘的距离为300cm,该桥墩身采用液压爬模施工,连续梁采用挂篮悬臂灌注法施工,其示意图如图1。
2 合拢段施工 2.1 主要施工方法
合拢段施工通常是连续梁施工的关键之一。本桥在中跨段合拢之前,移除3#主墩中跨侧挂篮系统,并利用2#主墩中跨的挂篮侧模及底模桁架灌注中跨合拢
段,完成“TT”向“Π”结构的体系转换;再采用2#、3#主墩两侧边跨挂篮系统作为边跨合拢段的支架系统,同时合拢两端边跨合拢段,完成全桥体系转换。本桥按先中跨后边跨的合拢顺序合拢[1]。
2.2 中跨合拢段施工工艺 中跨合拢段施工工艺流程见图2。 2.3 配重方案的确定
中跨合拢时,本桥配重考虑因素主要构成有以下几点:成桥后梁体各截面的应力与设计值应相符;保证梁体在劲性骨架锁定时的线性与设计相符;确保在施工过程中T构两端受力平衡[2]。
遵循以上配重原则,在施工过程中严格控制合拢口两悬臂端之间的施工荷载,使其两端荷载相等,并且在混凝土浇筑过程中逐渐卸载,加、卸载均对称梁轴线进行。
本桥中跨合拢主要考虑了以下因素:由于挂篮系统行走后引起的不平衡配重;梁面施工机具及材料引起的不平衡配重;合攏段混凝土造成的不平衡配重;合拢前在T构两端设置大型水箱,在水箱内加载水以起到配重平衡的目的。合拢配重计算计算结果见表1。
加载过程要对称进行,在水箱加载完成后,及时测量梁体线形并反馈给线控单位之后,根据线控单位的施工指令数据调整边跨侧挂篮模板标高,在中跨合拢段混凝土浇筑过程中,中跨两侧水箱中的水将随着混混凝土的浇筑逐渐释放,此过程中始终确保中跨两端总重量保持不变,水箱中水的排放速度可略大于混凝土的浇筑速度。
2.4 中跨合拢顶推力的确定
刚构桥合拢后,由于张拉合拢钢束以及在混凝土长期收缩、徐变等引起梁体的压缩变形,墩顶将发生水平位移,并引起墩内不利的附加弯矩,对此位移,可在合拢段劲性骨架锁定之前对合拢段端梁施加顶推力达到使墩顶预偏的目的,以抵消部分这种位移对桥墩的影响。
由图纸设计,中跨合拢要求温度为12℃,相对应的顶推力为200t。根据现场测量数据,合拢时实际温度为3℃,与设计合拢温度相比较降低了9℃;合拢温度与设计相差较大,需对中跨合拢顶推力进行调整。
2.4.1 计算结果
采用Midas/civil对合拢顶推力进行模拟计算:在静力降温工况作用下,2#、3#主墩均向跨中偏移,偏移量分别为5.7mm、7mm。以墩顶截面收缩徐变10年后的位移在合拢温度变化前后相同为依据,求得合拢顶推力为130t,顶推相对位移为26mm;同时采用跨中截面成桥内力对顶推力进行校核,计算结果为:在静力降温工况作用下,跨中截面成桥内力减小78.9t,与墩顶处截面位移控制标准基本符合。
综上,对合拢顶推力做出以下调整:当合拢环境温度为3℃时,顶推力为130t。 2.4.2 顶推施工
临时锁定劲性骨架前,分别在中跨两横断面顶板底板处设置千斤顶,对两侧T构施加130t顶推力,顶推时以顶推力为主,顶推位移为参考,当顶推力达到设计要求时,安装劲性骨架[4]。
顶推所用材料及千斤顶选型:综合考虑施加顶推力的均匀性、安全性以及可操作性,在梁体顶板、底板靠近腹板处各选两处作为顶推点,在施工2-21#块及3-21#块时在相应顶推点处预埋钢板,钢板25*25cm,厚2cm。在2#墩侧预埋钢板上焊接顶推杆件,杆件采用I20a工字钢,长160cm,单根工字钢所受顶推力为325KN,其截面积为3550mm2。根据顶推力,选用4个60t液压千斤顶进行顶推作业,油顶直径为150mm,油顶长300mm。顶推之前,在两侧梁面上布置观测点,顶推过程中需连续观测梁体标高及轴线位移变化。顶推示意图见图3。
2.5 劲性骨架及预张拉施工工艺
为使合拢段两端形成可以承受一定内力的刚结点,防止由于温度等各种因素影响在合拢前就产生变形,在施工中设置外刚性支撑(劲性骨架),将2#墩、3#墩两个T构连接为一个整体;同时采用张拉临时预应力束的方式,在合拢段储备一定的预应力,来承受合拢段施工产生的不利荷载。
劲性骨架采用4根2I36a工字钢(顶板、底板各2组),长3m,与预埋在梁体内的2I45a型钢焊接,横向设置2道[32a槽钢作为加劲梁,横向[32a槽钢加劲梁与纵向工字钢之间焊接。劲性骨架在顶推完成后尽快完成焊接,逐渐移除
油顶将顶推力传递到劲性骨架上,并及时观测梁体轴线位移是否有变化。劲性骨架设置见图4。
劲性骨架焊接完成后,为避免温度下降时合拢段两端的混凝土收缩时在合拢段混凝土中产生的拉应力,还需对合拢段进行预张拉,选取跨中顶板及底板纵向预应力钢束N41、N42各2束作为预张拉束,张拉控制应力为设计值的20%,单束张拉控制应力为260.4Mpa,预张拉完成后再次测量梁体轴线及标高的变化。
2.6 边跨合拢施工工艺
本桥边跨合拢时中跨已经合拢完成,部分预应力束已完成张拉,桥梁成“∏”结构。中跨合拢完成之后,将两侧边跨挂篮前移,并利用挂篮外模及底模做为支架浇筑边跨合拢段。
边跨合拢段施工流程:边跨合拢段两侧预埋孔及预埋件设置 挂篮系统前移、锚固 绑扎钢筋、安装预应力管道 合拢段不平衡配重 劲性骨架锁定 浇筑合拢段混凝土(浇筑时间应选在日气温较低,温差小的时间内)。
混凝土养生至设计张拉强度 按设计要求张拉预应力束 解除锁定 张拉剩余预应力束并压浆。
2.6.1 劲性骨架设置
中跨合拢之后中跨为固定端,边跨为活动端,劲性骨架安装应考虑以下因素:边跨现浇段由于温度变化自由伸缩时与底模及支座产生的摩擦力;合拢段混凝土在温度变化时产生的内力;边跨合拢时边跨现浇段混凝土与底模的摩擦系数f取0.15[3],边跨合拢段因温度变化而产生的伸缩力可视为等于混凝土与模板产生的摩擦力。边跨现浇段梁方量为138m3,边跨合拢段方量为37.1m3,边跨合拢段重量全部由挂篮承重,经计算,因温度变化引起的摩擦力为69.6KN。
劲性骨架纵向采用4根2I36a工字钢(顶板、底板各2组),长3m,与预埋在梁体内的钢板(长×宽×厚=50cm×50cm×2cm)焊接,顶板、底板横向各设置2道[32a槽钢用于加劲梁,横向[32a槽钢加劲梁与纵向工字钢之间焊接;浇筑混凝土前迅速、对称地对合拢口进行锁定。
2.6.2 边跨合拢配重设置
中跨合拢完成后,底板部分预应力束已经张拉完成;为了使边跨合拢前后梁体受力状态不发生变化,边跨合拢段合拢时需要设置配重,采用中跨合拢时的水箱作为配重,配重为49.2t。
3 结语
本桥为高墩大跨连续刚构梁的典型实例,通过上述合拢方案的施工,将顶推力的调整、临时锁定、预张拉等工艺应用到本桥施工过程中,在施工过程中应注意:
(1)顶推施工时四个千斤顶顶必须同步进行,顶推力应分级加载,顶推杆件的焊接与梁体截面垂直;顶推施工时挂篮底模及内模应保持松弛状态。
(2)顶推施工合拢段使用的临时锁定结构,宜采用体外劲性撑架,施工方便,合拢拆除后不改变合拢段箱梁截面刚度,使实际情况与计算条件相吻合[5]。
(3)边跨合拢段劲性骨架焊接完成后,应及时解除对边跨的活动端支座约束;劲性骨架选取时安全系数应不小于2.5。
连续刚构梁合拢施工按照“低温浇筑、超前张拉”的基本原则进行,合拢时选择一天中温度较低、温度变化幅度较小时锁定合拢口并浇筑混凝土,這样可保证合拢段新浇筑混凝土处于气温上升环境中,在受压状态上凝结,从而较好地保证了梁体的内力和线型。
参考文献
[1]雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京:人民交通出版社.
[2]李桂梅.浅谈连续梁合拢段施工技术及控制措施[J].科技资讯.2010(18). [3]焦建民.悬浇连续梁合拢段施工[J].山西建筑.2007(17). [4]吴彪.矮墩连续刚构桥合拢段的顶推施工[J].公路.2004(07).
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