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一、概述
姚江大橋是滬杭甬高速公路拓寬工程沽渚至寧波段的咽喉工程,其老橋為8×20m空心板橋,由于姚江河道整修后,將為四級航道,故將老橋拆除后在原地重建新橋。姚江大橋新造大橋全長734.04m,主橋配跨為55+90+55m,結構型式采用雙向預應力混凝土連續箱梁橋。
二、施工方法及施工工藝
㈠ 支承墊石、臨時支座的施工
支承墊石高度為20cm,采用C40鋼筋混凝土結構,平面尺寸為160×160cm。施工時墊石頂面高程應嚴格控制,最大高差不超過2mm。在混凝土澆注之前,按照支座平面尺寸在墊石上預留四個孔,孔深為56cm,孔徑為18cm,混凝土澆注完畢以后,要及時復測,并調整墊石標高。支座采用GPZ(II)20GD和GPZ(II)20DX盆式橡膠支座,在安裝過程中要對其進行檢查,在預留孔處用環氧樹脂砂漿進行封堵,并在滑板處涂抹硅脂油進行潤滑,安裝完畢后,對支座進行鎖定,以防止出現縱向或橫向位移。
臨時支座是為施工階段形成剛構體系而將0號節塊與主墩固結而設置的,需在邊跨合攏后,中跨合攏前拆除。臨時支座采用C40混凝土,高度為51cm,上部23cm混凝土,下部24cm混凝土,中間為4cm硫磺砂漿夾層。臨時支座施工時,在墩頂面及支座頂面涂抹隔離劑,然后澆注下部混凝土,再澆注中部4cm硫磺砂漿。硫磺砂漿中部配有電阻絲,合攏后加熱電阻絲燒熔硫磺砂漿以拆除臨時支座。
㈡ 墩頂0號段托架形式的選擇及0號段的施工
墩頂0號段是主橋懸灌梁施工中的第一作業段,也是連續梁施工中較為繁瑣的一部分,因此,如何正確選用托架形式將直接影響到墩頂0號段的施工進度和質量。在以往的施工中,較多的采用萬能桿件在墩側拼裝,或直接在地面支立排架,增加了施工的難度,同時也增大了施工成本。姚江大橋墩頂0號段由0.5m+3m+0.5m共三段組成,其中3m段處于墩頂,不需外加支撐,兩0.5m段則需支立托架現澆完成,每側混凝土數量為75m3。同時由于墩身為箱型薄壁墩,壁厚50cm,如采用萬能桿件等拼裝形式,一是需埋設大量型鋼,整個墩頂支撐部位墩身均須加強,且型鋼為一次性材料,不能倒用;再者萬能桿件拼裝要求精度高,而產生的變形又大,不利于0#段的施工。鑒于以上情況,我們選用了預應力三角托架形式,即墩身施工時,在相應部位埋設托架預埋件,并在托架預埋件處增設墩身內部橫系梁。三角托架采用[30b和[25a槽鋼拼制而成,并通過橫系梁處預留的孔道用Φ32精軋螺紋鋼連接起來,為保證托架與墩身接觸緊密,每根螺紋鋼需用千斤頂張拉54t力后錨固。此種托架形式簡便,材料可多次倒用。托架支立完成后,在托架頂面鋪設[28分配梁,并加鋪混凝土楔塊后放置4m段底模。為驗證此托架的安全性,我們選取了兩個墩身分別進行了模擬加載試驗,結果證實,該托架實際變形只有4mm,有效地保證了施工的強度、剛度和穩定性。
0#段3m長底模采用4cm木板制作,木板下填筑砂子以支撐底模,并留出永久支座位置,兩側各4m段采用菱形掛籃所用的底模板,內模采用鋼木組合結構拼裝而成,外模仍舊利用菱形掛籃所用大塊鋼模板,同時在外模板上采用托架作為支撐平臺,內外模之間用φ16拉桿對拉。其施工工藝如下:安裝預埋件并搭立平臺→ 安裝底、側模板→ 綁扎底、腹板鋼筋→ 安裝豎向預應力鋼筋→ 組拼內模→ 綁扎頂板鋼筋→ 安裝縱、橫向預應力孔道→ 混凝土澆注→ 養護 → 拆模→ 端頭鑿毛→ 張拉→ 壓漿。
預應力三角托架的選用,從一定意義上說是連續梁0#段施工的飛越性進步,它大大縮短了施工工期,加快了材料的周轉,為連續梁地施工提供了更加廣闊的發展前景。
㈢ 掛籃結構與特點
1、掛籃的結構
根據姚江大橋各懸灌梁節重量及長度等的實際情況,選用了菱形掛籃結構,它包括以下幾個部分:
⑴吊架系統:由立柱、斜拉桿、縱梁組成三個菱形架主桁,再由橫聯及門架把菱形架連成一個整體,支腳設于立柱及后連接點下方,桿件之間連接采用普通螺栓聯接,主桁架由[28組成。
由于主梁頂面較寬,所以在箱梁頂面對應的四個腹板處均設立了一個菱形架,共同承擔懸灌部分的荷載。
⑵錨固、行走系統:由Ф32精軋螺紋鋼筋與豎向預應力筋聯接對滑道及掛籃進行錨固,利用專門連接器使二者連接起來。滑道采用[16制成,在滑道與菱形架之間利用不銹鋼板進行滑動,使掛籃前移。同時在菱形架的尾部還增設了后鉤板與滑道上翼緣相連,以保證掛籃行走時不致發生傾覆。
⑶前、后吊系統:由吊帶及調升裝置組成,吊帶由δ=36mm鋼板制作,通過螺旋千斤頂和內外模托梁完成對模板的高程調整。
⑷模板系統:由底模、側模、內模組成,底模與側模為整體鋼模板,內模為槽鋼骨架敷設組合鋼模板。底模置于前后底橫梁的縱向桁架上,并通過前吊帶和外模支承于掛籃上,隨掛籃一同前移。
2、掛籃的特點
⑴掛籃設計結構簡單,受力明確,適應梁高變化范圍大。
⑵掛籃前端及中部工作面開闊,可以從掛籃中部運送混凝土,便于軌道的安裝和掛籃以及腹板、底板鋼筋的吊裝、加工等工作。
⑶設有走行裝置,移動方便,外側模、底模可一次拆除,便于整體抽拉。
⑷取消了平衡重,利用梁體本身豎向預應力筋錨固滑道,掛籃沿軌道行走。
⑸所需材料均為普通型鋼,加工制作簡單。
⑹可用于合攏段的施工,掛籃可利用系數高。
3、懸臂灌注節段施工
⑴掛籃的預壓:為節省掛籃拼裝后時間長的影響,可在掛籃拼裝前對單個菱形架利用千斤頂逐個預壓,以消除其非彈性變形,測出彈性變形值,為立模提供可靠依據。由于非彈性變形有時不能一次全部消除,預壓可分三次加載,并穩壓12小時。
⑵掛籃的拼裝:當墩頂0#段混凝土澆注完成并張拉壓漿后,即可開始拼裝加工好的掛籃,拼裝順序為:走行裝置→ 主構架→ 錨固系→ 前、后吊系→ 模板系。同時拼裝掛籃時還應注意以下幾點:①應在主梁混凝土頂面,特別是前支腳位置,修整已澆注的混凝土表面,使之平整。②拼裝時要自下而上對稱進行,因為主桁架前懸臂較大,容易造成傾覆,故一定要用錨固系將后錨點錨固好。
㈣邊跨現澆節段施工
邊跨現澆節段在懸灌節段施工后期同步進行,在墩側利用“八三式輕型軍用墩”及型鋼搭設膺架進行施工,膺架截面尺寸為12m×6m。膺架拼裝完畢后,在其上支立模板,綁扎鋼筋,澆注三個節段混凝土。
㈤合攏段的施工
1、邊跨合攏段:利用菱形掛籃前移,將底模前橫梁置于膺架上,底模后橫梁仍錨于懸灌梁節底板上,進行邊跨合攏段施工。合攏前應在當天溫度最低時完成懸灌梁節和膺架上現澆的梁節的外鎖定及鋼筋綁扎、波紋管安裝等工作。外鎖定采用在對應梁節預埋鋼板,通過頂板、底板共8根2[25槽鋼焊接而成。
2、次中跨、中跨合攏段:可在兩菱形掛籃前底橫梁間直接鋪設縱梁,縱梁上鋪底模板,利用原外側模的其中一塊進行合攏段的施工;也可以將其中的一套掛籃拆除,用另一套掛籃自行完成合攏工作,該掛籃底模前后均錨固在懸臂梁節底板上。次中跨及中跨合攏段的鎖定采用內鎖定的辦法進行,及在對應梁節腹板處內部共預埋6根2[25槽鋼,并在當天溫度最低時完成鎖定及鋼筋綁扎、波紋管安裝等工作。
3、合攏段在灌注混凝土前應在兩懸臂端分別施加相當于合攏段混凝土重量的配重,配重可采用水箱,并在灌注混凝土時逐漸將配重解除,應特別注意配重的解除與混凝土的灌注速度保持一致。
4、合攏段的施工是連續梁施工關鍵的環節,應特別注意施工時的溫度情況,灌注混凝土、骨架的鎖定、鋼筋的焊接等工作均應在當天溫度最低時進行,并應切實保證鎖定用的槽鋼的焊接質量,也可以利用設計的永久預應力鋼束施加臨時預應力以抵抗槽鋼的變形,施加的力的大小要根據現場的實際溫差和跨度等情況通過計算來確定。
三、懸灌梁節的線形控制
1、姚江大橋是滬杭甬高速公路拓寬工程的重點、難點工程,工期緊、質量要求高,而大跨度預應力混凝土連續梁施工,較困難的就是線形控制問題。為確保兩個T構懸臂端部的合攏精度,及在結構運營相當長時間內達到設計要求的標高,施工時正確預留預拱度是非常重要的。
2、主梁預拱度及立模高程受以下因素的影響:a結構自重;b施工荷載(掛籃、吊架重量);c預應力張拉;d混凝土的收縮、徐變;e施工時的溫度、溫差、日照;f掛籃等的非彈性變形。
根據懸灌施工的結構形式、預應力張拉、施工時的氣候等因素,計算出主梁各施工階段的節點位移,與施工觀測相比較,進行適當調整,從而合理的選擇各梁段的立模高程。
3、在箱梁懸臂施工中,箱梁塊件自重、張拉預應力、掛籃自重、掛籃桁架撓度和吊桿彈性變形均會引起箱梁施工變位,設計單位提供各荷載階段的撓度,僅是理論計算值,但受各方面因素的影響,實際撓度與計算撓度有一定的偏差。因此,要合理控制施工標高,應采取以下控制措施:
⑴由設計單位提供箱梁施工各階段的計算撓度,提供箱梁的立模標高,作為施工控制的基本資料;
⑵制定切實可行的方案,進行撓度觀測,將每一梁段施工過程中混凝土塊件澆筑、預應力張拉以及掛籃前移產生的實測撓度匯總;
⑶與設計單位配合,及時了解和掌握箱梁施工標高的變化情況,對箱梁施工各階段的實測撓度與計算撓度相比較,確定下一梁段的施工標高,提供測量放樣。
4、施工撓度觀測
⑴撓度觀測點的埋設:為監測懸臂中各塊箱梁在施工過程中的撓度變形并指導施工,在每一梁段箱梁腹板頂面上下游方向埋置φ8mm鋼筋,頂部磨圓,在澆筑混凝土時預埋,端頭露出混凝土面約5mm,作為撓度的觀測點。觀測點的埋置本著能保證觀測點本身的穩定性和最大限度反映撓度變形,又不妨礙掛籃前移的原則。
⑵撓度觀測:用精密水準儀和因瓦水準尺,采用水準測量的方法,周期性的對每一段箱梁觀測點進行監測,對掛籃前移、澆筑混凝土、張拉預應力前后的各觀測點撓度變形進行監測。
5、姚江大橋通過對連續梁主梁內力的理論計算和分析,結合現場對實際撓度的觀測情況,合理的確定了懸灌梁節的立模標高,并及時在施工中進行調整,有效地保證了合攏的精度。竣工后的大橋線形完全符合設計要求。
四、結束語
大跨度連續梁因其施工工期短,跨度大,投入設備少等諸多因素而成為當今橋梁發展的主流方向。通過對姚江大橋的建設,我們對0#段的施工,掛籃的結構,懸臂梁節的施工以及梁體的線形控制方面都有了新的認識,也改進了連續梁施工多方面的施工工藝,實踐證明是成功的,但我們應認識到,連續梁施工的成敗取決于很多方面,只有認真做好每一道工序,才能切實保證其內在質量。本文僅從幾個關鍵方面介紹了連續梁的施工經驗,供類似的工程參考,如有不妥之處,敬請批評指正。
參考文獻
1、《公路橋涵施工技術規范》