武漢西四環(huán)漢江特大橋合龍段施工控制關(guān)鍵技術(shù)
2017-04-10
1 工程概況
武漢西四環(huán)線漢江特大橋是武漢四環(huán)線上的樞紐，橫跨東西湖區(qū)與蔡甸區(qū)，雙向八車(chē)道高速公路。設(shè)計(jì)行車(chē)速度100km/h。主橋設(shè)計(jì)為五跨一聯(lián)雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，主跨跨徑360m，橋跨布置為77m+100m+360m+100m+77m。該橋是目前國(guó)內(nèi)同類(lèi)型橋梁中橋面最寬的斜拉橋。該橋主梁采用雙邊箱形截面，中間無(wú)底板，主梁頂面寬43.6m，底面寬44m。主梁頂面設(shè)有2.5%的橫坡，中軸線梁高4m，標(biāo)準(zhǔn)梁段長(zhǎng)度為6m，橫隔梁標(biāo)準(zhǔn)間距6m，邊跨部分梁段間距4m。橫梁間距與斜拉索索距相對(duì)應(yīng)，為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，橫梁厚0.4m。主塔塔身由塔座、下塔柱、上塔柱、塔冠、上橫梁、牛腿等組成。塔柱截面是“H”型，塔柱高為126.1m和130.1m，采用矩形空心截面。每個(gè)塔柱布有28對(duì)索，全橋共224根，呈扇形布置。斜拉索采用7絲ΦS 15.2熱鍍鋅鋼絞線。根據(jù)索力不同分別采用43、55、61、73根四種規(guī)格。
本橋型特點(diǎn)是高塔、寬梁、大掛籃。主梁結(jié)構(gòu)形式為雙邊箱“π”形預(yù)應(yīng)力混凝土梁，橫斷面面寬為目前同類(lèi)橋梁之最，其標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段重量達(dá)到610噸;主梁懸澆采用的牽索掛籃單個(gè)自重達(dá)300t，橫向?qū)?9m，長(zhǎng)17.5m，是目前國(guó)內(nèi)同類(lèi)型最寬、最重的掛籃。中跨合龍段長(zhǎng)度2m，采用掛籃合龍。本橋式布置如圖1所示：
中跨合龍段為雙邊箱“π”形截面，梁長(zhǎng)2m，頂面寬43.6m，中軸線梁高4m，頂板厚28cm，底板厚40cm，斜底板厚25cm，腹板厚40cm，縱隔板厚30cm，合龍段鋼筋11.5t，混凝土59.6方。中跨合龍段在主梁底板設(shè)置縱向合龍束，預(yù)應(yīng)力為高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，鋼絞線單根截面面積，，。
合龍段主梁橫斷面見(jiàn)圖2所示：
2 合龍段施工特點(diǎn)與難點(diǎn)
?。?）合龍段主梁為混凝土結(jié)構(gòu)且截面形式復(fù)雜、橋面超寬，如何控制箱梁不出現(xiàn)裂紋、如何控制橋面平整度、如何保證混凝土勻質(zhì)，為施工的重點(diǎn)和難點(diǎn);（2）考慮溫差影響、橋面臨時(shí)荷載變化影響而引起的箱梁標(biāo)高線形變化，如何保證合龍段線形確保精確合龍，為施工的重點(diǎn)和難點(diǎn);（3）采用超寬超重掛籃合龍，如何保證掛籃整體剛度是重點(diǎn)。
3 中跨合龍施工關(guān)鍵技術(shù)
3.1 合龍段掛籃施工技術(shù)
掛籃的吊桿系統(tǒng)需預(yù)埋準(zhǔn)確，南北兩岸在最后一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段（28號(hào)節(jié)段）澆筑前，提前預(yù)埋掛籃吊桿孔。合龍段吊桿預(yù)留孔布置見(jiàn)圖3所示：
中跨最后一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段28號(hào)塊澆筑完成，且預(yù)應(yīng)力張拉完成后，掛籃前移至合龍段29號(hào)塊，利用南岸原有錨固系統(tǒng)提升錨固（距離梁底預(yù)留5cm空隙）。因掛籃自重達(dá)310t，且“前重后輕”，為提高掛籃在澆筑合龍段混凝土的整體剛度，在掛籃前端（北岸）增加臨時(shí)錨固系統(tǒng)，走行到位且錨固后示意圖見(jiàn)圖4所示：
結(jié)合考慮前端掛籃自重，北岸新增加的錨固系統(tǒng)預(yù)張拉25噸，保證掛籃荷載均勻分布在南北岸梁體上且提高掛籃剛度，確保澆筑合龍段混凝土?xí)r掛籃變形控制在允許范圍內(nèi)。
3.2 合龍段壓重、換重施工
為保證中跨合龍段混凝土澆筑過(guò)程中，兩側(cè)主梁線形和梁體標(biāo)高不發(fā)生變化，根據(jù)合龍段梁體荷載，在合龍口兩側(cè)進(jìn)行臨時(shí)壓重、換重準(zhǔn)備，布置“壓重水袋”和“換重水袋”。在合龍段南、北兩岸27#、26#塊的上、下游側(cè)各布置壓重水袋，總共四個(gè)壓重區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均布置兩種水袋。第一種壓重水袋布置有以下兩種目的：（1）抵消南岸掛籃在合龍段29#塊的兩岸重心不平衡;（2）增大主梁29#塊合龍段的壓應(yīng)力儲(chǔ)備。壓重區(qū)域長(zhǎng)12m、寬8m、平面面積96m2。第二種換重水袋等效29#合龍段混凝土濕重的四分之一（143t/4=35.75t），壓重區(qū)域長(zhǎng)8m、寬4.81m、平面面積38.5m2，澆筑混凝土?xí)r，合龍段混凝土濕重143t按照換重法，對(duì)第二種水袋進(jìn)行壓重水的卸壓?？刂菩端亓亢蜐仓炷淋?chē)數(shù)的混凝土等重，注意保證上下游、南北岸同步卸壓。中跨合龍壓重水袋布置見(jiàn)圖5所示：
3.3 合龍段剛性支撐安裝
為了防止環(huán)境溫度和日照對(duì)新澆筑合龍段混凝土產(chǎn)生破壞，選擇晚上恒溫環(huán)境，采用型鋼作為剛性支撐對(duì)合龍口進(jìn)行臨時(shí)鎖定。中跨合龍剛性支撐布置圖見(jiàn)圖6所示：
按照要求提前三個(gè)節(jié)段進(jìn)行兩岸48小時(shí)聯(lián)測(cè)，測(cè)量主塔、主梁三向位移變化（X、Y、Z）值并進(jìn)行分析，及時(shí)對(duì)主梁的線形、斷面參數(shù)進(jìn)行修正，南岸掛籃走行至29#塊兩岸錨固后根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)分析，采取主動(dòng)措施調(diào)索、靜載配重、動(dòng)載配重等方式調(diào)整合龍段標(biāo)高以滿足要求，當(dāng)兩側(cè)梁面標(biāo)高和梁端截面符合監(jiān)控及設(shè)計(jì)要求，選擇夜間溫度穩(wěn)定時(shí)安裝合龍剛性支撐。剛性支撐安裝前，可先將剛性支撐的一側(cè)與預(yù)埋件焊接，等達(dá)到剛性支撐安裝條件時(shí)，采用多臺(tái)電焊機(jī)快速將剛性支撐與另一側(cè)預(yù)埋件焊接。調(diào)整合龍段底模，抄墊密實(shí)，進(jìn)行下一步的鋼筋、模板、混凝土施工。
3.4 合龍段鋼筋、模板、混凝土施工
3.4.1 鋼筋工程。在保證鋼筋原材合格條件下，按照?qǐng)D紙下料并安裝，在此不詳述。依據(jù)本工程橋面超寬以及截面型式特殊性，科研單位計(jì)算得出邊箱室頂板受拉力較大，經(jīng)與設(shè)計(jì)單位協(xié)商增加此受拉區(qū)域頂板鋼筋，控制混凝土裂紋產(chǎn)生。見(jiàn)圖7所示：
3.4.2 模板工程。為提高混凝土表面的光澤度和潤(rùn)滑度，需將模板清理干凈并涂刷模板油，并且減少模板錯(cuò)臺(tái)（具體工藝不詳述），邊箱室頂板受拉區(qū)域，鋪設(shè)透水模板布，此材料工作原理：澆筑混凝土后，在混凝土內(nèi)部壓力、模板布的毛細(xì)作用以及振搗棒等共同作用下，混凝土中的氣泡以及部分游離水分由混凝土內(nèi)部向表面遷移，并通過(guò)模板布排出。這種技術(shù)措施可減少表面混凝土氣泡，使混凝土表面更加致密;混凝土中部分水分排出而水泥顆粒留在混凝土使得表面混凝土水膠比降低，大大提高了混凝土表面的強(qiáng)度、硬度、抗凍性、耐磨性;混凝土中的水通過(guò)滲透及毛細(xì)作用經(jīng)透水模板布均勻排出不形成集聚，有效減少砂斑砂線表面缺陷;透水模板布保水作用為混凝土養(yǎng)護(hù)提供了良好條件。此技術(shù)措施可抵抗區(qū)域混凝土拉力而產(chǎn)生裂紋，見(jiàn)圖8所示：
3.4.3 混凝土工程。主梁混凝土強(qiáng)度為C55微膨脹混凝土，加入膨脹劑以防止混凝土收縮引起裂紋，混凝土配合比如下：水泥∶水∶粉煤灰∶河沙∶碎石∶減水劑∶膨脹劑=140∶420∶58∶694∶1059∶6.76∶4.2。為減少混凝土水化熱，需控制混凝土入模溫度以及養(yǎng)護(hù)溫度，確?；炷寥肽M足要求（控制混凝土入模溫度不低于5℃，根據(jù)合龍段時(shí)間，以控制在15℃為宜）。采取措施有：采用泵管包裹;模板外壁包裹海綿橡膠保溫材料（見(jiàn)圖9）;混凝土澆筑完成頂板進(jìn)行二次收漿后，采用多層覆蓋（塑料薄膜、土工布、彩條布、篷布）保溫（見(jiàn)圖10）;同時(shí)內(nèi)箱室采用加濕器養(yǎng)護(hù)。混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa前，不得使其承受施工人員、運(yùn)輸工具等荷載。在合龍段上下游側(cè)實(shí)心段大體積混凝土內(nèi)部設(shè)置冷卻水管通循環(huán)水冷卻。在混凝土養(yǎng)護(hù)期內(nèi)，為了對(duì)混凝土內(nèi)部溫度進(jìn)行監(jiān)控，并做好測(cè)溫記錄，控制混凝土內(nèi)部最高溫度不高于75℃、內(nèi)表溫差不應(yīng)超過(guò)25℃。
3.5 拆除剛性支撐及塔梁臨時(shí)固結(jié)
夜間恒溫環(huán)境澆筑合龍段29#節(jié)段混凝土，在養(yǎng)護(hù)齡期及強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后，卸載配重水袋。張拉合龍段預(yù)應(yīng)力，張拉順序?yàn)橄瓤v向后橫向，先長(zhǎng)束后短束，上下游和兩端同步對(duì)稱進(jìn)行，之后壓漿封錨。拆除合龍段剛性支撐、模板以及掛籃（見(jiàn)圖11）。解除主塔處與主梁臨時(shí)固結(jié)鋼筋以及臨時(shí)固結(jié)墊塊，至此完成此斜拉橋主體結(jié)構(gòu)。
4 結(jié)語(yǔ)
本橋作為國(guó)內(nèi)同類(lèi)型斜拉橋橋面最寬的混凝土橋梁，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，如何確保精確合龍、線形流暢以及確?；炷两Y(jié)構(gòu)不出現(xiàn)裂紋為合龍技術(shù)控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。通過(guò)采用換重法和配重法聯(lián)合、剛性骨架對(duì)梁體鎖定、增加超寬超重掛籃臨時(shí)錨固系統(tǒng)等技措施很好控制合龍段線形;通過(guò)增加受拉區(qū)域鋼筋、受拉區(qū)域鋪設(shè)透水模板布、完善混凝土配合比、后期養(yǎng)護(hù)等技術(shù)措施控制梁體不出現(xiàn)裂紋。
超寬預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁斜拉橋施工的關(guān)鍵技術(shù)突破了常規(guī)施工方法，攻克了超寬預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工的技術(shù)難題，整個(gè)建造過(guò)程順利，主梁線形實(shí)際狀態(tài)與理論狀態(tài)基本一致，安全質(zhì)量進(jìn)度可控，得到省質(zhì)監(jiān)局、業(yè)主、監(jiān)理等外界單位認(rèn)可。
參考文獻(xiàn)
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