懸索橋混凝土加勁梁施工技術(shù)探討
2018-01-22
1前 言
懸索橋是將兩端錨固的主纜用兩主塔柱支撐起來(lái)，在主纜上用多根吊索懸吊橋面
系形成半懸浮體系的橋梁結(jié)構(gòu)形式。針對(duì)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、大地震的建橋環(huán)境，選用混凝土加勁梁的結(jié)構(gòu)形式，能很好地適應(yīng)大跨度預(yù)應(yīng)力加勁梁特有的施工工序要求和后期變形不易控制的特點(diǎn)，并有效地解決了抗風(fēng)要求（結(jié)構(gòu)重而剛）與抗震要求（結(jié)構(gòu)輕而柔）的矛盾。本文結(jié)合工程實(shí)例，主要對(duì)懸索橋混凝土加勁梁施工技術(shù)進(jìn)行了探討。
2 工程概況
擬建某大橋主橋?yàn)楠?dú)塔自錨式懸索橋，總體布置為：南岸混凝土錨跨（39.64m+40m）+混凝土加勁梁（4×40m+30m）+主跨鋼加勁梁（350m）+北岸混凝土錨跨（30m+29.6m）。
3混凝土加勁梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
3.1 設(shè)計(jì)概況
該大橋混凝土加勁梁與北岸錨跨聯(lián)成一體。其跨徑布置為39.64m+40m(北岸錨跨)+4×40m+30m(混凝土加勁梁)?；炷良觿帕撼惺芰思s120000KN的水平軸向力，從而使混凝土加勁梁的上、下緣及全斷面有較大的壓應(yīng)力儲(chǔ)備，這樣便省去了大量預(yù)應(yīng)力束的布置。設(shè)計(jì)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，沒(méi)有配置縱向預(yù)應(yīng)力束，混凝土加勁梁上、下緣在成橋和營(yíng)運(yùn)階段均不出現(xiàn)拉應(yīng)力。為保障在營(yíng)運(yùn)階段混凝土加勁梁的最小壓應(yīng)力大于1MPa，僅在墩頂部位梁段上緣配置縱向預(yù)應(yīng)力短束。
混凝土加勁梁的外部幾何尺寸與主跨鋼加勁梁完全一致，中心高度為3.5M，半幅橋標(biāo)準(zhǔn)斷面采用單箱三室，頂板全寬23.25cm，底板全寬1370cm。
3.2 加勁梁在施工過(guò)程受力分析
混凝土加勁梁從外形、斷面與常規(guī)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁相同。在其自重和車(chē)輛荷載作用下，主要受力特征是梁――受彎；但在自平衡的懸索橋體系里，受主纜的水平軸向壓力作為壓桿。所以相似于常規(guī)的連續(xù)梁，混凝土加勁梁斷面采用了單箱三室構(gòu)造，頂板、底板和腹板要厚，斷面積要大，普通鋼筋配得多，在跨中還設(shè)置了橫隔板。
在施工過(guò)程中，混凝土加勁梁受力是變化的，承受了約120000KN水平軸向力，這需全橋合攏后，隨著吊桿將主跨的加勁鋼箱逐步吊起來(lái)，傳力給主纜，主纜受到吊桿的作用，逐步產(chǎn)生垂直向上的拔力和水平軸向壓力，并且要在整個(gè)橋面系等二期恒載全部完成后，才實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的受力狀態(tài)。
加勁梁配置的縱向預(yù)應(yīng)力束和少，按照常規(guī)連續(xù)梁配置預(yù)應(yīng)力索，勢(shì)必造成浪費(fèi)，且成橋后，處于偏心受壓狀態(tài)，產(chǎn)生附加彎矩。所以施工過(guò)程特別注意這一點(diǎn)與常規(guī)預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁區(qū)別，來(lái)設(shè)計(jì)支架、支架基礎(chǔ)和模板，認(rèn)真處理好臨時(shí)墩，保證混凝土加勁梁在施工過(guò)程中不開(kāi)裂，逐步完成加勁梁施工過(guò)程的受力轉(zhuǎn)換。
4混凝土加勁梁施工
4.1 支架基礎(chǔ)、支架、模板
根據(jù)地質(zhì)情況，北岸加勁梁下為覆蓋層以中細(xì)砂可塑～軟塑狀粉質(zhì)粘土，砂碩夾卵石為主，厚度為10～48m，下伏基巖為粉沙質(zhì)沙巖，全強(qiáng)風(fēng)巖2～4m。其下為弱風(fēng)化、微風(fēng)化巖。根據(jù)加勁梁混凝土荷載情況及技術(shù)要求，結(jié)合支架構(gòu)造，相應(yīng)的支架基礎(chǔ)采用以下三種：
(1)在橋墩部位，利用承臺(tái)平面作基礎(chǔ)，對(duì)應(yīng)立柱位置預(yù)留好鋼筋和鋼板。
(2)跨中臨時(shí)墩縱向?qū)?yīng)加勁梁橫隔板位置，橫向?qū)?yīng)箱內(nèi)腹板位置，采用D100cm鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，嵌入弱風(fēng)巖大于2.0m，單樁容許承載力約500噸，實(shí)際最大承載力只要270噸。
(3)在主墩與臨時(shí)墩之間，橫向?qū)?yīng)于箱內(nèi)腹板位置，采用D50cm的預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，單樁允許承載力為400噸，實(shí)際要求承載力僅170噸。樁基承載力經(jīng)抽樣試壓，滿足要求。樁頂平面位置有偏差，在樁頂上布置鋼筋網(wǎng)，并澆注了橫橋向鋼筋混凝土系梁，用于調(diào)整偏位和支架D80cm鋼管立柱接高。
支架構(gòu)造：加勁梁支架由鋼管立柱工字鋼橫梁、貝雷架縱梁組成。鋼管立柱之間設(shè)置縱向、橫向水平聯(lián)系桿和斜向的剪刀撐，并將貝雷架縱梁與橋墩墩身用鋼板楔電焊固定，保證整個(gè)支架的穩(wěn)定性。
模板構(gòu)造：底模由楔形木、橫木枋、竹膠模板組成。楔形木作為模板高度調(diào)整和卸模裝置。底模板頂面預(yù)留量考慮層疊層的空隙及木板壓縮等殘余變形，另加上鋼管立柱的彈性變形；外側(cè)模由三角型鋼支架，鋼管聯(lián)系、木枋、竹膠模板組成。鋼管將橫向多排支架縱向聯(lián)成整體，橫向設(shè)置斜向鋼管支撐，加上對(duì)柱螺輇，來(lái)抵抗外側(cè)斜腹板澆注混凝土過(guò)程水平推力；內(nèi)模均采用木支撐、竹膠模板、對(duì)柱螺輇。
4.2 鋼筋、預(yù)應(yīng)力、混凝土施工
混凝土加勁梁施工與常規(guī)的滿堂支架澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁相同。支架、模板安裝完成以后，用吊車(chē)將鋼筋吊裝入模鋪設(shè)、綁扎，預(yù)應(yīng)力索布置少，安裝容易。
混凝土標(biāo)號(hào)設(shè)計(jì)為C50，同錨跨一樣采用商品混凝土，底板、腹板、頂板厚度稍厚，用混凝土泵車(chē)的布料桿直接伸入到模板內(nèi)，澆注起來(lái)方便。
混凝土分兩次澆注：第一次澆注底板和腹板的一定高度，混凝土結(jié)合面按施工縫鑿毛，清洗干凈；第二次將腹板模板拆除，安裝頂板的內(nèi)模后，再進(jìn)行鋼筋、預(yù)應(yīng)力安裝，澆注第二次頂板混凝土。
根據(jù)氣候分析，該地區(qū)常年氣溫高，混凝土強(qiáng)度來(lái)得快，待澆注第二次頂板混凝土?xí)r。第一次砼均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度?？紤]到第二次混凝土將受到第一次混凝土的約束，結(jié)合面產(chǎn)生抗壓力而導(dǎo)致砼開(kāi)裂，所以第二次頂板混凝土施工中均勻在橋墩和臨時(shí)墩之間設(shè)置后澆帶，以消除新老混凝土因收縮不均勻產(chǎn)生抗壓力，避免開(kāi)裂出現(xiàn)。
4.3 臨時(shí)墩
前面所述混凝土加勁梁最終受力狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)需經(jīng)歷施工過(guò)程逐步實(shí)現(xiàn)的，所以40m跨中設(shè)置一個(gè)臨時(shí)墩。
臨時(shí)敦的作用支撐梁底，減少跨中正彎矩，同時(shí)又要求混凝土加勁梁底隨著主纜水平軸向壓力加大，在臨時(shí)墩上能自由滑動(dòng)，來(lái)逐步儲(chǔ)備壓應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)整個(gè)自平衡體系形成。
臨時(shí)墩墩頂采用連續(xù)梁頂推施工的滑道構(gòu)造。在鋼管立柱頂上澆注2.0m高鋼筋混凝土墩帽，再放上組合滑道板，滑道板由20mm厚鋼板，上鋪2mm厚不銹鋼板組合而成，表面經(jīng)處理達(dá)到一定光結(jié)度?；迳箱伾蠋?chǔ)油槽的聚四氟乙烯橡膠滑板，涂上硅脂油潤(rùn)滑劑。在滑板蓋上10mm厚鋼板作為臨時(shí)墩支點(diǎn)部分的底模板，這既是整個(gè)底模板的一部分又是獨(dú)立的，當(dāng)?shù)啄０逍断聛?lái)后，臨時(shí)墩部分底模仍支撐加勁梁底，并能夠縱向滑動(dòng)。
臨時(shí)墩采用樁基礎(chǔ)、鋼管立柱，有足夠的垂直承載能力。臨時(shí)墩頂板縱向設(shè)置鋼絞線、楔夾片式錨具組成的水平拉軒，控制因主纜軸向壓力加大時(shí)，臨時(shí)墩墩頂位移。
4.4 其它施工
?。?）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，考慮整個(gè)體系在主纜水平壓力作用下的壓縮量，將加勁梁范圍內(nèi)橋墩的支座上部朝錨跨方向設(shè)置預(yù)先偏量。
?。?）混凝土加勁梁待鋼混結(jié)合段完成以后，才整體合攏，合攏口混凝土澆注參照常規(guī)連續(xù)梁合攏工藝進(jìn)行：采用臨時(shí)剛性連接，在日溫差最低時(shí)進(jìn)行，澆注微膨脹混凝土等。
?。?）混凝土加勁梁整孔合攏后，張拉墩頂部位上緣縱向預(yù)應(yīng)力，才下降拆除底模，僅讓跨中心的臨時(shí)墩支承梁底，保證混凝土加勁梁在主纜軸向壓力作用能夠自由活動(dòng)。
（4）全橋自錨式懸索橋自平衡體系形成后，在施工監(jiān)控指導(dǎo)下，測(cè)得加勁梁跨中軸向預(yù)應(yīng)力儲(chǔ)備滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，才拆除臨時(shí)墩，完成整個(gè)結(jié)構(gòu)體系完成。
5結(jié) 語(yǔ)
綜上所述，選用混凝土加勁梁的結(jié)構(gòu)形式，能很好地適應(yīng)大跨度預(yù)應(yīng)力加勁梁特有的施工工序要求和后期變形不易控制的特點(diǎn)，并有效地解決了抗風(fēng)要求（結(jié)構(gòu)重而剛）與抗震要求（結(jié)構(gòu)輕而柔）的矛盾。本文主要分析了懸索橋混凝土加勁梁施工技術(shù)的應(yīng)用，可供同類工程技術(shù)參考。
