浅谈连续刚构桥合龙段施工技术

李百林

合龙段施工是悬臂浇筑刚构桥非常关键的一道工序。新浇混凝土从浇筑完成直至达到张拉强度,需一定的时间,在此时间段内,混凝土的收缩、徐变,结构体系的转变,施工荷载以及外力等因素会引起结构的变形和内力,若合龙段施工方法不当,将引起合龙段混凝土的开裂甚至压碎。因此,合理选择、优化合龙段的施工方法非常重要。

1 工程概况

重庆奉云高速公路某特大桥为整体式分幅设计桥梁。主桥采用60 m+120 m+60 m预应力混凝土连续箱梁,全桥共计4个“T”构。

2 施工方法

2.1 气温状况

当悬臂长度达到最大时,气温对整个“T”构的线形影响亦达到最大。

某特大桥合龙时近20 d的气温观测表明,天气晴朗时,全天气温最低值出现在凌晨2:00以后,约为14℃～17℃,符合设计要求,可进行合龙段施工。

2.2 联测

待挂篮悬臂浇筑完成所有梁段后,须对整个“T”构的线形进行测量,确定温度对箱梁标高以及梁长的影响,并检查合龙段两侧的竖向以及轴向误差是否符合设计要求,如偏差过大,须根据监控单位意见进行调整。可利用纵向预备束进行轴向调节,利用悬臂端水箱配重进行竖向调节。

2.3 水箱配重

悬臂浇筑完成后,应将桥面上多余的设备、物资等清除,保证悬臂两端荷载大体相当。按合龙段重量,制作相当的水箱。

2.4 合龙边跨

采用挂篮现浇的施工方法进行合龙。合龙段大部分荷载由挂篮承受。

1)挂篮、底模就位。前移边跨挂篮,待吊带靠近边跨现浇段端面,将挂篮底模前端与现浇段梁底相接。

2)放置水箱。水箱应位于“T”构两悬臂端对称位置,如位置不同,须按力臂进行调整。

3)锁定合龙段劲性骨架。在设计要求的气温条件下,锁定劲性骨架。可由4个～6个焊工同时施焊,尽量在气温回升前锁定完毕。焊接时,应准备冷水降温,以防焊裂混凝土。

4)解除盆式支座临时约束。锁定完成后,应及时解除现浇段梁底箱梁盆式支座临时约束,使整个梁段能沿桥纵向自由变形。

5)预张拉合龙段顶板、底板纵向钢束。锁定前应完成预张拉的准备工作,待锁定完成后,可按纵向钢束控制张拉力的10%～15%立即进行张拉,以减小昼夜温差对劲性骨架的影响。

6)安装合龙段钢筋、预应力管道(见图1)。连续刚构桥合龙段极易出现纵向裂缝,特别是在顶板下缘。因此,合龙段应适当加强配筋。可将顶板下缘钢筋加密,型号加大,并增加防裂钢筋网片。底板钢筋也可适当加强。合龙段底板预应力管道密集,相邻管道间距较小,安装时应特别注意。合龙段纵向波纹管两端封闭,波纹管衬管不能穿入,故纵向钢绞线应于浇筑前穿束,以免浇筑时管道堵塞。

7)外模、内模就位。外模、内模采用挂篮模板系统。

8)浇筑合龙段混凝土。某特大桥合龙段混凝土由C50提高为C55,并加入早强剂。结果表明,此举大幅缩短了张拉前的养生期。混凝土浇筑应选在当天气温最低时刻,使混凝土浇筑后至达到一定强度之前处于升温过程之中,这样当气温达到最高时,混凝土本身已能承受部分应力。浇筑过程中,合龙段侧水箱同步放水。

9)张拉纵向预应力、压浆。待合龙段混凝土强度达到85%时,即可张拉预应力筋。纵向钢束采用分批张拉,由长到短、由底板到顶板分为3批对称张拉,竖向、横向预应力同时张拉。

10)拆模。预应力张拉、压浆完毕后及时拆除合龙段模板,既减轻荷载,又不会妨碍梁段自由变形。

2.5 合龙奉节岸边跨

奉节岸边跨合龙采用吊架现浇的方法进行施工。合龙段吊架为挂篮的底模及外模系统,保证具备足够刚度。利用挂篮将模板由悬臂端移至现浇段处,锚固完毕,便可退回挂篮。待悬臂两端挂篮拆除完毕,即可开始合龙段施工。

2.6 合龙中跨

中跨合龙段采用吊架现浇。

1)吊架就位。

中跨合龙段吊架结构形式与合龙万州岸边跨吊架相同,亦为挂篮外模、底模系统。应根据外模与底模长度,分别于顶板、底板适当位置预留锚点。合龙中跨时,前移挂篮,锚固外模、底模,然后退回挂篮,拆除挂篮主桁架、行走系统等。

2)顶推。

连续刚构桥为墩梁固结结构,连续箱梁在产生竖向挠度的同时,也会使主墩产生相对水平位移,造成主墩偏位,对主墩受力产生不利影响。为了消除此影响,在连续刚构桥中跨合龙时对梁体施加一个水平顶推力,给主墩造成一个反向位移,来抵消合龙温差、后期收缩徐变等因素引起的主墩水平位移。

3 关于劲性骨架和预张拉

锁定合龙段劲性骨架后,合龙段两侧梁体连为整体。当温度升高时,梁体纵向伸长,此时劲性骨架起传递纵向内力的作用,如骨架刚度足够,即可保证两侧梁体位移一致。当温度降低时,梁体纵向缩短,为减小劲性骨架所受轴力,保持变形一致,就需利用预张拉合龙束的方法,协同劲性骨架平衡内力。

4 合龙段变形分析

4.1 边跨合龙

边跨合龙段位于悬臂端和现浇段之间。现浇段牛腿托架经预压是相对稳定的,而悬臂端在温度变化、日照、风力等影响下,会发生轴向伸缩、竖向挠曲及水平偏移等变形。在预应力钢束张拉之前,尤其是混凝土浇筑早期,这些变形可能导致混凝土开裂,故设计中设置了锁定装置,并通过预张拉,以预应力来抵消两端因温度降低而缩短所产生的拉力,这样通过锁定装置使合龙段混凝土得到保护。

4.2 中跨合龙

中跨合龙时,由于两端悬臂长度和截面对称,受温度影响产生的挠度也基本相等,通过锁定劲性骨架,使合龙段两端形成可以承受一定变形和剪力的刚结点,防止由于温度等因素的影响使合龙段尚未完成施工就产生变形。考虑梁体在合龙后的收缩、徐变的影响,在合龙锁定前将梁体预顶一个位移值,即可抵消梁体后期收缩、徐变产生的收缩影响。

5 经验总结

合龙段为连续刚构桥体系转换的重要环节,也是刚构桥施工的关键工序,如何合理安排工序和优化施工方案是施工的关键。经应力检测,某特大桥合龙后结构受力良好,施工相当成功。

合龙前连续观察气温变化和梁体相对标高变化及轴线偏移量,观测合龙段在温度变化下梁体的长度变化,并对观测结果进行了分析总结,掌握梁体在温度变化下横向、纵向及标高的变化值。

合龙段采用了挂篮模板系统作为合龙段施工吊架,既方便操作,又为施工节约了成本。

合龙段纵向钢束张拉采用分批持续张拉、压浆,有效控制了合龙段底板以及齿板的结构安全。

选用早强、高强混凝土,使合龙段混凝土尽早达到设计强度,实现体系转换,并严格控制用水量,以减少混凝土的收缩变形。

采用低温合龙,避免新浇混凝土早期受到较大变形应力作用。

加强混凝土养护,使新浇箱梁混凝土在达到设计强度前处于潮湿状态,以减少箱梁顶面因日照不均所造成的温差影响。

为防止合龙段两边悬臂端因降温而产生上翘,在合龙段施工时应在两悬臂端增加压重。

及时张拉。在合龙段混凝土强度达到设计张拉强度时,应及早张拉部分预应力钢束,实现体系转换,以策安全。

[1]冯 静.某桥中跨合龙段底板纵向裂缝成因分析[J].山西建筑,2008,34(29):331-332.