对连续桥梁悬臂施工的探讨

孙燕

摘要:本文结合工程实例对连续桥梁悬臂施工中施工挂蓝、梁段浇注空间位置控制、合拢段施工与结构体系转换及真空辅助压浆工艺的几个关键问题作出了分析和探讨，供同行参考。

关键词:悬臂施工;关键问题;探讨

1 工程实例

某主桥采用预应力砼连续箱梁桥，跨径组成为60+3×100+60m。箱梁底曲线采用圆曲线平滑过渡，圆曲线半径R＝377.542m，合拢段及边跨膺架施工段均为直线段。桥面为双幅布置形式，横向设双向2%横坡，两幅中间分隔带间距为1.0m，桥梁全宽32.0m。上部构造主梁采用变截面预应力砼连续箱梁，箱梁横桥向分上、下游两幅，单幅采用单箱单室斜腹板截面，两箱中心距16.5m。单箱顶板宽15.5m，底板宽6.56m，外侧悬臂长度为4.0m，内侧两幅板间桥面板长6.5m，箱外侧悬臂板端部厚18cm，根部厚65cm。箱梁墩顶梁高5.6m，跨中及交界墩处梁高2.6m。箱梁梁体采用C50砼浇注。

2 施工挂蓝

2.1 挂蓝设计选择

挂篮作为悬臂浇注施工的主要设备,既是各道工序的空间施工设备,又是预应力筋未张拉前梁段的承重结构。目前挂蓝型式多样,按构造形式有桁架式(包括平弦无平衡重式、菱形、弓弦式等) 、斜拉式(包括三角斜拉式和预应力斜拉式) 、型钢式和混合式挂蓝四种。挂蓝的选择既要满足设计要求,又要考虑挂蓝的经济实用性。

大桥设计要求挂篮技术指标为: 最大承载能力> 1800kN ,挂篮自重及全部施工荷载应控制在1000kN 以下。在确保挂篮的承载能力和刚度的前提下,主要考虑结构简单、自重轻、受力明确、变形较小、行走方便、拆装灵活、安全可靠、经济实用等。经过比选,施工采用菱形挂篮。考虑再利用因素,实际按2000kN 承载能力设计。挂篮总长9.7m ,高3m ,后锚在已浇好梁段上4.7m处,悬臂长5m。自重67.2t ,其余施工荷载16t。挂蓝重量比0.31。主要由菱形桁架、提吊系统、走行系统、模板及张拉操作平台五部分组成。

2.2 挂篮拼装、预压

挂篮安装前进行荷载试验,安装后要进行预压试验。由于工期紧,施工时两个试验合做。挂蓝安装后,利用砂袋进行5 级模拟加载,采用精密水准仪测量挂篮在加载过程中的变形,为梁部施工线形控制提供数据参考,并消除挂篮部分非弹性变形。

通过变形测量,挂篮弹性变形与非弹性变形如表1 所示。

表1 挂篮弹性变形与非弹性变形

对表中数据进行分析,施工中弹性变形以20mm 计,非弹性变形以15mm计。

3 梁段浇注空间位置控制

悬臂施工随着梁的逐段生成,梁的内力和梁的标高不断变化,必须事先作好施工控制设计并选择可靠的控制手段。梁段浇注的空间位置包括梁段的水平和中线控制。箱梁悬臂灌注施工中,结构的空间位置的准确与否直接影响合拢的精度,是确保连续梁的施工质量的关键之一,影响因素极为复杂(挂篮变形、梁段自重、预应力施工、施工荷载、混凝土收缩与徐变、日照温差与温度变化、桥墩变位、基础沉降、施工误差等) 。箱梁悬浇施工中,要随时进行水平与中线的的测量,并将测量的数据用坐标点绘出来,以便在下一节段施工中及时调整。

3.1 悬臂箱梁的施工挠度控制

桥梁悬臂施工中,悬臂每一待浇梁段预拱度的合理设置,是保证跨径内将要合拢的两个悬臂端顺利合拢的关键,其计算与控制的难点是怎样选取合适的参数,特别是混凝土的徐变系数和弹性模量。需要测定、查阅的各参数有:挂蓝自重、模板重量、挂篮的变形值、施工人员重力(近似按2000N/ m2 ) 、施工机具、箱梁混凝土容重和弹性模量、混凝土的收缩与徐变系数、温度等。施工中根据现场测定的各项参数会同设计重新计算箱梁节段的预拱度,作为施工挠度控制的依据。施工根据预拱度及设计标高,测量确定待灌梁段的立模标高,之后再观测每个节段施工中混凝土浇注后、预应力张拉前后、挂篮前移就位后4 种工况下悬臂的挠度变化情况。每节段施工后,整理出挠度曲线进行分析,及时准确控制和调整施工中发生的偏差值。合拢前相接的最后2～3 个节段在立模时进行联测,以保证合拢精度。

3.2 悬臂箱梁的施工中线控制

采用J2 级经纬仪进行测量控制。

3.3大桥箱梁测量及线形控制结果

设计单位提供了《大桥箱梁逐段施工计算———累计位移表》,施工中根据其数据,结合施工挂篮变形设置预拱度,并在施工中进行必要调整。大桥箱梁线形控制良好:梁段及各合拢口的中线误差、标高误差均控制在10mm以内。

4 合拢段施工及结构体系转换

4.1 预应力混凝土连续梁的合拢

要保证合拢段施工质量,须解决两方面问题: (1) 新浇混凝土在硬化过程中产生的收缩及悬臂梁因气温下降产生的收缩,不能保证合拢段与两端悬臂混凝土的连续性; (2) 随着温度的上升,悬臂梁伸长将使合拢段过早参与结构体系承受压力,这对于早期强度未达到5MPa 的新浇混凝土不利。解决办法:加强布筋,尽量减短合拢段长度,一般2m左右;合理选择混凝土浇筑时间;采用劲性支撑和张拉临时合拢束相结合进行约束锁定;合拢口混凝土比梁体提高一个等级并掺早强剂、减水剂等。

边跨合拢工艺上宜在一日中悬臂端标高最高时进行;中跨合拢段宜在日温差较小且梁内温度最低时进行。劲性支撑施作时做到对称、均衡、同步,尽量减少锁定时间,要求在2h内劲性支撑施工完毕。

4.2 结构体系转换施工

体系转换是一个十分重要的环节。悬臂施工结束后,悬臂端在温度变化、日照、风力等影响下会发生纵向伸缩、竖向挠曲及水平向偏移变形。在合拢段预应力钢束张拉之前,尤其是混凝土浇注初期,这些变形可能导致混凝土开裂,体系转换的施工工艺应保证合拢过程中适应这些变形,才能避免裂缝出现。

5 真空辅助压浆工艺

后张法预应力结构中,预应力筋和混凝土之间的共同工作以及预应力筋的防腐蚀是通过在预埋孔道中灌满的水泥浆来实现的。这种做法容易发生孔道水泥浆离析、析水、干硬后收缩,产生孔隙,发生预应力筋锈蚀、松弛等。

真空辅助压浆工艺是避免预应力混凝土构件中钢绞线存在可能发生腐蚀、锈蚀、压浆不饱满技术问题所采用的一种较为先进的预应力工艺,能够增加灌浆的饱和度和密实度,大大提高结构的耐久性。大桥箱梁预应力孔道采用真空辅助压浆工艺,有效提高了该桥箱梁后张预应力混凝土结构的安全度和耐久性。真空辅助压浆体系是以HDPE 塑料波纹管,将孔道系统密封。在压浆之前,首先在吸浆端采用真空泵抽吸预应力孔道中的空气,使孔道内的真空度达到80%以上,然后在压浆端用压浆机以> 0.7MPa 的正压力将水灰比为0.29～0.35 的水泥浆压入预应力孔道。由于预应力孔道内只有极少的空气,很难形成气泡;同时由于孔道和压浆机之间的正负压力差,大大提高了孔道压浆的饱和度和密实度。

6 结束语

大桥所采用的施工挂蓝、梁段浇注空间位置控制、合拢段施工与结构体系转换及真空辅助压浆工艺等几个技术,确保了施工质量和工期，达到了预期目标。尤其采用的真空辅助压浆工艺，是确保预应力后张法高质量灌浆的一种强有力措施,克服了传统压浆工艺的不足,提高了孔道压浆的饱满度与密实性,确保了预应力筋的防腐性能, 大大提高了结构的耐久性，延长了桥梁的使用寿命。具有极大的工程效益和社会效益。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。