鱼腹式变截面箱梁桥综合施工技术

孔德法

(中铁十八局集团第五工程有限公司,天津 300450)

1 工程概况

工程位于天津生态城国家动漫产业园的东北侧,主桥(5～10号墩)为跨径40.5 m+54 m×4+40.5 m的鱼腹式变截面连续箱梁,由漂浮于河面的10个曲面的混凝土壳体承托,主桥结构光影丰富。

箱梁为单箱多室截面,结合景观方面的考虑,主桥顺桥向和横桥向均为变截面。半幅桥宽17.3 m,变截面主梁的支点处梁高为6.3 m,跨中为2.35 m,桥面板厚度为0.25 m。梁底线形为若干条圆弧组成的平滑曲面,底板厚度由跨中0.25 m渐变至支点处的0.5 m。箱梁横截面如图1所示。

图1 箱梁横断面(单位：cm)

2 施工重难点

本工程主桥上跨蓟运河故道,河道内淤泥深度为3.49～8.86 m；上部结构为鱼腹式变截面箱梁,施工重难点包括：(1)承台深基坑施工；(2)箱梁支架基础软基处理；(3)整体组合钢模板制作与拼装；(4)箱梁钢筋下料与绑扎；(5)内模制作与安装；(6)混凝土浇筑。

3 承台深基坑施工

因河道内淤泥深度较大,承台开挖深度为7 m,为满足主桥5～9号墩施工,采用12 m长拉森钢板桩做围护结构,竖向设置2层φ600 mm钢支撑。承台围护结构平面布置见图2。

4 箱梁支架体系

本工程主桥上跨蓟运河故道,河道内淤泥深度为3.49～8.86 m,无明水。

(1)“钻孔桩、贝雷梁”支架基础

对淤泥深度大于5 m处采用 “钻孔桩、盖梁和贝雷梁”支架基础。

根据上部结构荷载值,通过设计计算,采用φ800 mm钻孔桩,横桥向单幅设置5根,桩长40 m,在桩顶设置1 m×1.2 m盖梁,在盖梁顶布置12根贝雷梁。

(2)“清淤换填、戗灰处理”支架基础

对淤泥深度小于5 m处，采用“清淤换填、戗灰处理”的方式对支架基础进行处理,上部浇筑20 cm厚混凝土作为支架基础。

(3)支架体系

本工程组合钢模下采用碗扣式脚手架,A1片对应中横梁位置,脚手架采用套搭的方式进行加密,脚手架横、纵向间距为30 cm×30 cm,A2～A5片下脚手架横、纵向间距为60 cm×60 cm,A6～A10片下脚手架横、纵向间距为90 cm×90 cm,脚手架步距为1.2 m。见图3、图4。

图3 “钻孔灌注桩、贝雷梁”基础支架体系布置(单位：m)

图4 “清淤换填、戗灰处理”基础支架体系布置(单位：m)

5 速度锁定支座安装

本桥位于8度地震区,主桥5、6、8、9号墩采用速度锁定器支座,这种支座在结构纵向伸缩变形速度小于限值时(即温度变化、混凝土收缩徐变和低烈度地震引起的结构纵向变形),可以通过锁定器里的调节装置适应结构变形,从而释放由上述荷载引起的结构内力。当结构纵向伸缩变形速度大于限值时(7度或7度地震),支座内的速度锁定装置发挥作用,将支座的纵向位移量锁定,此时,主桥5个主墩基础共同抵抗地震力。速度锁定器与汽车安全带类似,低速时自由活动,速度超过某个值时锁定。速度锁定支座安装后示意见图5，安装流程见图6。

图5 速度锁定支座安装后实物

6 箱梁组合钢模制作与安装

因主桥顺桥向和横桥向均为变截面,为保证箱梁外形尺寸,外模统一采用组合钢模。

外模轮廓尺寸根据设计院提供的30 cm一个截面图确定,采用直角坐标系法定出控制点坐标,加工时根据坐标值加工模板。

根据外模轮廓线形状,外模分节长度分别取3、2.4、2.4、2.4、1.8、3、3、3、3、3 m，见图7。

图6 速度锁定支座安装流程

图7 组合钢模分节长度纵断面(单位：m)

组合钢模在模板加工厂统一制作,运至现场进行拼装。

钢模吊装在支架体系预压完成后进行,吊装前对支架体系顶高程进行抄平,并根据预压时监测数据预留预拱度,测放出梁中心线以便模板就位。

从7号墩柱处向两侧,先在支架体系上将钢模按横向拼装,然后采用2台吊车吊装就位,采取吊装一环、连接一环的方式施工。

模板安装完毕后,对模板中线、高程、节点连接及纵横向稳定性进行检查,检查结果符合设计及规范要求后方可进行下一工序施工,否则进行调整。拼装完成的组合钢模见图8。

图8 拼装完成的组合钢模

7 箱梁钢筋下料与绑扎

因箱梁顺桥向和横桥向均为变截面,顺桥向根据钢筋间距按10 cm一个截面进行分解；横桥向根据设计院提供的30 cm一个断面,采用CAD软件根据配筋图在断面图上绘制每根钢筋的外形,并量测钢筋长度,因横向钢筋间距为10 cm,采用EXCEL软件根据CAD量测出的30 cm一个截面的数据进行拟合。

横梁骨架采用坐标系法在CAD上根据骨架外形尺寸定出控制点的X、Y坐标,在加工平台上建立相同的坐标系,根据各控制点的坐标进行放样,然后进行骨架制作，见图9。

图9 中横梁骨架放样(单位：cm)

因主桥顶板顶水平,腹板钢筋绑扎时,纵向根据顶高程进行控制。

8 内模制作与安装

本工程主桥为鱼腹式变截面混凝土连续梁,桥梁横向、纵向均为变截面；顺桥向采用60 cm一个断面拟合的方式施工,横桥向根据设计院提供的桥梁断面图施工。

桥梁内模采用提前预制、现场吊装的方式施工。因现场场地条件限制,内模加工场选在项目部附近,距离施工现场较远,需二次倒运。

内模由竹胶板、龙骨、支撑体系3部分组成。

主桥箱梁分两步,为防止内模变形,内模也分2步进行。

内模制作工艺流程：龙骨制作→龙骨就位→贴模→分节→支撑体系设置→吊装。

9 混凝土施工

9.1 浇筑高度

混凝土竖向分两步进行浇筑：第一步浇筑底板、边板、腹板、横梁及横隔板；第二步浇筑顶板。

9.2 内模防上浮

因箱梁横桥向、顺桥向均为变截面,箱梁内模全部封底；同时,因箱梁最高处为6 m,混凝土浇筑过程中浮力较大,为防止内模上浮,采用顺桥向、横桥向设置I40b型钢的方式压住内模；竖向在通气孔处设置φ32 mm精轧螺纹钢拉住钢模下部与工字钢。

9.3 混凝土浇筑

因箱梁边板、底板横桥向、顺桥向均为变截面,混凝土浇筑总体采用从低处向高处(即从中横梁向跨中)逐层浇筑,随浇筑高度的上升,逐渐扩大浇筑范围。

同时,因箱梁外轮廓呈二次抛物线变化,为保证混凝土浇筑过程中振捣密实,采用振捣棒在边板上下两层钢筋网片之间,顺边板线形插入,同时控制混凝土浇筑高度,在边板、底板上开观察孔进行实时观测；在振捣棒无法从上部振捣的部位,通过从观察孔插入振捣棒进行振捣。

随混凝土浇筑高度上升,安排专人封堵观察孔,以保证混凝土浇筑工作的顺利进行。

同时,为确保混凝土浇筑的流动性,底板、边板混凝土坍落度略大于腹板混凝土,浇筑过程中进行调整。

10 预应力施工

主桥箱梁共6跨,分为4个施工段,为保证各施工段之间的钢绞线共同受力,施工缝处钢绞线通过连接器连接，预应力施工工艺流程见图10。

图10 预应力工程施工工艺流程

11 结语

XY平面内建立直角坐标系,通过控制点坐标控制单元件制作,Z轴方向通过基准轴、基准面进行控制,解决了变截面施工的难题；此外,单元件可批量制作,施工工序明确,可有效保证施工进度,施工工期缩短了

20 d；可有效避免因施工误差造成的钢筋、内模无法安装问题,有效地避免了因返工造成的误工、废料现象。

针对淤泥深度不同,从可行性、经济性的角度选用“清淤换填、戗灰处理”或“钻孔桩、贝雷梁”的方式对支架基础进行处理；“清淤换填、戗灰处理”支架基础进施工工艺简单,成本低,且可在河道中为后续施工提供施工平台；“钻孔桩、贝雷梁”支架基础,可有效保证支架基础承载力,且贝雷梁在施工过程中可重复循环使用,成本相对较低。

参考文献：

[1] 张俊庆.汉宜铁路彭市汉江特大桥主墩基础钢板桩围堰施工技术[J].铁道标准设计,2011(4)：70-73.

[2] 李铁祥,宋宏坤,李波.客运专线32 m简支箱梁原位现浇施工技术[J].铁道标准设计,2008(4)：13-16.

[3] 宋宏坤,李波.武广客运专线东湖特大桥移动模架原位现浇箱梁施工技术[J].铁道标准设计,2008(4)：10-13.

[4] 王金明.石武客运专线驻马店特大桥(32+48+32) m连续梁支架现浇施工技术[J].铁道标准设计,2010(9)：101-104.

[5] 景兆德.京沪高速铁路济南黄河大桥钢板桩围堰设计与施工技术[J].铁道标准设计,2010(4)：47-50.

[6] 张俊庆.汉宜铁路彭市汉江特大桥主墩基础钢板桩围堰施工技术[J].铁道标准设计,2011(4)：70-73.

[7] 韩跃国,陈永勇,皮海波.永修大桥主墩钢板桩围堰设计与施工[J].铁道标准设计,2008(5)：74-77.

[8] 宋宗波,张满堂.石武客运专线现浇箱梁施工质量控制要点[J].铁道标准设计,2010(9)：104-106.

[9] 李波,伊希林.武广铁路客运专线白马特大桥(32+48+32) m连续梁支架现浇施工技术[J].铁道标准设计,2008(4)：19-21.

[10] 陈保忠.大跨度连续箱梁支架法现浇施工技术[J].铁道标准设计,2009(9)：63-66.