浅谈桥梁悬臂施工工艺
2012-09-25毛焕雄毛荣标
曹 霖,毛焕雄,毛荣标
(湖南省吉茶高速公路建设开发有限公司,湖南吉首 416000)
1 工程简介
峒河特大桥位于湖南省吉首市曙光村境内,横跨峒河河道,该地段沿线为低山地貌,地形起伏大,沿线冲沟发育,切深大,边坡陡峭,线路多沿陡坡展布,主要以高架桥的形式跨越冲沟。
峒河特大桥主桥下部结构采用空心薄壁式墩配桩基础,薄壁墩墩高80 m,上部结构为50 m+3×90 m+50 m预应力混凝土变截面连续刚构箱梁;主跨箱梁单“T”共分 11段悬臂浇筑,0#梁段长1 100 cm,其余1~11号梁段分段为6 ×300 cm+2×350 cm+3×450 cm,边跨和中跨合龙段长均为200 cm;主跨T及边跨T按21~24号墩共4个“T”对称悬臂施工。
主跨箱梁根部梁高为560 cm,高跨比为1/16.07,跨中梁高为250 cm;箱梁顶板全宽为1 200 cm,厚度 28 cm;底板宽度 650 cm,厚度为 80~28 cm渐变;腹板厚度分别为70 cm及45 cm。该箱梁结构采用三向预应力体系,纵向束采用12φs15.2 mm钢绞线,横向束采用3φs15.2 mm钢绞线(○),竖向束采用3φs15.2 mm钢绞线(口)。
2 悬臂浇筑施工工艺
悬臂施工法也称为分段施工法,在建造预应力混凝土梁桥时,是以桥墩为中心向两岸对称的、逐节悬臂接长的施工方法,每延伸一段就施加预应力使与已建成的部分联结为整体。按照梁体的制造方式,悬臂施工法可分为悬臂拼装和悬臂浇筑两类,本文结合本工程实际情况,简要介绍一下悬臂浇筑施工工艺。
悬臂浇筑施工系利用悬吊式活动脚手架(简称挂篮)在墩柱两侧对称平衡地浇筑梁段混凝土,每浇筑完一段,待混凝土达到设计强度后张拉纵向预应力钢绞线,然后向前移动挂篮,进行下一段施工。峒河特大桥主桥上部箱梁悬臂浇筑共分为四个部分,即第一部分0#块施工;第二部分为2~11块梁段悬臂浇筑部分;第三部分为边跨现浇段施工;第四部分为合龙段施工,包含边跨、次中跨和中跨合龙段施工。
2.1 主桥0#块施工
结合该桥型结构特点及实际施工条件,主桥上部箱梁0#段施工采用托架现浇法施工。考虑上部挂篮拼装空间,结合设计图纸及实际施工条件(0#段仅为预应力通过束,没有张拉锚固束),0#块施工时,每侧多浇筑1 m,合计浇筑长度为13 m,待1#段施工时,只浇筑2 m,后续阶段施工长度以设计图纸为准。
根据箱梁结构特点以及设计要求,并结合在其它同类型桥施工中所取得经验,峒河大桥主桥0#段施工拟定采用三角托架现浇施工(如图1和图2所示),三角托架在加工场地加工成型,运输至现场拼装成型。拼装方式采用墩身预留拼装槽口(钢盒预埋),薄壁墩两侧对称托架采用精轧螺纹对拉固定成型提供施工平台。其优点在于:三角托架的各部件受力明确,易于精确地进行受力分析计算;另外托架各部件在加工场地加工成型易于控制其几何尺寸及质量,现场拼装成型,减小高空作业施工难度。且三角托架可完整拆除,可周转其他类似桥型使用,节约工程成本。
2.2 主桥1-11#悬臂节段施工
根据箱梁结构特点以及设计要求,峒河大桥主桥拟定采用三角挂篮进行箱梁悬臂浇筑施工,挂篮总重为42 t。见图3。
图3 主桥三角挂篮(单位:mm)
挂篮在0#块竖向束张拉结束后就可以组装,在挂篮正式使用前要进行预压,检验实际的承载力和安全可靠性,并获得弹性变形的数据和消除挂篮的非弹性变形,为施工控制提供依据。1#块是悬臂浇筑部分的第一阶段,精确地控制挂篮的标高和平面位置,对全桥的控制提供保障。挂篮的标高要考虑以下因素:桥面设计标高、挂篮在不同荷载下的变形值、混凝土变形、包括温度应力变形和后期徐变变形。悬臂浇筑部分的混凝土一次性浇筑成型,避免梁体中部产生竖向裂缝。
2.3 现浇段、合龙段施工
合龙段施工是体系转换的过程,通过合龙段的施工,使桥梁完成体系的转换。根据设计图纸要求,首先进行中跨合龙,随后进行次中跨合龙,最后一次浇筑边跨合龙段和现浇段。为确保合龙段成桥线形,合拢段采用等量沙袋堆积法配重施工。次中跨、中跨合龙采用吊架施工,待悬臂节段施工完成后,混凝土强度达到设计强度即可进行次中跨、中跨合龙段的施工。主桥边跨现浇段、合龙段采用挂篮行走至过渡墩盖梁,后吊点通过已浇筑悬臂节段混凝土悬吊,后支点通过盖梁支点以提供施工平台。
在现浇段、合龙段施工过程中,应严格控制合龙程序,否则会与设计的合龙后产生很大的误差,其结构恒载内力也会发生变化,体系转换时由徐变引起的内力重分布也不相同,故采用不同的合龙程序在结构中产生不同的最终恒载内力,对整个结构的竣工后使用产生很大的影响。边跨现浇段、合龙段纵、横断面示意如图4所示。
图4 边跨现浇段、合龙段示意(单位:mm)
3 施工控制
3.1 挠度控制
施工过程中的挠度计算不仅与力学计算模式的选取有关,而且更重要的是与许多挠度影响的因素有关,这些主要因素包括:施工阶段的一期恒载,即梁体自重和预加应力;施工临时荷载:悬浇的挂篮和模板机具设备重;人群荷载、大自然的温度变化、湿度变化、风荷载;桥墩变位、基础沉降、施工误差等。这些影响因素中,还有许多模糊不定及随机变化的因素的情况,因此,挠度监测十分重要。为了更加精确地控制梁体的挠度变形,每进行一块至少要分6个阶段进行观测,即混凝土浇筑前后、张拉前后、挂篮移动前后,观测已经浇筑的所有梁段,有条件可以每天观测,详细掌握挠度变化,为下一个块体施工提供依据。
3.2 平面位置的控制
在箱梁浇筑前要布设测量监控控制网,控制网的布设,应遵照变形观测能反映结构的实际变形为原则。为确保基准点稳定性,在每墩顶0#块的中心位置安装1个工作基点,工作基点要与附近的导线点形成控制网,并且要定期进行复核,以保证工作基点的误差在合格范围内。
4 悬臂施工的优缺点
悬臂施工的方法从应用到现在,只不过短短的40多a,之所以能够被广泛地应用,正是因为它具有许多独特的优点。
1)悬臂施工比较适用于大跨径桥梁中,对于跨越河道、沟谷更加适用,而且受地形影响小。
2)悬臂浇筑可以减少吊装等程序,一次成型,简化了桥梁施工程序。
3)悬臂浇筑机械化程度高,减少劳动力投入量。
4)可以适用于多种桥梁类型,如梁式桥、刚架桥、拱桥、斜拉桥等。
5)由于实现机械化和循环重复作业,可改进工艺并提高工程质量,容易实现连接及中跨合龙。
6)淘汰了满堂支架的施工方法,给桥下以较宽敞的净空。
7)0#段施工所有三角托架的各部件受力明确,易于精确地进行受力分析计算;另外托架各部件在加工场地加工成型易于控制其几何尺寸及质量,现场拼装成型,减小高空作业施工难度。且三角托架可完整拆除,可周转其他类似桥型使用,节约工程成本。
8)该桥合龙顺序(先中再次中最后边跨)及边跨现浇段浇筑方式(挂蓝提供施工平台)结合该桥结构形式特点及现场高墩实际情况,即节约工程成本,且减少施工难度,加快施工进度。
虽然,悬臂施工方法具有许多优点,它同样存在一些缺点:悬臂浇筑必须等所有墩台施工完才能进行,而且在混凝土浇筑后要等强度达到设计强度才能进行下一道工序,这样会延长施工时间;施工监控比较复杂,施工误差再所难免,桥面没有混凝土调平层,块体接触处很容易产生不平整的现象。
5 结束语
由于连续梁桥悬臂浇注施工法在操作方便、缩短工期等方面具有很大优势,实际操作时,应该根据不同的桥跨、桥型,因地制宜地选择使用,挂蓝的型式、构造和使用操作也在不断地发展和成熟。
随着悬臂施工技术的进步和完善,施工机械化程度的提高,加上电子计算机辅助进行桥梁结构内力分析计算及施工控制,使悬臂施工法成为现代大跨径桥梁建造的主要施工方法,这也推动了桥梁进一步向高强、轻型、大跨方向发展。
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