大跨长联连续刚构七次合龙结构体系转换施工
2019-10-18刘欢
刘 欢
(中铁十一局集团有限公司，湖北 武汉 430000)
0 引 言
连续多跨刚构桥梁跨度大、造价较低，主要用于跨越河流主航道、交通繁忙道路、峡谷等地区，此类桥多采用悬浇施工。连续刚构在跨越大江大河时一般墩身较高、跨度较大，所以悬浇施工受天气影响较大，大风和雨雪天气安全风险较高，多次悬臂浇筑线形控制复杂，施工难度较大。连续多跨刚构桥梁在悬浇施工中最关键的阶段就是合龙段施工，桥梁的结构转换在此阶段最终形成。对于大跨长联连续刚构组合桥，由于其合龙段数量多、结构体系转换次数多、合龙工期长、跨越时间长，造成外界影响因素多[1-6]，故对合龙段施工工艺的要求更高。目前，高墩大跨长联多次合龙结构体系转换方面的实例较少，也没有同类型的研究及规范可参考。
本文结合新建呼准铁路大路黄河特大桥主桥(97.75+5×168+97.75)m连续梁的施工案例，对刚构连续梁合龙段施工进行研究。
1 工程概况
新建呼准铁路地处内蒙古自治区呼和浩特和鄂尔多斯境内，线路自呼和浩特枢纽引出，经过呼和浩特市土默特左旗、托克托县，在海生不拉高速公路下游3 km处跨越黄河后，进入鄂尔多斯准格尔旗。
大路黄河特大桥为本线路控制性工程，主跨(97.75+168×5+97.75)m刚构连续梁又是大桥施工的重中之重。双线客货共线铁路桥中(97.75+5×168+97.75)m预应力混凝土刚构连续梁具有跨度大(168 m)、跨数多(7跨)、联长(1 037.4 m)、梁体高(0#梁段高12 m，最低梁高6 m)、梁体重(0#梁段重1 985.82 t，最小梁段重111.88 t)、悬浇梁段多(271个梁段)、合龙次数多(7次)等难点。
刚构连续梁合龙又是全桥施工成功与否的重点，大桥合龙顺序为先合龙次中跨，然后合龙次边跨，接着悬浇不平衡段，再合龙边跨，最后合龙中跨。每次合龙都是一次体系转换，结构体系转换复杂。
2 施工原理
多孔大跨长联连续刚构桥多次合龙结构体系转换施工工艺采用挂篮前移施工每个合龙段(悬浇合龙段两端梁段混凝土时预埋挂篮预留孔)，每个合龙段施工前都需要进行配重。浇注混凝土前，对合龙段两端梁段进行刚连接(悬浇合龙段两端梁段混凝土时预埋刚连接件)；浇注混凝土时，边浇注边卸载配重；混凝土浇注完成后，采用绳锯解除临时支座。在中跨合龙前对其进行预顶推。
(1)为了充分利用悬浇阶段的设备，本工艺没有像一般连续梁合龙时那样拆除所有挂篮和模板，使用吊架施工合龙段，而是充分利用了悬浇施工时既有的挂篮和模板。具体施工方法是：将合龙段两侧的一只挂篮前移充当吊架使用，另一只挂篮直接拆除，拆除的挂篮一部分吊放到地面，另一部分可以充当配重，一举两得。
(2)为保证合龙段形成强度前的稳定，在合龙段混凝土浇注之前设置挂篮平衡配重和合龙段混凝土平衡配重。由于大跨长联刚构桥合龙段混凝土方量大、重量大，需要的配重重量也很大，且合龙工期短，所以一般的吊装堆载配重就显得力不从心了。本桥采用的方法是，利用简易水箱充当配重容器，从拌合站抽水至混凝土罐车内，然后运输到现场由混凝土输送泵泵送至梁面进行配重。
(3)合龙段的临时锁定。采用刚性支撑和张拉临时合龙束锁定方案，使合龙段两端形成可承受一定弯矩和剪力的刚结点，防止由于混凝土温度徐变、临时预应力束等各种因素影响，导致在合龙前就产生变形。对刚性支撑的断面面积和支撑位置及临时束的张拉严格按设计要求实施。劲性骨架(钢连接)作为一种临时锁定结构，在张拉临时合龙束之前设置，主要用于防止合龙段浇筑过程中因温度、混凝土、临时预应力束对合龙段两侧的影响使合龙段变形[7]。本桥采用体外骨架，通过预埋在箱梁顶板顶面、底板顶面的钢板与箱梁连接。
(4)合龙的预顶力。顶推是指在合龙段临时锁定前，利用千斤顶等设备使悬臂梁段向外侧移动一段距离后连接骨架，以储存一定压力、变位于结构的操作。顶推工艺的主要目的是为了提前给合龙段施加一个推力，加大合龙段长度，保证合龙段施工后在温度收缩徐变、预应力张拉的影响下，能够消除梁体内部产生的拉应力，防治梁体产出裂缝等病害[8-13]。
(5)临时支座的解除。多孔大跨长联连续刚构桥临时固结一般都非常大，并且混凝土内配有相当数量的精轧螺纹钢筋。为保证工期，本桥采用绳锯即可克服以上困难，安全高效际解除临时支座。
(6)体外预应力设置。多孔大跨长联刚构连续梁施工难度极大，合龙后如果施工中出现纰漏，通过应力监控发现梁体出现混凝土收缩徐变和预应力损失时，一般常规方法无法对其进行弥补。本桥采用设置体外预应力束作为备用束[14]，如果出现梁体混凝土收缩徐变和预应力损失时，可以张拉部分体外预应力束对梁体预应力进行弥补，防止梁体出现裂缝和跨中下挠的现象，保证梁体受力处于合理的设计范围内，达到刚构连续梁合龙的质量要求。
3 施工工艺流程及操作要点
3.1 施工工艺流程
大路黄河特大桥刚构连续梁合龙施工工艺为：安装挂篮模板，绑扎钢筋、安装预应力管道，安装劲性骨架并立即张拉临时束(边跨时将直线段与悬臂端间锁定，中跨时将两T构悬臂端间锁定)，T悬臂端压配重，浇注合龙段混凝土(选择一天中温度最低的时间进行)同时逐级解除配重，混凝土养生至设计张拉强度，按设计要求张拉预应力束，解除吊架拆除模板，按设计要求解除锁定，张拉剩余合龙束并压浆。
合龙顺序为先合龙次中跨，然后合龙次边跨，接着悬浇不平衡段，再合龙边跨，最后合龙中跨。
3.2 操作要点
3.2.1 次中跨合龙
(1)拆除次中跨一侧的挂篮，另一侧挂篮前进至合龙段作为施工的模板和支撑结构。
(2)在次中跨两侧对挂篮配重。采用水箱加水对合龙段混凝土进行配重。
图1 次中跨合龙配重
(3)安装跨中劲性骨架锁定，部分张拉临时预应力钢束。
(4)在挂篮上浇注次中跨合龙段混凝土，边浇注混凝土边对水箱放水以平衡配重。养生待混凝土强度达到设计要求强度后拆除刚接骨架，次中跨箱梁合龙完成。
(5)依次张拉设计要求的次中跨预应力钢束。
(6)采用绳锯解除次中跨临时固结措施，墩顶永久支座受力，张拉并锚固次中跨合龙段竖向和横向预应力筋。
(7)拆除次中跨临时钢束。
3.2.2 次边跨合龙
(1)拆除次边跨一侧的挂篮，另一侧挂篮前进至合龙段，作为合龙段施工的模板和支撑结构。
(2)在次边跨两侧对挂篮配重。采用水箱加水对合龙段混凝土进行配重。
图2 次边跨合龙配重
(3)安装跨中劲性骨架锁定，部分张拉临时预应力钢束。
(4)在挂篮上浇注次边跨合龙段混凝土，边浇注混凝土边对水箱放水以平衡配重。养生待混凝土强度达到设计要求强度后拆除刚接骨架，次边跨箱梁合龙完成。
图3 次边跨合龙配重
(5)依次张拉设计要求的次边跨预应力钢束。
(6)解除次边跨临时固结措施，墩顶永久支座受力，张拉并锚固次边跨合龙段竖向和横向预应力筋。
3.2.3 非对称悬臂段浇筑
(1)边跨挂篮前移，悬臂浇筑不平衡梁段。在浇筑不平衡段挂篮施工中对前移的挂篮进行配重，保证T构的平衡性。待混凝土强度和弹性模量达到设计要求强度时，张拉并锚固纵向、竖向和横向预应力筋。
(2)悬臂浇筑不平衡梁段的同时，浇筑边跨现浇段。
3.2.4 边跨合龙
(1)前移边跨挂篮，并在另一侧梁段进行挂篮配重和合龙段混凝土法浇注。
(2)安装跨中合龙挂篮支架和临时刚接构造，部分补张拉边跨合龙段钢束。
(3)采用挂篮浇注边跨合龙段混凝土，边浇注混凝土边对水箱放水以平衡配重。养生待混凝土强度达到设计要求强度后拆除刚接骨架，边跨箱梁合龙完成。
(4)依次张拉设计要求的边跨预应力钢束。
(5)拆除边跨现浇段托架及挂篮。
3.2.5 中跨合龙
(1)中跨小里程挂篮前移至合龙段，在中跨大里程对挂篮配重。中跨合龙段两侧梁段分别放置一个水箱进行中跨合龙段混凝土配重。
(2)在中跨合龙段的两侧悬臂端施加顶力，达到调整墩梁内力的目的，施加顶力时以悬臂端的纵向位移量为控制指标[15]。施加顶力要对称、分级进行，注意观测两梁端标高和轴线位置。
(3)安装中跨合龙刚接构造，按设计要求张拉临时钢束。
(4)在挂篮上浇注中跨合龙段混凝土，浇注混凝土时，水箱边浇注混凝土边放水。养生待混凝土强度达到设计要求时拆除刚接构造，中跨箱梁合龙。
(5)依次张拉设计要求的中跨预应力钢束。
(6)拆除中跨临时钢束。
3.2.6 补张拉及拆除
(1)拆除所有挂篮。
(2)张拉设计要求的次边跨、次中跨和中跨的剩余钢束。
(3)存梁60 d。
(4)进行全桥附属设施施工，铺设线路设备等二期荷载。
(5)全桥竣工。
4 结 语
工程结束后对该施工工法进行评价，结果表明，该工法有效地提高了多孔大跨长联连续刚构多次合龙结构体系转换的效率，施工过程中梁体应力正常，合龙后线形良好，且施工周期短，经济效益显著。目前该桥交付运营近3年，未发现梁体有裂纹、掉块等病害现象，说明该工法具有较好的可靠性及一定的实用性。该工法有如下优点。
(1)施工过程中采用了节约成本、保证工期的单边挂篮浇筑方法，节约了吊架施工的成本，缩短了施工工期。
(2)采用了区别于吊物配重的新型配重水箱装置，使得水箱拆装和转移快速简便，配重加载和浇筑合龙段混凝土时卸载匀速高效。
(3)施工过程中为保证结构安全及混凝土质量，采用体外骨架锁定。
3 结果与分析
(4)采用了绳锯这种很少应用于桥涵施工的设备，快速高效地切除临时固结，保证了工期。
(5)刚构连续梁由于跨度和联长在国内少见，施工难度极大，在合龙后，如果施工中出现纰漏，通过应力监控发现梁体出现混凝土收缩徐变和预应力损失时，一般常规方法无法对其进行弥补，通过设置体外预应力可以有效弥补损失的预应力，防止混凝土出现裂缝。
(6)采用顶推工艺消除了梁体内部产生的拉应力，预防了梁体产生裂缝等病害，保障运营后桥梁状态。
