曲线混凝土桥面板长短线结合法预制施工技术

潘 军,徐平安

(中铁大桥局集团有限公司,湖北 武汉 430050)

0 引言

为充分发挥钢与混凝土两种材料各自的优势,钢-混组合结构在当前桥梁建设中被广泛应用。钢与混凝土两种材料通过剪力钉(环)组合在一起,具有桥面板可工厂预制、质量可靠等优点[1-2]。

连续钢桁-混凝土结合梁通常采用桥面板分块预制、分段浇筑湿接缝和剪力槽混凝土的方法实现桥面板与钢桁梁的结合,但研究发现湿接缝区混凝土存在收缩、易开裂等问题[3],尤其是新老混凝土结合面最先开裂[4-5]。孟加拉帕德玛大桥钢-混结合梁在充分发挥钢与混凝土各自优势的基础上,采用了一种不同于常规的钢桁-桥面板结合方法:桥面板分块在预制场进行匹配预制,桥上通过胶拼连接为整体,分区段进行永久预应力张拉、孔道压浆,整联桥面板安装后浇筑剪力钉(环)槽口混凝土将桥面板与连续钢桁梁叠合[6],形成精度较高、质量可靠、受力合理的结合梁。

桥面板的预制可采用长线法和短线法。长线法的精度控制较好,但需占用较大的预制场地,适用于桥面板尺寸不变的直线段;短线法不需要较大的预制场地,但模板投入量大。孟加拉国帕德玛大桥主桥为大跨度曲线连续梁,公路桥面板预制中采用了长短线结合法。

1 工程概况

1.1 主桥结构

孟加拉国帕德玛大桥(Padma Bridge in Bangladesh)位于首都达卡偏西南约40km处,横跨帕德玛(Padma)河。大桥主桥由7联大跨度钢桁-混凝土结合连续梁组成,桥式布置为6×(6×150)m+1×(5×150)m,上层为双向4车道公路,下层为单线铁路。钢主梁为全焊接钢桁梁结构,主桁梁采用2片无竖杆的三角桁形式,两桁梁中心距12m,节间长18.75m,墩顶处上弦节点设上横梁。主桥路面控制线设置有R=15 000m及R=3 000m平曲线,公路桥面为预制预应力(纵向)混凝土桥面板[7],桥面板通过剪力钉(环)槽口与钢桁梁进行结合。典型曲线段混凝土桥面板平面如图1所示,桥面板与钢桁梁结合如图2所示。

图1 典型曲线段公路桥面板平面Fig.1 Plan of typical curved section of roadway deck

图2 桥面板与钢桁梁结合Fig.2 Connecting slabs and steel trusses

1.2 公路桥面板

1)桥面板结构特点

桥面板横桥向宽21.25m,以钢桁梁中心线为界,向两侧设3%的横坡,桥面板横断面如图3所示。

图3 混凝土桥面板横断面Fig.3 Cross-section of concrete slab

桥面板结构具有以下特点:由于钢桁梁每跨为直线,墩顶以大折线代替曲线,因而公路桥面中心线与钢梁中心线有偏移;由于桥面板的曲线是通过桥面板两侧翼缘板宽度的变化实现的,故桥面板尺寸多变;为适应钢梁的折角,墩顶设置了扇形板;桥面板底面设置有长9.9m、高465mm、厚350mm的横桥向加劲肋板。上述特点使桥面板预制精度和质量控制难度大。

2)桥面板分块

每孔桥面板除墩顶附近2条、跨中1条150mm宽的湿接缝,以及伸缩缝处桥面板采用原位现浇法施工外,其余均采用横向整幅、纵向分块法预制架设。桥面板在18.75m标准节间内纵桥向按2×2m+5×2.15m+2×2m分块布置;墩顶非标准节间按2×2m+150mm现浇缝+V1(变宽扇形板)+3×2.15m+V2(变宽扇形板)+150mm现浇缝+2×2m分块布置;2m和2.15m桥面板均为标准块。全桥共2 917块预制桥面板。墩顶非标准节间桥面板分块如图4所示。

图4 墩顶非标准节间桥面板分块Fig.4 Division of concrete slabs in pier-top non-typical panel

2 桥面板长短线结合预制法

在帕德玛河两岸各设置1个预制场,场内设置标准块预制台座和扇形块预制台座。根据桥面板预制数量,两岸共设置有7个标准预制台座和2个扇形台座。

1个标准预制台座包括10个标准板长度,其中1个为匹配板安装位置,9个为预制板位置。标准块桥面板预制方法如图5所示。桥面板预制前,9块底模拼装为一个整体;先预制奇数块桥面板,再预制偶数块桥面板,待偶数块桥面板混凝土强度达到45MPa后,通过千斤顶和钢绞线拖拉底模板系统,使单块桥面板底模及相应桥面板在滑道梁上水平滑移,相邻桥面板匹配面脱离,逐块吊离;将9号块吊至匹配台座作为下一轮预制的起始块,进行下一轮桥面板匹配预制,形成一种长短线结合的匹配预制施工方法。同一组底模连续匹配预制一孔湿接缝之间的标准桥面板。

图5 标准桥面板预制示意Fig.5 Precasting method of typical concrete slabs

扇形桥面板采用已预制完成的相邻标准桥面板作为匹配板,在单独台座上进行预制。由于扇形板一侧设置有湿接缝,因此只需要1块相邻桥面板与之匹配即可。扇形桥面板预制方法如图6所示。先在标准台座6～8号位置预制墩顶中心3块2.15m标准桥面板,再分别用6,8号桥面板作为匹配板,在扇形板预制台座上匹配预制相邻扇形板。

图6 扇形桥面板预制示意Fig.6 Precasting method of non-typical concrete slabs

3 桥面板预制施工

3.1 测量控制

由于钢-混结合梁桥为多跨曲线连续梁,而钢桁梁以150m跨大折线形式设置,桥面板预制时的测量控制非常重要。

1)测量控制体系

考虑到钢桁梁中心线除在墩顶位置存在转角外,其余位置均为直线,故在预制区以预制桥面板的钢桁梁中心线为基准线,建立测量控制体系。

2)匹配节段定位

匹配节段安装时,使剪力钉槽口中心线与钢桁梁中心线对称平行,通过测量匹配面与待预制节段模板之间的距离和高程来精确调整、定位匹配节段。

3)标准板底模和端模定位

精确定位中间位置(5号桥面板)的预制板底模,并与模板支架焊接固定牢靠,其余预制板底模纵向滑移就位后对其安装位置进行复测,确保每组预制台座底模上剪力钉槽口中心线与钢桁梁中心线对称平行。端模安装位置和标高以预制桥面板匹配面在剪力钉槽口中心线上的2个测量控制点进行测量控制。通过测量2个控制点到钢桁梁中心线的距离及相对标高,对端模的安装位置、标高及预制桥面板顶面横坡坡度进行控制。

4)侧模定位

由于钢桁梁中心线两侧各10m范围内的桥面板尺寸不变,仅bE,bW值随桥梁平曲线变化而不同,先确定桥面板预制参数bE,bW后,通过调节丝杆调整侧模的安装位置,使其满足设计要求尺寸。桥面板测量定位如图7所示。

图7 桥面板测量定位示意Fig.7 Measurement and positioning of slab

3.2 预制台座与底模系统

根据桥面板预制场地基情况,预制台座采用高压旋喷桩+垫层+钢筋混凝土基础的结构形式[8-10]。

由于桥面板底部设有竖向肋板,桥面板无法相对底模水平移动后脱模,预制中采用了一种桥面板与底模一起滑动的脱模系统。预制节段底模由桁架结构支撑,桁架结构下部设置滑道梁,桥面板可以与底模一起水平纵向移动,5号块除外的8块底模可在钢绞线的牵引下分别滑动,使匹配面分离后再起吊脱模,避免了带肋桥面板在竖向起吊过程中与相邻桥面板产生碰撞。预制台座及底模系统如图8所示。

图8 预制台座及底模系统Fig.8 Precast pedestal and bottom mold system

3.3 端模与侧模

同一台座的9块桥面板,先浇筑奇数块,后浇筑偶数块,仅奇数块需安装端模,偶数块以奇数块的匹配面作为端模。在底模上开设固定销孔,通过销轴将端模下口固定于底模上,两侧端模竖向背带顶部设置对拉杆,以承受浇筑混凝土对端模产生的侧压力。

为保证每个节间桥面板的长度与钢梁长度匹配,通过对钢梁制造厂设拱度、钢梁安装后自重引起的伸缩、桥面板自重引起的钢梁伸缩、桥面板纵向预应力张拉后桥面板缩短量及桥面板安装时胶拼缝宽度进行分析,计算出每个节间9块桥面板预制长度调整量,在预制每个节间最后1块奇数板时,调整端模位置以对该组9块桥面板的总长度进行调整,避免误差累积至下一节间。

为适应曲线段桥面板两侧翼缘板不同的宽度值,侧模设计为通过精轧螺纹螺栓与外侧锚固梁连接的可调结构,在底模、端模调整就位后安装,通过旋拧精轧螺栓的锚固螺母调整侧模的位置,如图9所示。

图9 可调节侧模Fig.9 Adjustable side formwork

3.4 钢筋、预应力管道的制作与安装

桥面板钢筋在胎架上绑扎。由于剪力钉槽口内纵、横向钢筋与剪力钉交错布置,为避免桥面板安装时钢筋与剪力钉发生冲突,制作了剪力钉模型作为槽口内钢筋绑扎的定位胎具。钢筋绑扎前,将模型放至绑扎台座槽口位置,绑扎时参考模型上剪力钉位置,预留足够的间隙,防止钢筋与剪力钉发生冲突;钢筋笼起吊入模前,在底模板对应位置处设置剪力钉定位框架,作为钢筋调整的参考。典型槽口剪力钉定位框架如图10所示。

图10 典型槽口剪力钉定位框架Fig.10 Positioning frame for shear studs of typical pocket

桥面板预应力管道为镀锌钢带制作的波纹管,19束预应力管道外径为110mm,7束预应力管道外径为80mm。钢筋笼绑扎完成后,按照施工图将相应的预应力管道安装至相应的位置,波纹管长度与桥面板长度基本一致,两端与端模对齐。奇数块桥面板的预应力管道两端均采用塑料堵头封堵,堵头上设置螺栓孔,钢筋笼连同波纹管吊装至模板内后,用螺栓将塑料堵头与端模固定,防止波纹管移动;偶数块桥面板钢筋笼吊装入模后,调整预应力孔道位置与奇数块桥面板孔道对位,然后从两端穿入芯棒至该组中间位置奇数块(5号块)桥面板的波纹管中,防止混凝土浇筑时波纹管漏浆,并确保偶数块桥面板的波纹管在奇、偶块接缝处的位置不发生偏移。

3.5 隔离剂

为保证奇数块与偶数块桥面板能顺利脱开,浇筑偶数块桥面板前,先在奇数块桥面板匹配面上涂刷隔离剂。隔离剂配合比为脱模剂(油性)∶滑石粉=9∶1,涂刷时朝同一方向均匀涂刷2～3遍。

3.6 混凝土浇筑

钢筋与模板检查无误后即可开始桥面板混凝土的浇筑。混凝土浇筑顺序如图11所示,在每一侧桥面板范围内先浇筑剪力钉槽口附近底层混凝土,再按图中顺序浇筑其他部分混凝土。

图11 混凝土浇筑顺序Fig.11 Concrete casting sequence of slab

4 拆模

奇数块侧模和端模在混凝土浇筑12h后即可拆除。模板拆除时先解除端模板上口拉杆,再拆除底口插销,端模板与混凝土面脱离后,将端模吊走。侧模通过旋转精扎螺纹钢螺母使其与混凝土脱离,脱离距离满足桥面板吊离空间即可。

偶数块桥面板混凝土强度达到45MPa后,通过千斤顶和钢绞线拖拉底模板系统,使底模板及相应的桥面板在滑道梁上纵向滑移,将相邻桥面板匹配面脱离,滑移结构如图12所示。

图12 桥面板滑移拖拉结构Fig.12 Sliding drag structure for concrete slabs

5 结语

曲线混凝土桥面板长短线结合法预制技术已成功运用于孟加拉国帕德玛大桥。帕德玛大桥主桥设置有平曲线,桥面板数量多、尺寸变化多、精度要求高,预制过程中通过精确的测量控制、长短线结合的匹配预制工艺和相应的匹配预制系统,节省了预制场地,保证了预制精度和进度,每组台座单月可预制27块标准桥面板,7组预制台座单月可预制189块标准桥面板,保证了全桥2 917块桥面板的预制工期。该技术可为以后类似桥面板预制施工提供借鉴。