代敬輝

(中鐵十八局集團第五工程有限公司,天津 300451)

1 工程概況

宜昌市夷陵區(qū)小溪塔大橋位于宜昌市夷陵區(qū),跨越黃柏河,為連接丁家壩和馮家灣的城市主干道雙虹大道上的橋梁,地處規(guī)劃城區(qū)內,全長425.56 m。本橋上部結構為25 m(預應力簡支箱梁)+85.5 m+173 m+85.5 m(預應力斜拉桁架式連續(xù)剛構)+45 m(預應力簡支箱梁)；主橋斜拉連續(xù)剛構由上弦桿、下弦桿、腹桿組成。在兩片斜拉桁架骨架之間,用橫梁(桁頂橫梁、節(jié)點橫梁、端橫梁)聯(lián)結,然后在橫梁上安裝預制空心板梁形成橋面。橫梁、下弦桿、上弦桿、拉腹桿、壓腹桿、各節(jié)點、塔頭均為C50現(xiàn)澆混凝土。上弦桿、受拉腹桿及部分下弦桿為預應力混凝土,受壓腹桿及部分下弦桿為鋼筋混凝土。小溪塔大橋主橋橋型布置見圖1，大橋標準橫斷面見圖2。

圖1 小溪塔大橋主橋橋型布置立面(單位：cm)

圖2 小溪塔大橋標準橫斷面(單位：cm)

2 移動掛籃設計

掛籃的設計、制作及安全操作是本工藝的關鍵技術。掛籃是實施懸澆施工的主要設備,懸臂掛在已完成懸澆施工的懸臂桁架上,用于進行下一節(jié)段的施工,如此循環(huán)直到桁架澆筑完畢。掛籃由承重系統(tǒng)、模板系統(tǒng)和工作平臺組成。承重系統(tǒng)由主梁、橫梁、平面聯(lián)結系、前后吊桿、下限位器組成。主梁是主要承重結構,擔負灌注梁段及模板等重力。它位于待澆筑梁段底面,主梁水平設置。每道主梁均由321型貝雷片組成,橫向4榀貝雷片通過I16型鋼和網(wǎng)片連成一體,且橋梁左右下弦桿的兩道主梁通過平聯(lián)連成一體,克服兩道主梁失穩(wěn)的缺陷。主梁共長18 m,前端懸出5.0 m作為后續(xù)腹桿施工平臺,后端懸出40 cm確保后吊點并固定牢固。主梁的穩(wěn)定除設有平聯(lián)外,后端設下限位器,以防止其后移,并承受斜吊帶傳來的水平力。

斜拉桁架橋的掛籃與連續(xù)梁的普通掛籃不同之處主要有3點,其一,懸臂掛籃長達18 m,而連續(xù)梁的掛籃只有2～8 m,因此,掛籃的變形控制難度較大；其二,懸吊系統(tǒng)不同,普通掛籃的吊桿直而短,為后支點掛籃,而斜拉桁架橋則采用前支點掛籃,用斜吊桿作為主要傳力結構；其三,行走系統(tǒng)不同,普通掛籃能沿軌道行走,而斜拉桁架橋的掛籃前移需要纜索吊來完成。移動掛籃結構見圖3、圖4。

圖3 移動掛籃結構

3 桁架的節(jié)段施工

本橋在完成墩頂箱梁、大腹桿及桁頂節(jié)點和橫梁施工后,即轉入桁架節(jié)段的施工。每個桁架節(jié)段的施工工藝流程為：安裝掛籃及施工平臺；下弦桿、下節(jié)點及中橫梁的澆筑；待下弦桿的混凝土強度達到80%后施工拉腹桿；待拉腹桿的強度達到85%以上后,進行拉腹桿預應力鋼束的張拉和壓漿；張拉后搭設支架進行壓腹桿及上節(jié)點的施工；待壓腹桿的強度達到80%后施工上弦桿；待上弦桿的強度達到85%以上后,進行上弦桿預應力鋼束的張拉和壓漿；張拉壓漿后利用纜索吊前移施工平臺；最后安裝預制空心板。以此類推直至全橋合龍。如圖5所示。

圖4 移動掛籃照片

圖5 主要施工步驟示意

3.1 安裝掛籃

斜拉掛籃采用貝雷架拼裝,拼裝成整體后利用纜索吊前移到預定位置,后部錨固于已澆筑下弦桿節(jié)點處,前部在已施工的上弦桿節(jié)點上設置上斜拉吊桿錨固,用于控制懸臂工作平臺底模模板高程。首先利用吊桿和斜拉索進行初步固定,然后根據(jù)監(jiān)控單位提供的高程和中線對掛籃和中橫梁底模進行精確定位,并固定牢固。

3.2 下弦桿、中橫梁、下節(jié)點施工

在固定好的掛籃工作平臺上,支立模板,綁扎下弦桿及中橫梁鋼筋,利用纜索吊機運輸混凝土并澆筑。澆筑前在下弦桿底部預埋4根I40型鋼作為下一階段掛籃的后限位器,并安裝本節(jié)段拉腹桿預應力鋼絞線,在下弦桿預埋拉腹桿壓漿管道。下弦桿混凝土澆筑完畢后3 d澆筑本節(jié)段下節(jié)點混凝土。

3.3 拉腹桿施工

下弦桿及下節(jié)點混凝土強度達到80%后,在已澆筑的下弦桿上搭設碗扣支架立模澆筑拉腹桿混凝土。由于腹桿長度較長，故分兩段澆筑,在腹桿頂面?zhèn)饶ｉ_窗,以利于澆筑混凝土和振搗施工,保證混凝土密實。由于腹桿是扇形斜面,故支架必須搭設牢固以免產(chǎn)生下沉變形。腹桿頂面與上一節(jié)段的上節(jié)點連接處設置成導斗形式,以免連接處不密實。拆模后將多余混凝土鑿除并修面,最后一斗混凝土添加膨脹劑,防止連接處出現(xiàn)裂縫。

3.4 壓腹桿、上節(jié)點施工

待拉腹桿混凝土達到設計強度85%以上,完成拉腹桿預應力鋼束的張拉和壓漿后,就可以搭設支架立模澆筑壓腹桿混凝土,采用萬能桿件支立模板,綁扎鋼筋,并完成混凝土澆筑。在澆筑壓腹桿前,壓腹桿的支架與相鄰拉腹桿用鋼管連接,加強壓腹桿穩(wěn)定性。壓腹桿澆筑后3 d立模澆筑上節(jié)點,在澆筑上節(jié)點時要預埋1根I40型鋼,使兩端露出混凝土20 cm,用于澆筑上弦桿牛腿。

3.5 上弦桿施工

將2根12 m長的I40型鋼焊接于相鄰2個上節(jié)點預埋工字鋼上,12 m工字鋼間距40 cm,通過焊接肋板加強工字鋼的剛度并減小工字鋼下?lián)?在2根工字鋼上鋪設方木竹膠板作為下弦桿底模,按照規(guī)范要求綁扎鋼筋連接波紋管,安裝本節(jié)段預應力張拉錨具。經(jīng)監(jiān)理檢驗合格后澆筑上弦桿混凝土。待上弦桿混凝土強度達到設計強度85%后張拉上弦桿預應力鋼束,同一根上弦桿2根鋼束應同時張拉,以免將上弦桿拉偏失穩(wěn),隨上弦桿不斷延長此項尤為重要。

3.6 掛籃前移

上弦桿張拉壓漿完成后拆除所有支架,然后拆除斜拉吊桿及后吊桿,用纜索吊機將斜上橫梁及斜拉吊桿調運到下一個上節(jié)點處安放到位,最后利用4個纜索吊鉤同時起吊將掛籃前移到下一個即將施工的節(jié)段處。

4 合龍段施工

合龍段施工是懸臂澆筑施工技術一道非常關鍵的工序,本橋合龍段的施工順序按先邊跨后中跨的次序施工。邊跨合龍段在掛籃端頭搭設支架作為掛籃底部支撐,中跨合龍段將其中一個掛籃后移,將另一個掛籃前移,懸吊于已澆筑下弦桿預埋孔處,將整橋連為整體。前后吊點各用4根精軋螺紋鋼連接,按設計要求施加配重。為保證合龍段的工程質量,施工中主要采取了以下措施。

(1)合龍段的混凝土應選用早強、高強、微膨脹混凝土,以使混凝土盡早達到設計強度,及早施加預應力,完成合龍段的施工。

(2)合理選擇合龍順序,使合龍段施工中及合龍后體系轉換時產(chǎn)生較小的內應力,又能滿足工期的需要。本橋按先合龍邊跨后合龍中跨的次序施工。

(3)合理選擇澆筑時間,最大程度地降低混凝土因溫差產(chǎn)生的收縮變形。根據(jù)每天的溫度統(tǒng)計,混凝土澆筑時間選在了當天氣溫平均溫差最小時刻。

(4)加強混凝土養(yǎng)護,使新澆箱梁混凝土在達到設計強度前保持濕潤狀態(tài),滿足混凝土充分凝固所需的水分,并降低箱梁混凝土內外的溫差。

(5)及時張拉。在合龍段混凝土強度達到設計強度的100%且齡期不小于5 d時,及時張拉預應力連續(xù)束以確保安全。

(6)支撐合龍段混凝土的吊架,具有較大的豎向剛度,以保證合龍段混凝土施工時懸臂端不致因升溫產(chǎn)生過大的撓度。

(7)把傳遞內應力的預埋型鋼按要求和數(shù)量焊接牢固,使合龍段兩端的“T構”聯(lián)結起來,持續(xù)到混凝土達到強度后,永久束張拉完畢,拆除掛籃。

5 超密鋼束混凝土施工

桁架結構上弦桿的截面尺寸為114 cm×80 cm,截面中分布有18根預應力管道,桁頂節(jié)點處截面寬度只有140 cm,此處預埋波紋管道34根,管道交叉放置相當密集(圖6),弦桿波紋管凈間距只有4 cm,使得混凝土方量相對很少。另外再加上鋼筋籠的約束,使得混凝土的澆筑非常困難,從而保證波紋管密集處的混凝土澆筑質量就顯得至關重要。在施工中主要采取以下保證措施。

圖6 預應力管道施工布置

(1)采取多種振搗方式進行混凝土施工振搗。在底模和側模安裝小頻率的附著式振搗器進行間斷振搗,嚴格按照施工規(guī)范的要求控制振搗時間。在混凝土澆筑時,從下料口使用小直徑、小頻率的插入式振動棒進行振搗。

(2)優(yōu)化混凝土配合比,使用細石混凝土。原材料：水泥采用P.O 52.5水泥；砂子采用沙坪天然砂,含泥量為1.0%,細度模數(shù)Ux=2.96，級配屬2區(qū)級配；石子：采用粒徑10～31.5 mm和5～16 mm碎石,含泥量分別為0.2%和0.3%；外加劑采用VNF-5,摻量為1.5%；拌和用水：宜昌城區(qū)飲用水。推薦C50混凝土配合比見表1。

表1 C50混凝土配合比

6 高差30 m鋼束真空壓漿

上弦桿及腹桿的垂直高差比較大,按照常規(guī)的壓漿方法施工難度大,壓漿質量難以保證。為了保證壓漿的質量,采取真空輔助壓漿技術：壓漿前,在密封孔道的頂端用真空泵抽吸預應力孔道中的空氣,使孔道中的負壓達到0.08 MPa左右,然后在孔道的底端用壓漿泵以一定的壓力將攪拌好的水泥漿體壓入預應力孔道并保持一定的壓力。真空壓漿工藝的優(yōu)點是：由于孔道內只有極少量的空氣,漿體中很難形成氣泡；同時,由于孔道內和壓漿泵之間的正負壓力差,使孔道中殘留的水珠在接近真空的情況下被汽化,隨同空氣一起被抽出,大大提高了孔道內漿體的飽滿度和密實度；孔道在真空狀態(tài)下,減少了由于孔道高低彎曲對漿體的影響,便于漿體充滿整個孔道。主要施工工藝如下。

(1)切除多余鋼絞線,施工封錨。張拉完畢后,將多余鋼絞線切割,用濕潤水泥團封堵,再用雙層塑料薄膜密封并綁扎固定在錨具上。在壓漿之前對預應力孔道進行密閉,對有漏氣的情況,再行用玻璃膠處理,以確保孔道密封。

(2)壓漿前的準備工作。在壓漿施工前,將錨墊板表面清理干凈,保證平整；清理錨墊板上壓漿孔,保證壓漿通道通暢；確認漿體配合比；檢查設備、輔件的型號或規(guī)格、數(shù)量；檢查各單元體的密封連接。

(3)制漿。按照水泥漿配合比稱量原材料,攪拌水泥漿?，F(xiàn)場檢查漿體稠度,達到規(guī)定指標時將水泥漿過濾儲存到儲漿倉中,并一直處于攪拌狀態(tài),儲漿量不少于所需壓漿量的1.3倍,其他指標滿足規(guī)范要求。

(4)抽真空。打開閥門啟動真空泵,觀察真空壓力表的讀數(shù)。當孔道內的真空度保持穩(wěn)定時停泵1 min,若降壓低于0.02 MPa即認為孔道維持真空。若不能滿足則表示孔道未能完全密封,需在壓漿前進行檢查及更正工作。

(5)壓漿。當真空度達到并維持在負壓0.08 MPa左右時,啟動壓漿泵,開始壓漿。當漿體流進透明高壓管時,將相應閥門依次打到相應位置,然后關閉真空泵。當進入透明高壓管內流動的漿體稠度與盛漿桶內漿體基本一樣時,關閉壓漿泵,完成該孔道的壓漿。

7 結語

宜昌市夷陵區(qū)小溪塔大橋是現(xiàn)澆預應力混凝土斜拉式桁架橋中跨度最大的橋梁,該橋結構設計獨特,施工方案新穎,橋梁通車一年多來,社會反映良好。施工中我們自主設計并應用了輕型捷便的斜拉掛籃,同時攻克了超密預應力鋼束情況下的弦桿混凝土施工和30 m高差真空壓漿技術等難題,總結形成了大跨度預應力斜拉桁架剛構橋懸臂澆筑施工技術,積累了寶貴的施工經(jīng)驗,對今后類似橋梁的設計和施工起到了很好的借鑒作用。

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