彭永利
(湖北省交通規(guī)劃設計院 武漢 430051)
鄂東長江公路大橋位于湖北黃石水道上游,橋位北岸為浠水縣散花洲李渡村,南岸為黃石市,橋梁和路線全長為15.15 k m。鄂東長江公路大橋是滬渝高速公路湖北省東段(武黃高速公路和黃黃高速公路)和國家高速公路網(wǎng)大慶至廣州公路湖北段的共用過江通道,為國家重點工程。
大橋全長5.765 k m,南引橋除跨兩處城區(qū)道路采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁外,余均采用30 m裝配式小箱梁,南引橋長3.502 k m(38~152號墩),占全橋長度的60.7%。本引橋穿越了黃石港區(qū)、黃石團城山開發(fā)區(qū)和鄂州花湖經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)。橋梁橫幅寬度33 m,為雙幅分離的平行橋梁。橋跨布置為:90孔×30 m裝配式小箱梁+27.2 m+54 m+27.2 m現(xiàn)澆連續(xù)箱梁+12孔×30 m裝配式小箱梁+33 m+54 m+33 m現(xiàn)澆連續(xù)箱梁+7孔×3 0 m裝配式小箱梁。3 0 m裝配式小箱梁跨度長且跨越城區(qū),是控制性工程之一。
橋型方案選擇時需要綜合考慮設計、施工、養(yǎng)護、管理等成本效益,分析其安全、環(huán)保、運營等社會效益,本著安全、適用、經(jīng)濟、美觀和有利環(huán)保的原則,盡可能做到設計標準化、施工機械化,便于統(tǒng)一集中預制安裝,就地取材、方便運輸、縮短工期、節(jié)省工程造價。在橋梁經(jīng)濟指標相差不大的情況下,重點考慮橋梁的美觀,盡量與自然環(huán)境和景觀相協(xié)調(diào),選用綜合效益最佳的橋型方案。高速公路上被廣泛使用的橋梁類型為小箱梁、T梁、空心板和現(xiàn)澆箱梁,現(xiàn)澆箱梁工藝要求較多、造價高,僅在預制結構難以實施的情況下使用,綜合目前高速公路的使用情況,引橋上部結構方案比選見表1。
表1 上部結構方案比較表
裝配式小箱梁外形美觀、結構輕巧且具有工廠化和標準化生產(chǎn)等優(yōu)點,是跨越城區(qū)高速公路橋梁具有較強競爭力的優(yōu)選結構形式,南引橋上部結構綜合各方面因素比較后,推薦采用30 m裝配式小箱梁。
30 m裝配式小箱梁采用多箱單獨預制,簡支安裝,現(xiàn)澆連續(xù)接頭的先簡支后連續(xù)的結構體系。主梁沿縱向外輪廓尺寸保持不變,每幅橋由5榀箱梁組成,30 m裝配式小箱梁橫幅布置圖見圖1。每榀梁中心高1.8 m,通過頂板傾斜形成橋面橫坡,梁底寬1 m,中梁頂寬2.4 m,邊梁頂寬2.95 m,跨中部分頂板、腹板及底板厚度均為18 c m,梁端頂板厚度18 c m,腹板厚度28 c m,底板厚度25 c m,梁與梁間濕接縫寬75 c m,連續(xù)墩頂箱梁通過現(xiàn)澆30 c m厚中橫梁形成結構連續(xù)[1]。
圖1 30 m裝配式小箱梁橫幅布置圖(單位:c m)
預應力鋼束采用直徑為Φs15.20 mm的高強、低松弛鋼絞線,技術標準應符合GB/T5225-2003的要求,標準強度為1 860 MPa,計算彈性模量為195 GPa,預應力束表見表2。
表2 預應力束表
選取南引橋一聯(lián)5×30 m(一聯(lián)4×30 m、3×30 m的受力情況類似)裝配式小箱梁。結構體系為先簡支后結構連續(xù)。
2.2.1 計算模型和方法
采用橋梁博士,按直線橋計算,結構離散圖見圖2。全橋共劃分為103個單元,104個節(jié)點,其中橋面系單元103個,永久支撐6個,在第4個支點設置豎向和水平約束,其余均設豎向約束??缰泻奢d橫向分配系數(shù)按剛接梁法計算,支點荷載橫向分布系數(shù)按杠桿法計算。
圖2 結構離散圖
2.2.2 計算分析
采用平面桿系結構有限元思想,從預制到結構體系轉換及成橋各階段進行模擬分析。數(shù)值模擬時考慮:橋梁所處的環(huán)境條件、結構設計的安全等級、主梁跨經(jīng)及截面形狀、主梁混凝土配合比、預應力束位置、預應力大小、汽車荷載等級、汽車沖擊力、有效溫度、溫度梯度效應、混凝土收縮及徐變、施工順系、拆除臨時支座及支座沉降等因數(shù)。主要荷載組合,組合I:結構重力+預加力+收縮徐變+汽車荷載;組合II:結構重力+預加力+收縮徐變+汽車荷載+有效正溫差+梯度正溫差+支座沉降;組合III:結構重力+預加力+收縮徐變+汽車荷載+有效負溫差+梯度負溫差+支座沉降??傮w靜力計算按施工階段和使用階段分別進行驗算,主要內(nèi)容包括承載能力極限狀態(tài)驗算、抗裂驗算、應力驗算等。其中最重要的是體系轉換的分析,它是先簡支后結構連續(xù)體系設計的關鍵,將直接影響到橋梁的線形及結構的穩(wěn)定。計算結果表明:結構在各種工況下的驗算結果均滿足規(guī)范要求[2]。
主要施工工藝流程見圖3。
圖3 主要施工工藝流程圖
(1)預制前準備工作。先施工臺座兩端擴大基礎,然后施工臺座及龍門吊軌道基礎,最后進行場地硬化。臺座高25 c m,整個臺座按二次拋物線設置預拱度,跨中預拱度為2 c m。臺座兩邊布置5×5 c m角鐵,以便粘貼止?jié){帶。在距離兩端臺座1 m處預留30 c m寬的空隙,作為穿起吊鋼絲繩的預留孔道,澆注混凝土時,安裝一塊活動底模。本橋預制場設置在105~110號墩之間。
(2)鋼筋綁扎、波紋管及模板安裝。底板、腹板鋼筋綁扎前,在現(xiàn)場臺座上涂一層地板蠟,在角鐵上粘貼止?jié){帶,并在臺座側面用油漆標出鋼筋位置。綁扎鋼筋時,安裝好2 c m厚的塑料墊塊。為防止腹板鋼筋傾覆,采取將腹板鋼筋與底板鋼筋電焊連接。底板、腹板模板安裝由龍門吊配合人工進行,2節(jié)模板之間用螺栓連接緊密,外模底部穿直徑22 mm拉桿(孔道預埋在臺座內(nèi)),頂部穿直徑28 mm拉桿。內(nèi)模2 m 1節(jié),用螺栓牢固連接內(nèi)模。按設計圖紙位置安裝好波紋管,波紋管接頭處用粘膠帶纏裹嚴密,防止漏漿。內(nèi)模及外模安裝后,綁扎頂板鋼筋,并安裝好扁波紋管。
(3)混凝土澆注及振搗?;炷劣闪隙愤\至現(xiàn)場,龍門吊吊起料斗入模?;炷翝沧⒎绞綇囊欢讼蛄硪欢苏w階梯形推進。即先澆注一段底板,然后澆注腹板、頂板,如此反復直至澆注完畢。澆注腹板時注意兩邊腹板對稱、分層下料,分層厚度不超過30 c m。采用I16作為壓梁,壓住內(nèi)模頂部,外邊用花籃螺絲固定在外模上。待混凝土澆注至頂板時,拆除壓梁。底板振搗由工人進入內(nèi)模中,采用直徑5 c m插入式振搗棒振搗,特別是底板與腹板連接處要仔細振搗密實。腹板振搗采用附著式振搗器和插入式振搗器聯(lián)合振搗工藝。附著式振搗器不能空振,必須在有混凝土的部位才能開動附著式振搗器。頂板混凝土振搗采用插入式振搗器振搗。振搗時,振搗棒不能碰撞波紋管、錨墊板及預埋件,錨墊板處混凝土一定要振搗密實。
(4)拆模及養(yǎng)護。當混凝土強度達到2.5 MPa時開始拆除模板,內(nèi)模采用人工拆除,從小箱梁內(nèi)拖出。外模拆除時,先拆除上下拉桿和連接螺栓,敲擊木楔,使模板落下,然后由龍門吊吊離?;炷脸跄?,開始灑水養(yǎng)護,養(yǎng)護時間為7 d。頂板上采用覆蓋土工布灑水養(yǎng)護。腹板及底板由工人進入內(nèi)腔中灑水養(yǎng)護。養(yǎng)護時不能形成干濕交替,必須保持混凝土表面濕潤。
(1)小箱梁運輸。小箱梁吊裝采用捆綁式,存梁區(qū)設在102~105號墩橋面上。預制場成品梁利用場內(nèi)2×60 t龍門吊縱移至小車上,運梁小車自行至架橋機吊鉤下方,等待起吊。架橋機采用DF50/150III型,運梁車采用ZXLC120型。小箱梁邊梁重102 t,中梁重97 t,先用龍門吊依次安裝105號~104號~103號~102號(此部分作為存梁區(qū)),再用架橋機依次安裝102~38號,110~152號,最后用龍門吊依次安裝105~110號(預制場)。
(2)小箱梁安裝。根據(jù)實際放樣的路線中心線和墩中心線里程,在蓋梁頂面標出每孔的縱向中心線和支座中心線等,在支座墊石混凝土達到設計強度后標出小箱梁端位置橫線,并對墊石表面、梁底面清理干凈。架橋機安裝完成并試吊合格后,進行架橋機前移就位工作,首先將行梁移至靠近橫梁處,并增加后端平衡重量,確保其抗傾覆安全系數(shù)大于1.5。拆除前支撐,使架橋機呈全懸臂狀態(tài),自動牽引卷揚機,讓架橋機前移,前移至設計位置后,固定好架橋機,并將交叉拉桿收緊,以確保橫向穩(wěn)定性。小箱梁安裝的順序為:先兩邊,后中間。安裝前應認真清掃混凝土表面,精確地測量出支座安裝的平面位置和高度。小箱梁起吊吊點按設計規(guī)定的位置,吊具采用鋼絲繩,在吊裝過程中盡量減少停頓起步次數(shù),下落應平穩(wěn),避免架橋機承受過多的沖擊荷載及水平力。小箱梁安裝前,先設置臨時砂箱支座,待一跨安裝完畢后,將架橋機移至下一跨,進行安裝工作。
(3)小箱梁安裝技術措施。架橋機前移時必須將后行梁移至后支腿附近,且行梁上的平車居中移動前必須清除所有障礙。移動時由專人觀察行走情況,行走速度不宜太快,盡量減少時停時移的次數(shù),在移動時發(fā)現(xiàn)異常情況,應及時與電控中心聯(lián)系,以免造成嚴重后果。在運送過程中,小箱梁在平車中的支撐及固定應高度重視,兩跨之間的縫隙采用砂袋回填,負彎矩區(qū)的齒槽需鋪設鋼板,保證小箱梁運輸安全。在吊安過程中,應保證吊具的強度和剛度絕對滿足要求,盡量做到操作的連續(xù)性和平穩(wěn)性。
結構體系轉換的重點是要保證梁體均勻、同步下降,支座同時受力。具體施工步驟如下。
(1)在橋面墩頂附近布置測量點(標尺),精確抄平并作好初始值記錄。
(2)人員組織落實,進行技術交底,交代操作要點。箱梁安裝就位后,將橋面板鋼筋及端橫梁鋼筋臨時焊接。澆注連續(xù)接頭、中橫梁及兩側與頂板負彎矩束同長度范圍內(nèi)的橋面板,混凝土用手推車運至澆注地點,插入式振搗器振搗密實,灑水養(yǎng)護。待混凝土養(yǎng)護至設計強度的95%后,按先短束后長束的順序張拉頂板負彎矩預應力束,采用逐根兩端對稱張拉,并灌漿封錨。接頭施工完畢后,由每聯(lián)跨中向支點澆注剩余部分橋面板濕接逢。
(3)張拉連續(xù)鋼束后,由1聯(lián)兩邊跨開始對稱向中跨落梁,在每個墩兩側對稱進行,下落方法是打開砂孔,緩慢均勻地放出砂筒中的砂,以便小箱梁平穩(wěn)均勻下落。臨時支座采用砂箱(卸荷砂筒)制作,比永久支座高10 mm,以便拆除。砂箱采用鋼管制作而成,內(nèi)填干砂,砂筒與頂心之間間隙用瀝青填塞,防止砂子受潮。根據(jù)小箱梁和架橋機荷載計算,每個砂箱承載力為1 000 k N,為保證小箱梁安裝后不沉降,臨時支座在安裝前進行預壓。每榀小箱梁每端設2個臨時支座(伸縮縫一側直接安裝永久支座)。同時將永久支座安裝于墩頂接頭中心下的支座墊石上。
(4)測量橋面量點標高,作好記錄,并檢查梁體混凝土有無裂紋或損壞.資料匯總分析,總結經(jīng)驗,指導下一步施工。
小箱梁形成連續(xù)梁后,方可拆除臨時支座,先兩邊后中間,其方法是敲、鑿或用氧氣焊槍燒割。
(1)對30 m裝配式小箱梁的計算分析,驗證了在承載能力極限狀態(tài)下與正常使用極限狀態(tài)下的受力性能,其結構的強度、剛度等各項指標滿足規(guī)范要求,結構安全、可靠。
(2)對30 m裝配式小箱梁主要施工流程與關鍵工藝的闡述,為同類橋梁各施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制提供參考。
(3)目前南引橋已建成通車,該橋安全狀況良好。小箱梁外形美觀、結構輕巧,便于標準化、工廠化批量預制,現(xiàn)場拼裝施工,是城區(qū)橋梁優(yōu)選結構類型之一。
[1] 湖北省交通規(guī)劃設計院.鄂東長江公路大橋兩階段施工圖設計[Z].武漢:湖北省交通規(guī)劃設計院,2007.
[2] JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2004.
[3] JTG/T F20-2011公路橋涵施工技術規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2011.