蔣小奎

(甘肅長達(dá)路業(yè)有限公司,甘肅蘭州 730070)

結(jié)合梁斜拉橋低溫施工技術(shù)

蔣小奎

(甘肅長達(dá)路業(yè)有限公司,甘肅蘭州 730070)

常溫環(huán)境下進(jìn)行結(jié)合梁斜拉橋的施工現(xiàn)在已經(jīng)有一套成熟的施工技術(shù)，但目前還沒有在寒冷地區(qū)進(jìn)行冬季施工結(jié)合梁斜拉橋的先例。難點(diǎn)主要包括:鋼梁線形的控制,鋼梁合龍口的控制,及冬季進(jìn)行濕接縫混凝土的澆筑時混凝土質(zhì)量控制等。以某結(jié)合梁斜拉橋為例,對結(jié)合梁斜拉橋低溫施工技術(shù)及冬季施工時的過程控制進(jìn)行了討論,有關(guān)經(jīng)驗可供相關(guān)專業(yè)人員參考。

結(jié)合梁斜拉橋;低溫施工;控制要點(diǎn)

0　引言

斜拉橋由于合理地利用梁、塔和高強(qiáng)度斜拉索各自的材料和力學(xué)特點(diǎn),在跨越大的障礙或河流時常作為優(yōu)先橋型之一「1-3]。在斜拉橋的施工中,為確保工程進(jìn)度,節(jié)約時間成本,在保證橋梁安全和質(zhì)量的前提下,通常需要在冬季進(jìn)行正常施工。橋梁的冬季施工在我國南方地區(qū)不存在任何特殊問題,但在北方寒冷地區(qū)進(jìn)行冬季施工則存在一系列需要解決的技術(shù)難題。文獻(xiàn)「4-8]介紹了冬季混凝土施工的技術(shù)問題及階段施工的橋梁濕接縫混凝土的澆筑、混凝土溫度控制等質(zhì)量控制方面的成果,為冬季橋梁施工節(jié)段拼裝梁積累了經(jīng)驗。但目前還沒有冬季結(jié)合梁斜拉橋施工的研究成果可供參考。本文以蘭州河口大橋(結(jié)合梁斜拉橋)為例,對結(jié)合梁斜拉橋低溫施工技術(shù)及冬季施工時的過程控制進(jìn)行了較為全面的討論。

1　工程概況

河口大橋主橋為A型雙塔雙索面鋼-混凝土結(jié)合梁半漂浮體系斜拉橋,為蘭永一級公路重點(diǎn)控制性工程,主梁采用工字鋼+混凝土橋面板結(jié)合梁型式,跨徑布置為:177 m+360 m+177 m =714 m,邊跨(距主塔中心線100 m處)設(shè)置輔助墩。全橋設(shè)置縱坡,自主梁中心線分界,蘭州方向坡度.24%,永靖方向坡度1.68%,橋面橫坡為2%人字坡,見圖1。

圖1　結(jié)合梁斜拉橋(單位:m)

主梁采用工字鋼-混凝土結(jié)合梁,結(jié)合梁全寬26.0 m,梁高2.83 m(鋼主梁中心處)、3.06 m(橋梁中心處)。橋面板厚度25 cm。結(jié)合梁的鋼梁主要由工字形縱梁與橫梁構(gòu)成,橫梁之間設(shè)置3道小縱梁,鋼主梁上采用錨拉板的斜拉索錨固構(gòu)造形式。主梁梁段間采用M30高強(qiáng)螺栓工地連接。塔根處縱梁長度為16 m,其余段梁標(biāo)準(zhǔn)長度為12 m,縱梁接頭設(shè)在兩橫梁中間部位?；炷翗蛎姘搴穸葹?5 cm。主縱梁、鋼橫梁、小縱梁均采用工字型截面,見圖2。

圖2　標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段鋼工字梁拼裝示意圖

主梁施工采用懸臂法和支架法結(jié)合的方法。橋塔附近0#塊和1#塊采用支架法施工;邊跨14#塊采用支架施工;橋塔兩側(cè)從2#塊開始主梁采用懸臂拼裝法施工;每個標(biāo)準(zhǔn)梁段的施工都將歷經(jīng):橋面吊機(jī)起吊鋼主梁節(jié)段并拼裝、斜拉索第一次張拉、安裝混凝土橋面板、澆筑濕接縫混凝土、斜拉索第二次張拉(張拉至初張力);邊跨14#梁段支架搭設(shè)、拼裝14#梁段并澆澆端橫梁混凝土、合龍邊跨13#、14#段;中跨合龍時合龍段采用自然溫度法合龍。中跨合龍后,為了減少由于溫度變化所引起的結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力對結(jié)構(gòu)的影響,盡快解除下橫梁和輔助墩處臨時固結(jié)設(shè)施。拆除橋面吊機(jī),于輔助墩和交界墩頂梁段第二次施加永久壓重。二次調(diào)索在二期恒載完成后進(jìn)行。

河口黃河大橋從2014年11初開始已進(jìn)入冬季施工,在2014年12月底合龍。經(jīng)查閱歷年氣象、氣溫資料,并根據(jù)施工單位在氣象局獲得的氣象數(shù)據(jù),河口鄉(xiāng)在合龍氣溫在-15℃～5℃,日平均溫度低于設(shè)計合龍溫度12℃～15℃。

2　結(jié)合梁斜拉橋冬季施工技術(shù)要點(diǎn)

結(jié)合梁斜拉橋冬季施工包括如下技術(shù)要點(diǎn):

(1)制定全面合理的冬季施工技術(shù)方案;

(2)低溫條件下橋面板混凝土濕接縫的溫度控制和質(zhì)量保證體系;

(3)低溫條件下鋼梁的拼裝及合龍段鋼主梁精確的下料長度和切口角度計算;

(4)低溫條件下斜拉索無應(yīng)力長度及安裝;

(5)低溫條件下斜拉橋的施工控制,特別是主梁標(biāo)高控制以及合龍段的安裝控制等。

由于低溫條件下橋面板混凝土濕接縫的溫度控制與質(zhì)量保證體系與階段施工的連續(xù)梁橋有相似之處,這里不詳細(xì)討論。本文重點(diǎn)介紹上述后三個方面內(nèi)容的技術(shù)特點(diǎn)。

3　溫度影響分析

3.1對結(jié)構(gòu)整體受力及變形的影響

根據(jù)施工進(jìn)度安排,河口大橋預(yù)計在2014年12月底合龍。經(jīng)查閱歷年氣象、氣溫資料,并根據(jù)施工單位在氣象局獲得的氣象數(shù)據(jù),河口鄉(xiāng)在合龍當(dāng)日氣溫低于設(shè)計合龍溫度15℃左右。經(jīng)計算,若結(jié)合梁在低于設(shè)計合龍溫度15℃的情況下不采取溫度效應(yīng)補(bǔ)償措施的自然合龍方案,相較于原設(shè)定的合龍溫度,增大了升溫影響效應(yīng),在最不利組合下,橋面板拉應(yīng)力增加0.6 MPa,鋼梁應(yīng)力增加12 MPa,位移增加1.8 cm。即使對成橋索力進(jìn)行調(diào)整,也難達(dá)到原設(shè)計的理想狀態(tài);另外施工單位已按原設(shè)計合龍溫度下料,已不具備低溫自然合龍的條件。因此,本橋采用在低溫條件下對溫度效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膹?qiáng)制合龍的方案,并提出如下措施:

(1)早確定強(qiáng)制合龍溫度,以便據(jù)此計算合龍段拼接板調(diào)整后的孔位及合龍段匹配角。

(2)監(jiān)控單位應(yīng)對合龍前誤差進(jìn)行系統(tǒng)分析,包括鋼梁實際壓縮量、錨固點(diǎn)實際坐標(biāo)等參數(shù),作為狀態(tài)調(diào)整的依據(jù)。

(3)提前做好強(qiáng)制合龍方案,拼接板孔位及匹配角調(diào)整需在合龍前進(jìn)行。塔梁固結(jié)解除約束后,因橋塔兩邊索力差所致,兩側(cè)梁體向跨中方向理論移動7 cm,須做好限位措施,使主梁在控制下緩慢移動。并研究利用主梁移動的特點(diǎn)(需考慮實際監(jiān)控情況)能否實現(xiàn)無需頂推的合龍方案。若需頂推,在橋塔處向跨中方向施加100 t的水平推力,梁體可移動3.8 cm。考慮到解除臨時固結(jié)、頂推可能造成的風(fēng)險,另外由于本橋?qū)嶋H的監(jiān)控效果非常好,本橋?qū)嶋H施工沒有采用頂推方案。

(4)中跨合龍后,按照規(guī)范規(guī)定的局部溫差溫度場計算結(jié)合梁橋面板拉應(yīng)力達(dá)2.43 MPa,存在開裂風(fēng)險。要求施工單位采取保溫措施,降低局部溫差。對中跨跨中兩側(cè)30 m范圍、邊跨距支點(diǎn)40 m范圍內(nèi)的結(jié)合梁進(jìn)行覆蓋,并對保溫段和非保溫段的結(jié)合梁溫度場以及橋位處環(huán)境溫度分別進(jìn)行溫度連續(xù)觀測,要求保溫段橋面板頂與鋼梁底溫差小于12℃,確保過冬期間橋面板不會開裂。

3.2合龍方案及合龍口基本參數(shù)確定

本橋采用先邊跨、后中跨的合龍方案。邊跨合龍按原施工方案進(jìn)行,只需在主梁標(biāo)高的控制中考慮低溫影響即可。本文重點(diǎn)討論中跨合龍過程中核心技術(shù)問題。

中跨合龍段長4 m,由兩根主梁、一道橫梁、六道小縱梁組成,見圖3。設(shè)計基準(zhǔn)溫度為15℃,因工期要求,合龍時間在12月份下旬,河口氣溫5℃～-15℃。經(jīng)設(shè)計、監(jiān)控和施工單位充分溝通,選擇合適的合龍時間、溫度、確定合龍口合龍寬度,力爭合龍后主梁在基準(zhǔn)溫度梁長達(dá)到設(shè)計理論值。

圖3　中跨合龍段鋼梁結(jié)構(gòu)圖(單位:mm)

(1)合龍溫度確定

主梁中跨合龍口12月22日0時20分調(diào)整完成。從12月22日8時30分開始觀測,連續(xù)觀測4 h。分析測量數(shù)據(jù),結(jié)合天氣情況,避免主梁陽光偏曬引起梁體“旁偏”,最終確定合龍時合龍口的溫度。

(2)鋼梁中跨壓縮量值

設(shè)計采用調(diào)整鋼梁接縫寬度來實際鋼梁壓縮量的補(bǔ)償,中跨壓縮量設(shè)計的理論壓縮量為7 mm。經(jīng)監(jiān)控單位根據(jù)實測索力,并比對現(xiàn)場實際線形,通過模型計算(按成橋索力),中跨壓縮量為76.2 mm。根據(jù)實測逐個梁段加工長度以及梁段間接縫寬值,計算出理論梁長,再通過精確測量,得出實際梁長,兩者數(shù)據(jù)差則為實測壓縮量。為保證數(shù)據(jù)對比環(huán)境條件相同,測量時間選擇在與合龍溫度大致相同的時間進(jìn)行,最后對加工梁長(15℃)進(jìn)行溫度修正,得出現(xiàn)場實測壓縮量為81 mm。

(3)合龍口分析

設(shè)計合龍口寬度如見圖4(a),合龍口觀測寬度見圖4(b)。根據(jù)實測合龍口寬度與設(shè)計合龍口寬度對比,兩者相差約22 mm。

圖4　中跨合龍口寬度

(4)主梁合龍口線形調(diào)整

為確保中跨合龍口附近梁段的相對幾何關(guān)系,滿足合龍梁段附近梁段線形相對偏差控制在mm以內(nèi)的要求,通過局部14#拉索索力部分調(diào)整(由于線形控制很好,本橋索力調(diào)整量很小),中跨合龍段附近梁段線形見圖5(圖中數(shù)值為與設(shè)計成橋標(biāo)高的差值,單位為mm)。

圖5　中跨合龍前主梁線形

(5)合龍段安裝

在早晨氣溫較低時吊裝合龍段兩根主梁,與2號主塔側(cè)13號鋼梁高強(qiáng)螺栓連接,見圖6。

圖6　中跨合龍

4　施工控制效果

河口大橋雖然經(jīng)歷冬季施工和冬季最低溫度期間的合龍,但由于在監(jiān)控指令中準(zhǔn)確考慮了低溫等各種影響因素,加上冬季施工措施得當(dāng)、合龍口參數(shù)估計精確,河口結(jié)合梁斜拉橋在低溫條件下合龍非常順利。2015年4月(全面鋪裝前)在正常溫度后對橋梁的線形、索力、應(yīng)力進(jìn)行了全面測試,表明結(jié)構(gòu)處于十分理想的受力和線形狀態(tài):索力最大誤差為7%,標(biāo)高最大誤差為3.7 cm。二次調(diào)索后主梁的報告誤差曲線見圖7。

圖7　索力調(diào)整后主梁的標(biāo)高差異曲線

5　結(jié)語

本文以蘭永一級公路河口特大橋為工程背景,對結(jié)合梁斜拉橋低溫施工技術(shù)及冬季施工時的過程控制進(jìn)行了研究,得到以下主要結(jié)論:

(1)結(jié)合梁斜拉橋的施工監(jiān)控十分主要,只有在施工過程中準(zhǔn)確控制了主梁線形、橋塔偏位和索力(包括應(yīng)力),其它后續(xù)施工才能更好地進(jìn)行。特別是冬季低溫施工過程中,邊跨合龍(包括輔助墩影響)后,由于對于橋塔兩側(cè)結(jié)構(gòu)邊界的不對稱,溫度對中跨側(cè)標(biāo)高的影響非常大,應(yīng)在施工控制中額外重視;

(2)應(yīng)建立低溫條件下橋面板混凝土濕接縫的溫度控制和質(zhì)量保證體系;

(3)應(yīng)對低溫條件下鋼梁合龍段下料長度和切口角度進(jìn)行精確估算;

(4)邊跨合龍后,在低溫條件下邊跨最后一根索的安裝會比較困難,因此在計算最后一根斜拉索無應(yīng)力長度時應(yīng)考慮低溫影響。

「1] 徐君蘭.大跨度橋梁施工控制「M].北京:人民交通出版社，2000.

「2] 向中富.橋梁施工控制技術(shù)「M].北京:人民交通出版社，2001.

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U445.4

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1009-7716(2015)12-0101-03

2015-08-10

蔣小奎(1969-),男,甘肅甘谷人,高級工程師,從事公路建設(shè)項目管理工作。