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        大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋合龍施工技術(shù)

        2016-11-14 02:05:16羅道銀
        北方交通 2016年1期
        關(guān)鍵詞:橋梁混凝土施工

        羅道銀

        (核工業(yè)華南建設(shè)工程集團公司 廣州市 512026)

        大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋合龍施工技術(shù)

        羅道銀

        (核工業(yè)華南建設(shè)工程集團公司廣州市512026)

        主要針對大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋合龍的施工技術(shù)展開了探討,通過結(jié)合具體的工程實例,對合龍頂推作了系統(tǒng)的研究,并給出了一系列相應有效的合龍施工技術(shù),以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

        大跨度;預應力混凝土;連續(xù)剛構(gòu)橋;合龍;施工技術(shù)

        所謂的合龍,是指修筑堤壩或橋梁時從兩端開始施工,最后在中間接合的結(jié)構(gòu),亦稱“合龍門”。合龍結(jié)構(gòu)對整個橋梁工程的施工有著關(guān)鍵的影響意義,因此,我們需要采取有效的技術(shù)進行施工,以確保合龍結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量?;诖?,本文就大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋合龍的施工技術(shù)進行了探討,相信對有關(guān)方面的需要能有一定的幫助。

        圖1是某大橋的跨徑布置示意圖,如圖所示大橋的跨徑布置是:82.50m+90m+220m+82.5m,這是一座5跨空腹式連續(xù)剛構(gòu)橋。整個大橋由五個合龍段組成,分別是:兩個邊跨、2個次邊跨以及一個中跨。大橋的合龍段箱梁長度均為2m,而箱梁高為4.5m,箱梁的底板寬和頂板寬分別為6.5m、10.5m,箱梁的腹板厚和底板厚分別為0.25m、0.32m,箱梁的頂板和翼板厚度區(qū)間是[0.2,0.65]m,兩個邊跨的混凝土重量分別為51t,混凝土量則為19.51m3;而次邊跨與中跨的混凝土重量均為72t,混凝土量是27.83m3。

        由于大橋的跨度比較大,施工工序很復雜且合龍口較多,當受到合龍溫度與主梁徐變的影響時,各個主墩將會發(fā)生縱向偏移,合龍段也會因為溫度的影響而受力不均,針對這種情況必須采用頂推與合龍鎖定等措施來確保大橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

        1 合龍頂推的作用

        大橋的中跨(即主跨)寬為290m,圖1中⑥~⑨編號的主墩高度分別為74m、123m、176m、68m,混凝土的收縮程度、徐變情況以及合龍溫度都將對大橋結(jié)構(gòu)墩頂?shù)暮笃谖恢闷飘a(chǎn)生較大的影響。設(shè)計溫度與合龍溫度之間存在溫度差,溫度效應與徐變效應將會導致梁體發(fā)生收縮、變形的現(xiàn)象,從而引起墩柱頂部產(chǎn)生縱向偏移,此時,主墩處于受力不均的狀態(tài),將會嚴重影響橋梁的外觀線形與橋梁的正常運用[1]。為了讓橋梁避免這一因素的影響,可以在進行大橋合龍的過程中,在合龍口位置施加反向頂推力,使得主墩在反向頂推力的作用下,改善橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。

        1.1關(guān)于頂推量的合理確定

        大橋頂推量主要由合龍溫度、混凝土收縮程度以及徐變對主墩縱向偏位影響的計算結(jié)果來確定。所以,應該分析溫度因素對大橋的影響情況。

        1.1.1合龍溫度對主墩偏位的影響

        在進行大橋合龍時,由于橋址溫度和設(shè)計溫度之間存在溫度差,這種溫差效應將會導致主墩位置發(fā)生偏移。根據(jù)大橋的施工工序,再使用MIDAS軟件計算分析主墩在不同合龍溫差下發(fā)生的位移變化量,具體計算結(jié)果如圖2所示。

        根據(jù)上述計算結(jié)果可得,各個主墩偏位程度和溫差變化是正比關(guān)系,主墩因受溫差效應的影響,⑥~⑨編號的主墩頂部偏位和合龍溫差之間的關(guān)系分別是,3.66mm/℃、1.49mm/℃、1.33mm/℃、3.49mm/℃。

        1.1.2混凝土收縮、徐變對主墩偏位的影響

        橋梁在完成合龍工序之后,因為主梁的混凝土發(fā)生收縮和徐變,這將導致主梁豎向或縱向偏移,從而致使主墩的位置發(fā)生偏移。根據(jù)施工規(guī)范的有關(guān)規(guī)定,采用MIDAS軟件來建立大橋施工階段至成橋階段的三維模型,計算橋梁在累計受力狀態(tài)下對橋梁運營階段的混凝土收縮、徐變所導致的主墩位置偏移的變化量,具體計算結(jié)果圖3所示。

        由上述計算結(jié)果可得,在橋梁成橋10年后,⑥~⑨編號的主墩頂部因為主梁混凝土的收縮、徐變所發(fā)生的偏位分別是80mm、32mm、28mm、76mm,其中,兩個次邊墩的偏移幅度較大,而主墩在兩個次邊跨與中跨同時發(fā)生收縮的影響下,位移方向是相反的,所以水平偏移的幅度相對來說比次邊跨略小。

        1.1.3關(guān)于頂推量的確定

        本文所列舉的大橋中跨和次邊跨完成合龍的時間是2013年5月,據(jù)多次測量,橋址的夜間溫度基本維持在19℃,合龍段的鎖定是在夜間溫度穩(wěn)定時段實施的,不必考慮白天日照因素對主墩偏位的影響[2]。所以,頂推量就以成橋10年后的主墩頂部偏位作為基準,再根據(jù)溫差影響變化量來修正,⑥~⑨編號主墩的頂推量分別確定為:75.5mm、30.5mm、26.7mm、72.5mm。

        1.2關(guān)于頂推力的合理確定

        1.2.1頂推力對主墩偏位的影響

        大橋的頂推過程分為中邊跨頂推與次邊跨頂推,兩個次邊跨頂推對各個主墩的影響是有差異的,在施工中為了合理分配次邊跨和中跨的頂推力,分別分析對兩者的頂推力與各個主墩頂部偏位的關(guān)系,具體如圖4所示。

        根據(jù)圖4可知,兩個次邊跨在合龍時,⑥~⑨編號主墩的頂推力與各主墩偏位關(guān)系分別如下:-0.039mm/kN、0.032mm/kN、0.05mm/kN、-0.033mm/kN。而中跨進行合龍時,⑥~⑨編號主墩的頂推力與各主墩偏位關(guān)系分別如下:-0.015mm/kN,-0.016mm/kN,-0.017mm/kN,-0.016mm/kN。

        1.2.2關(guān)于頂推力的確定

        大橋總共有五個合龍口,其中有三個需要實施頂推力作用,⑥~⑦、⑦~⑧、⑧~⑨編號的主墩間依次是F1~F3。根據(jù)主墩頂推力與各個主墩頂部偏位的關(guān)系,同時考慮各主墩的高度、剛度以及主墩偏位的受力情況,基本可以確定F1~F3依次是1000kN、3300kN、900kN。預測運營 10年后墩頂?shù)钠瞥潭热绫?所示。

        表1 預測運營10年后墩頂?shù)钠瞥潭龋╩m)

        由表1可知,在三個合龍口處實施頂推力作業(yè)基本上可以消除大橋在成橋后的10年間由于主梁混凝土的收縮、徐變影響所導致的主墩偏位,達到優(yōu)化主墩結(jié)構(gòu)受力的目的。

        2 合龍技術(shù)的概述

        2.1合龍配重的具體措施

        所謂的合龍配重措施,主要是指在合龍段澆注過程中同時卸載等量合龍配重,使得合龍口在施工過程中得以保持高穩(wěn)定性的狀態(tài),以確保合龍混凝土在整個澆注過程中不受干擾,從而保證合龍能夠高質(zhì)量完成。合龍配重的實施還需考慮大橋主墩的受力能力,主要由主墩的彎矩平衡與混凝土重量來確定。

        在進行各邊跨的合龍時,主墩的配重位置與主墩荷載情況如圖5所示。在各跨合龍時,懸臂前端的配重是整個合龍段混凝土重量的50%,而另一懸臂前端的配重則為合龍段重量與吊架重量之和的50%。各邊跨的合龍過程中,配重位置是⑥、⑨號主墩的懸臂前端,邊跨和次邊跨的側(cè)配重分別是25.5t、35.5t(25.5t+10t);在進行次邊跨合龍時,合龍口兩端分別配重36t,而邊跨中側(cè)則配重46t;在進行中跨合龍時,合龍口兩端分別配重36t。在合龍進行澆注的過程中,同時卸載等量的合龍口兩端懸臂前端配重,而另外一側(cè)的懸臂配重則不變,確保合龍口在整個合龍過程中保持高度穩(wěn)定性[3]。

        2.2合龍頂推與鎖定措施的實施

        合龍頂推的作用是抵消合龍溫差、合龍段混凝土收縮、徐變導致的主墩偏位的重要施工環(huán)節(jié),需要確保計算精準。按照大橋的合龍工序來看,完成配重作業(yè)后,便可實施頂推作業(yè)。據(jù)頂推調(diào)研發(fā)現(xiàn),3跨橋的每跨頂推力為900kN、3300kN、1000kN,頂推位置分布在箱梁頂板和箱梁腹板兩者的交匯處,合龍頂推作業(yè)主要按四個級別來進行,分別是:20%、50%、80%、100%,在兩T構(gòu)施加的頂推力應均勻且對稱,以保證箱梁不發(fā)生扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

        大橋完成合龍后,橋梁結(jié)構(gòu)從靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成多次超靜定結(jié)構(gòu),溫差效應將會導致橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生對新澆筑完成的混凝土受力造成不利影響的次內(nèi)力,此時應根據(jù)抵抗熱脹與收縮力原則在合龍口處進行剛性支撐的設(shè)置[4]。合龍過程應在夜間溫度較穩(wěn)定的時段進行,不考慮白天主要是因為白天溫差大,導致橋梁結(jié)構(gòu)受力也隨之加大。大橋完成合龍時的日溫差大約為12℃,合龍口同時采用內(nèi)剛性與外剛性支撐來加強,通過在溫差效應影響下的計算結(jié)果,箱梁的頂板、底板面分別鋪設(shè)兩根2I40a的外剛性支撐進行加強,總共鋪設(shè)點有四處;內(nèi)剛性支撐主要鋪設(shè)在腹板的上、中、下三段與頂板內(nèi)倒角上方總共八處。在完成橋梁的頂推實施后,利用千斤頂來保持橋梁的荷載不變,再對剛性支撐實施,焊縫的長度≥0.6m。合龍口剛性支撐與頂推力詳細情況如圖6所示。

        2.3合龍施工的順序

        根據(jù)前面的研究可知,大橋采用吊架來對全橋進行合龍施工,依次按邊跨、次邊跨、中跨的順序?qū)嵤?]。合龍的施工順序按照墩身彎矩與主梁的受力原則來確定,在兼顧合龍段的受力情況下進行施加合龍段配重及剛性鎖定措施。具體施工順序如圖7所示。

        3 結(jié)束語

        總而言之,合龍的施工預示著橋梁結(jié)構(gòu)工程的即將完成,同時它也是橋梁施工的一個重要環(huán)節(jié)。所以,確保合龍施工的質(zhì)量將是從根本上確保了整個橋梁施工的質(zhì)量,對橋梁的正常運營有著極大的影響。我們應該采用科學、有效的技術(shù)做好合龍施工,從而為橋梁的施工提供堅實的質(zhì)量保障。

        [1]張新志,張永水,朱慈祥,黃檢,李旭偉,張玄.預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍段配重方法探討[J].施工技術(shù),2008(2).

        [2]蔣國云.大跨連續(xù)剛構(gòu)橋中跨頂推合龍施工技術(shù)[J].施工技術(shù),2012(5).

        [3]何財基.大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋合龍段頂推施工技術(shù)[J].鐵道建筑,2012(3):20-22.

        [4]李軍,曾一帆,陳輝,等.大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋中跨合龍頂推力研究[J].鐵道科學與工程學報,2015(2):335-341.

        [5] 莊德順,施穎.大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋不同溫度下合龍頂推力[J].公路交通科技(應用技術(shù)版),2014(5).

        Construction Technology for Closure of Large-Span Prestressed Concrete Continuous Rigid Frame Bridge

        LUO Dao-yin

        (Southern China Construction Engineering Group Co.,Ltd.,Guangzhou 512026,China)

        The construction technology for closure of large-span prestressed concrete continuous rigid frame bridge is discussed mainly.In combination with the specific engineering project,the incremental launching of closure is studied systematically,and a series of effective corresponding construction technologies for closure are given,thus providing reference for meeting the requirements of relevant matters.

        Large span;Prestressed concrete;Continuous rigid frame bridge;Closure;Construction technology

        U445

        B

        1673-6052(2016)01-0001-04

        10.15996/j.cnki.bfjt.2016.01.001

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