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        平衡支架法在V型墩斜腿施工中的應(yīng)用

        2019-10-22 10:45:02陳焰焰
        關(guān)鍵詞:混凝土施工

        陳焰焰

        中鐵四院集團西南勘察設(shè)計有限公司 云南 昆明 650000

        0.前言

        V型墩是一種支承連續(xù)梁的倒三角形空心剛構(gòu)橋墩形式,倒三角形區(qū)域稱為V型區(qū),主要由V肢與頂部梁段(也稱蓋梁)兩部分組成,由于設(shè)置斜向V肢,有效減少主梁的計算跨徑,大幅度減少支撐位置負(fù)彎矩,從而提高橋梁的跨越能力,同時橋梁結(jié)構(gòu)線條流暢、輕盈美觀,是大跨度連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)的一種重要類型。但V型墩存在大偏心受力,結(jié)構(gòu)超靜定次數(shù)比較多,其施工技術(shù)難度大。

        1.工程背景

        研究對象主橋采用(40+60+40)m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面V型墩剛構(gòu)橋,單幅橋?qū)?3.99m,主墩豎直中心線分別成40°傾斜,形成V型構(gòu)造。V墩一般構(gòu)造圖如圖1所示。主墩斜腿預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用9-15.2規(guī)格的鋼鉸線束及OVM錨固體系,鋼絞線抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值1860MPa。

        圖1 V墩一般構(gòu)造圖(單位:cm)

        2. V型墩施工中的技術(shù)難點

        (1)施工期間,V墩兩斜腿與其頂部梁段未形成倒三角形結(jié)構(gòu)之前,在混凝土結(jié)構(gòu)自重作用下,斜腿將承受很大的水平力,如何克服水平力,確保澆筑過程中斜腿混凝土不開裂是V型墩施工的難點。

        (2)如何精準(zhǔn)的測定斜腿施工過程中的變形,確保其頂部梁段線性可控。

        (3)選擇合理的V墩施工支架支撐體系,確保施工安全。

        3. V型墩斜腿施工研究

        縱觀已建成的V型墩連續(xù)剛構(gòu)橋,V型斜腿施工大體采用三種方法:平衡支架法(斜腿外部)、內(nèi)平衡塔架法(斜腿內(nèi)部)、勁性骨架法、支架+臨時預(yù)應(yīng)力拉桿組合法等。查閱國內(nèi)文獻,類比同類橋型施工技術(shù),結(jié)合本橋自身特點,本研究對象V墩采用勁性骨架+T形平衡架+臨時預(yù)應(yīng)力拉桿施工。根據(jù)施工順序,V腿結(jié)構(gòu)將形成兩階段體系:(1)萬能桿件平衡架+勁性骨架+型鋼拉桿結(jié)構(gòu)體系;(2)斜腿鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)+臨時預(yù)應(yīng)力拉桿體系。

        3.1 萬能桿件平衡架+勁性骨架+型鋼拉桿結(jié)構(gòu)體系

        為解決兩斜肢未形成倒三角形之前,確保澆筑混凝土過程中斜肢根部內(nèi)側(cè)混凝土不開裂,考慮斜腿施工方便,采用勁性骨架+萬能桿件平衡架+型鋼拉桿的支撐體系。在澆筑墩座混凝土?xí)r,因斜腿永久預(yù)應(yīng)力采用單端張拉,需在墩座上預(yù)留固定端錨具,同時,平衡架及桁架梁需在墩座上預(yù)埋支撐鋼板。

        3.1.1 萬能桿件平衡架施工

        本階段體系施工如下:1)在墩座上安裝萬能桿件T形平衡架,在地面組裝斜腿外側(cè)桁架梁;2)T形支架桿件與外側(cè)桁架梁桿件之間采用φ32精軋螺紋鋼拉桿連接,桁架梁內(nèi)側(cè)與外側(cè)之間設(shè)置鋼背梁;3)斜腿外側(cè)桁架梁上、下端采用斜腿根部φ28拉桿固定。連接桁架梁橫向聯(lián)系。如圖2所示。

        圖2 斜腿施工支撐體系示意

        圖3 勁性骨架立面布置圖

        3.1.2 勁性骨架

        (1)勁性骨架設(shè)計

        V型墩采用工字鋼外包混凝土的鋼骨混凝土永久結(jié)構(gòu),設(shè)計時根據(jù)V腿處的受力情況估算用鋼量,然后選擇工字鋼型號進行設(shè)計,骨架均采用Q235B 鋼材,斜腿截面內(nèi)、外側(cè)各布置一排20a工字鋼,每排8根,橫向間距不小于80cm,以斜腿中心對稱,邊跨側(cè)與中跨側(cè)斜腿錯開布置,內(nèi)外側(cè)20a工字鋼之間每隔150cm采用14工字鋼焊接相連形成骨架,為保證足夠的錨固長度,20a工字鋼埋入墩座長度大于3m。鋼結(jié)構(gòu)采用角焊縫,滿足一級焊縫要求。骨架若與斜腿內(nèi)外側(cè)普通受力鋼筋位置沖突,適當(dāng)調(diào)整骨架位置。V型斜腿勁性骨架的立面布置見圖3。

        (2)勁性骨架施工

        根據(jù)受力要求,勁性骨架需埋入墩座內(nèi)大于3m,以及斜腿永久預(yù)應(yīng)力采用一端張拉,故墩座混凝土需分兩次澆筑:先澆筑墩座混凝土至2.9m高度,然后再安裝墩座內(nèi)預(yù)應(yīng)力錨具、管道、鋼絞線、預(yù)埋勁性骨架及普通鋼筋,最后澆筑混凝土至墩座頂。

        勁性骨架與水平方向有大交角,施工時應(yīng)結(jié)合施工圖精準(zhǔn)定位,以滿足鋼結(jié)構(gòu)至混凝土最外側(cè)邊緣的的保護層厚度要求。勁性骨架安裝時,應(yīng)將斜腿軸向預(yù)應(yīng)力鋼束豎起,逐束將外套管安裝好,用軟纖維將其臨時靠牢,待斜腿勁性骨架安裝完畢,再在勁性骨架上,按每0.5m一道安裝鋼束定位網(wǎng),將鋼束固定在勁性骨架上鋼筋及鋼絞線依靠勁性骨架定位并固定;焊接骨架完畢后,安裝斜腿內(nèi)外側(cè)模板、鋼拉桿;再澆筑兩斜腿混凝土,為了保證V腿勁性骨架的穩(wěn)定,防止位移,澆筑中要對稱進行,對稱澆筑斜腿混凝土,澆灌速度要穩(wěn)中求快,澆筑高度差不大于50cm。待混凝土達到一定強度后,鑿毛沖洗接茬混凝土,清理外側(cè)模板上的雜物。澆筑過程中,密切關(guān)注外側(cè)桁架梁是否變形,并準(zhǔn)確預(yù)留出臨時預(yù)應(yīng)力拉桿孔道位置,兩斜腿相對孔道軸線要一致,保證預(yù)應(yīng)力鋼束張拉。

        為保證加工精度,勁性骨架在引橋側(cè)工場內(nèi)地模上成片制造,分片運送現(xiàn)場安裝,為保證勁性骨架的穩(wěn)定,勁性骨架對稱安裝好后,臨時利用倒鏈及鋼絲繩調(diào)整勁性骨架位置并固定,消除安裝過程中的骨架變形影響。V墩頂部梁段底板勁性骨架同斜腿頂部的勁性骨架相連接時,將兩者拉緊焊接,以消除V墩頂部梁段底板的勁性骨架的變形,以防止斜腿向外變形。

        3.2 斜腿鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)+臨時預(yù)應(yīng)力拉桿體系

        結(jié)合約束邊界條件,根據(jù)受力分析,在兩斜腿混凝土澆筑完畢后墩頂梁段施工前,斜腿受自身重力影響,混凝土底部受拉。為了保證斜腿底部混凝土不被拉裂,在斜腿頂部附近張拉水平臨時預(yù)應(yīng)力拉桿。臨時預(yù)應(yīng)力張拉完畢后,即可形成臨時的倒三角結(jié)構(gòu)平衡體系,此時,可拆除斜腿模板、外側(cè)桁架梁。

        3.2.1 臨時預(yù)應(yīng)力拉桿計算

        V腿拆模后為懸臂結(jié)構(gòu),設(shè)置臨時預(yù)應(yīng)力拉桿是確保在斜腿在自重作用下頂部之間無相對位移;在自重作用下斜腿頂部撓度方程為(3.3-1),臨時預(yù)應(yīng)力拉桿束力為集中荷載,斜腿頂部撓度方程為(3.3-2)。由3.3-3可知,即斜腿頂部無位移,也就保證了兩斜腿頂端之間無相對位移??紤]1.1倍安全系數(shù),計算得張拉力為900KN(E為混凝土彈性模量,I為斜腿截面慣性矩,q為斜腿自重均布荷載,L為斜腿斜長,G為斜腿自重,為斜腿與豎向夾角,P為張拉力)。

        3.2 .2臨時預(yù)應(yīng)力拉桿設(shè)計

        因兩側(cè)斜腿跨度不大,臨時預(yù)應(yīng)力采用4根φL25精軋螺紋粗鋼筋,管道用預(yù)埋鐵皮管成孔,根據(jù)計算,臨時預(yù)應(yīng)力距V型墩頂部箱梁底板底1.55m可滿足受力要求,橫向間距2m,立面布置圖如圖4所示。待混凝土強度達到設(shè)計強度的90%后,張拉臨時預(yù)應(yīng)力,張拉力大小按3.2.1章節(jié)計算,并考慮1.1倍的安全系數(shù)。張拉前核實錨墊板與孔道中心線是否垂直。張拉時臨時預(yù)應(yīng)力采用單頭張拉,對稱張拉到位,每斜腿兩兩對稱,邊跨側(cè)和中跨側(cè)各張拉兩根,張拉力為每根22.5t。事先預(yù)埋應(yīng)力、變形監(jiān)測點,張拉時監(jiān)測斜腿應(yīng)力及變形情況,斜腿根部截面混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力,頂端水平位移控制在3mm以內(nèi)。

        3.3 斜腿施工工藝

        (1)墩座分兩次澆筑,先澆筑墩座混凝土至2.9m高度,然后預(yù)埋斜腿永久預(yù)應(yīng)力預(yù)應(yīng)力錨具、管道、鋼絞線、預(yù)埋勁性骨架及普通鋼筋等。勁性骨架在引橋側(cè)工場內(nèi)地模上成片制造,分片運送現(xiàn)場安裝,為保證勁性骨架的穩(wěn)定,勁性骨架對稱安裝好后,臨時利用倒鏈及鋼絲繩調(diào)整勁性骨架位置并固定。套裝預(yù)應(yīng)力鋼束的管道為φ內(nèi)80高頻焊管,接頭為大一號鋼管長250mm套接,一頭先電焊好,套入另一頭用膠布封閉,可減少焊接,高頻焊管的施工長度,以施工方便為度;(2)在墩座上拼裝萬能桿件平衡架,電焊安裝在墩座預(yù)埋鐵板上,并與V腿勁性骨架用鋼拉桿相連接,保證勁性骨架平衡、穩(wěn)定、定位準(zhǔn)確、并承受施工荷載。斜腿施工完成后,也作為V腿頂部箱梁的混凝土灌注支架;(3)綁扎鋼筋,V腿鋼筋主筋Ф28,上端伸入箱梁和下端伸入墩座長度滿足錨固長度要求,主筋采用等強直螺紋套筒連接,箍筋和分布筋則采用綁扎搭接;預(yù)埋預(yù)應(yīng)力臨時拉桿孔道,勁性骨架電焊安裝過程中,采用軟纖維將預(yù)應(yīng)力鋼束懸空,防止鋼束碰撞打火,影響張拉;(4)安裝斜肢外側(cè)鋼膜及桁架梁,通過φ32精軋螺紋拉桿與內(nèi)側(cè)T形平衡架固定,內(nèi)側(cè)模采用竹膠板,內(nèi)外側(cè)采用φ28拉桿固定。至此,形成萬能桿件平衡架+勁性骨架+型鋼拉桿結(jié)構(gòu)體系;(5)內(nèi)側(cè)模板,由于斜腿呈40°傾角,內(nèi)部空間有限,導(dǎo)致砼灌筑振搗困難,故采用分塊安裝內(nèi)側(cè)模。內(nèi)模板采用竹膠板加方木肋預(yù)制成塊。模板寬度以竹膠板長度一般不大于2.5米為宜。邊灌注邊安裝內(nèi)模板便于觀察和振搗,防止離析,以保證砼的灌注質(zhì)量。對稱澆筑兩斜腿,以確保平衡架的穩(wěn)定,澆灌速度要穩(wěn)中求快,澆筑高度差不大于50cm。(6)斜腿混凝土達到設(shè)計強度后,拆除臨時水平預(yù)應(yīng)力拉桿以下的模板,安裝水平預(yù)應(yīng)力拉桿,并將錨具帶緊,對稱張拉水平預(yù)應(yīng)力拉桿到位,拆除斜腿模板及外側(cè)桁架梁,從而形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)+水平預(yù)應(yīng)力拉桿體系。

        4. 施工監(jiān)測

        在施工過程中,為防止斜腿根部內(nèi)側(cè)混凝土開裂,需要對其主要受力構(gòu)件進行跟蹤監(jiān)測。監(jiān)測對象主要為勁性骨架、預(yù)應(yīng)力拉桿及斜腿混凝土,其中由于勁性骨架受力時間短,僅在澆筑混凝土前后進行變形監(jiān)測;預(yù)應(yīng)力拉桿變形量小,僅進行應(yīng)力監(jiān)測;斜腿根部與墩座結(jié)合部是受力關(guān)鍵截面,應(yīng)設(shè)置應(yīng)力監(jiān)測點。施工過程中斜腿線形變化隨時觀測并記錄,發(fā)現(xiàn)異常情況,立即停止施工,查明原因分析后再根據(jù)處理措施恢復(fù)施工。

        施工過程中斜腿根部的應(yīng)力增量控制在0.1MPa以內(nèi);臨時預(yù)應(yīng)力張拉施工,觀測斜腿頂端水平位移,控制在為3mm以內(nèi),必要中調(diào)整臨時預(yù)應(yīng)力張拉順序及張拉力;混凝土澆筑時對稱進行,確保平衡支架整體不會產(chǎn)生過大的偏心距。

        5. 結(jié)論

        (1)平衡支架法內(nèi)支撐穩(wěn)定、輕便、且施工過程中受力明確;斜腿施工完成后,也可作為V腿頂部箱梁的混凝土灌注支架;

        (2)勁性骨架剛度大,容易定位,斜腿外側(cè)鋼膜無需任何外支撐。

        (3)臨時預(yù)應(yīng)力張拉可控制斜腿頂端水平位移,斜腿根部截面混凝土不開裂。

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