李承江

（山東高速暢通路橋工程有限公司，山東 高密 261500）

0 引言

相較于普通橋梁，高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋具有顯著優(yōu)勢，該結(jié)構(gòu)能夠使橋梁的上下部共同承擔(dān)使用過程中的荷載，從而使得橋墩頂部負(fù)彎矩能夠有效減少。因此，該橋梁結(jié)構(gòu)的一個顯著優(yōu)勢，就是具有整體性，受力合理，主梁連續(xù)，不會出現(xiàn)伸縮縫，能夠保證行車平穩(wěn)。因此，隨著我國公路橋梁工程建設(shè)快速發(fā)展，高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋應(yīng)用范圍越來越廣泛。但是，當(dāng)前我國橋梁施工中，橋墩高度不斷增加，跨度增大，采用連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工的難度也越來越高，要保證高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋的施工質(zhì)量，保障施工安全，就必須要充分把握工程施工關(guān)鍵技術(shù)[1]。因此，加強(qiáng)對高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋施工技術(shù)的研究，對于提高工程施工質(zhì)量，保障橋梁安全性和穩(wěn)定性，促進(jìn)公路橋梁工程發(fā)展具有重要意義。

1 工程概況

該工程橋址區(qū)位于黃土高原溝壑地貌區(qū)，橋位區(qū)兩岸斜坡上部黃土屬于Ⅲ級自重濕陷性黃土，土層厚度大約為10m。該工程橋梁為雙向四車道，橋面寬度為2組10.75m凈寬加上0.5m防護(hù)欄，再加上2m的分隔帶。大橋全長大約為15000m，主橋梁的結(jié)構(gòu)是（90+250+90）m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁剛構(gòu)，引橋構(gòu)成包括6×50m+10×50m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)“T”梁。主橋橋基為嵌巖樁，直徑為2m，引橋橋基為摩擦樁，直徑為1.5m；主橋橋墩12#-13#為四角是圓形的矩形雙薄壁空心墩，高度最高59m，墩身的縱向?qū)挾仍?.5m，壁厚度為60cm；橫向?qū)挾葹?.5m，壁厚度為80cm，雙肢之間的距離為3.5m。引橋墩高范圍在22m～55m的為薄壁空心墩，20m以下是雙柱式實心方墩。主梁立面圖如圖1所示。

圖1 主梁立面圖

2 主要施工技術(shù)分析

2.1 主墩大體積承臺混凝土功冬季施工技術(shù)

該工程中，主墩承臺的體積較大，12#與13#主墩的承臺體積達(dá)到了850m3，混凝土澆筑要求一次性完成，并且在承臺澆筑時不可以出現(xiàn)裂縫。在大體積混凝土施工過程中，最好發(fā)裂縫主要是溫度裂縫，特別是冬季氣溫較低條件下施工，會進(jìn)一步加大混凝土內(nèi)外溫差，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外拉應(yīng)力增大而產(chǎn)生裂縫。受本項目所在地區(qū)冬季氣溫較低，且早晚溫差較大的影響，主墩大體積承臺混凝土冬季施工難度較高。

該工程中，為了有效控制大體積承臺混凝土施工質(zhì)量，避免裂縫產(chǎn)生，在12#、13#主墩承臺施工中，在保證基本的大體積混凝土冬季施工技術(shù)施工要點的基礎(chǔ)上，同時結(jié)合工程實際情況，確定以下4個施工要點：第一，選用礦渣硅酸鹽水泥，同時根據(jù)混凝土拌合實驗，加入粉煤灰和高效減水劑，等量代替水泥用量，降低混凝土水化熱產(chǎn)生的絕對熱量，同時也減少水泥用量；第二，確定大體積混凝土澆筑方式為分層澆筑，同時根據(jù)實際情況確定澆筑分層厚度，該工程要求控制在25cm～30cm；第三，將混凝土入模溫度控制在一定范圍內(nèi)，一般在5℃左右，并且在內(nèi)部澆筑分層中埋設(shè)冷卻水管，選用冷卻水管直徑為32mm，實時監(jiān)測混凝土內(nèi)部溫度變化情況，調(diào)整水溫和流量，一般水流量應(yīng)當(dāng)在18L/min以上；第四，注意冬季混凝土施工養(yǎng)護(hù)，在其表面覆蓋棉被，外部搭設(shè)保暖溫棚，并通過測點探索，合理布置冷卻水管及測溫點，有效控制混凝土內(nèi)外溫差，避免混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生。

2.2 主墩外翻內(nèi)爬模施工技術(shù)

該工程中，主墩主要采用的是雙薄壁空心墩，以剛接結(jié)構(gòu)將橋梁的主體部分的墩身部分連接。在墩身的定位中，其垂直度和準(zhǔn)確性，是穩(wěn)定大懸臂狀態(tài)下“T”構(gòu)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要前提，也是保證工程順利、安全、精準(zhǔn)施工的關(guān)鍵所在。項目主橋橋墩分別為12#-13#墩，高度為59m，綜合考慮施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全要求，以及場地環(huán)境、橋墩設(shè)計、人員設(shè)備等各方面的影響因素，在高墩模板設(shè)計中確定采取外翻內(nèi)爬模施工技術(shù)方案。模板系統(tǒng)整體構(gòu)成包括外模、內(nèi)模、內(nèi)井架以及相關(guān)輔助設(shè)備。其中，外模共有4個小節(jié)，每個小節(jié)的長度為2m，桁架結(jié)構(gòu)，一次架立完成。

進(jìn)行一次架立，混凝土澆筑后能夠固定好生根節(jié)，并且從底部按照順序逐步向上進(jìn)行翻升。在設(shè)計內(nèi)井架過程中，要可以將其進(jìn)行整體組裝，同時可以利用塔吊，吊裝至與混凝土的高度一致。同時，根據(jù)實際情況，確定已經(jīng)凝結(jié)的混凝土和最新澆筑的混凝土相結(jié)合的要求，對內(nèi)部模板進(jìn)行設(shè)計，當(dāng)混凝土的凝固到一定程度后，可以附著內(nèi)模。借助內(nèi)井架為內(nèi)模提供有效支撐，由于需要綁扎豎向9m主筋，因而在內(nèi)井架上設(shè)置工作臺以便于施工人員操作，內(nèi)井架高度為10.5m。

高墩施工中，要求混凝土外觀良好，并且垂直度達(dá)標(biāo)，在進(jìn)行模板設(shè)計過程中，整體剛度也應(yīng)當(dāng)納入到分析因素中[2]。該工程中，將桁架架設(shè)在模板外側(cè)，并在其周圍利用桁架搭建了施工平臺，同時，每一層的模板都設(shè)置了人梯，方便在施工檢查中上下。對于內(nèi)部和外部的模板加固，均運(yùn)用的是拉筋加固的方式。澆筑施工中，6m、3d循環(huán)一次，每個高墩的日工作進(jìn)尺大約為2m，采用流水作業(yè)方式，加快施工提高效率，并且有效避免了高墩墩身存在施工縫的情況。

2.3 懸臂掛籃施工技術(shù)

工程主梁為90m+250m+90m的連續(xù)剛構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)采用懸臂掛籃施工技術(shù)。掛籃型號選擇過程中，掛籃重量應(yīng)當(dāng)在梁段的混凝土重量的40%上下，通常不能大于70%，并且其總質(zhì)量不能超過1000kN，其他設(shè)計參數(shù)包括最大變形值不能超過20mm，相關(guān)安全系數(shù)均為2。懸臂向量混凝土質(zhì)量最大值，根據(jù)設(shè)計掛籃的相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)，掛籃選型確定為三角掛籃，其相關(guān)參數(shù)指標(biāo)均與設(shè)計要求相符合。三角籃的主桁體系中，主桁片立柱及拉桿等均運(yùn)用的是鋼箱，前上橫梁的主要材料為型鋼，結(jié)構(gòu)型號為雙拼I56a，通過綴板進(jìn)行連接。底藍(lán)組成部分包括了底部模板、吊桿、前下及后下橫梁等，其中，前下橫梁結(jié)構(gòu)也為雙拼，材料型號是I45b型鋼，后下橫梁則與前上橫梁結(jié)構(gòu)及材料型號一致，加厚吊環(huán)肋板，焊接上厚度為2cm的鋼板進(jìn)行加強(qiáng)[3]。底板縱梁應(yīng)用45 a工字鋼條，連接點用鋼板加強(qiáng)，并用鋼帶和φ32mm 精軋螺紋鋼布置吊桿。在進(jìn)行模板系統(tǒng)的設(shè)計過程中，0#塊外模定位在高墩外模上，能夠最大程度發(fā)揮模板的使用效率。在進(jìn)行模板布置時，距離1#段最近的側(cè)模，均將其長度劃定在4.8m，裝上掛籃以后，將外滑梁穿進(jìn)去，然后向前進(jìn)行移動，作為掛籃側(cè)模。用液壓千斤頂拖動掛籃，其型號為60t，在行走時進(jìn)行張拉，使其能夠移動。進(jìn)行掛籃預(yù)壓操作，然后再將鋼筋模板裝上去，最后在定位好預(yù)應(yīng)力掛到后，按照相關(guān)澆筑、張拉、壓漿等工序進(jìn)行懸臂施工。橋梁主墩澆筑的過程中，主要運(yùn)用的是對稱懸臂澆筑法，對單幅橋5跨連續(xù)剛構(gòu)進(jìn)行分段，并且采用T構(gòu)形式進(jìn)行澆筑。澆筑1#段到20#段，然后再運(yùn)用不平衡懸臂澆筑方法，進(jìn)行21#段的施工，這可以將邊跨現(xiàn)澆的距離有效縮短。對于跨中合龍段，則在吊架中進(jìn)行施工。

在邊跨澆筑施工中，綜合運(yùn)用墩頂托架無配重澆筑。在本次施工過程中，原有的邊跨現(xiàn)澆的設(shè)計距離接近9m，合龍段長度在2m，包含這2個部分的整體混凝土體積為106.25m3，2個邊墩的高度分別為48m、36m，地基土質(zhì)為10m層厚的濕陷性黃土。在邊跨現(xiàn)澆段施工中，采用支架方案所需要耗費(fèi)的工程數(shù)量非常大，而且受到現(xiàn)場土壤條件的影響，運(yùn)用支架方案施工還需要處理孔樁，施工周期長且所需要的勞動量較大，對于加快合龍施工，推進(jìn)施工進(jìn)度存在一定的不利影響。采用托架方案則有效降低了勞動強(qiáng)度，并且加快施工，縮短施工周期，大量減少了支架工程的規(guī)模，降低了支架工程數(shù)量投入，減少施工成本。同時，由于懸挑段混凝土方量約在80m3，質(zhì)量約為200t，可以看出懸挑現(xiàn)澆距離較大，上部結(jié)構(gòu)所需要承擔(dān)的荷載可能會導(dǎo)致分隔墩偏心距較大，進(jìn)而引發(fā)傾覆力矩的大幅度上升，所以在實際施工中，應(yīng)當(dāng)在其相反的一側(cè)布置一條張拉索，有效控制荷載，最終增強(qiáng)墩身的穩(wěn)定性。因此，在實際設(shè)計施工中，按照工程實際的邊跨現(xiàn)澆段長度，確定了全橋的合龍采用中跨——次邊跨——邊跨的順序。調(diào)整后，邊跨現(xiàn)澆段長度最大混凝土體積為38m3，邊墩懸挑長度兩側(cè)分別為3.1m、3.3m。根據(jù)調(diào)整后的工程實際情況，采用不平衡懸澆和墩頂托架無配重澆筑施工，托架方案簡單，懸挑長度及重量均在合理范圍內(nèi)，對墩身產(chǎn)生的傾覆力矩也可以有效控制，從而保證施工質(zhì)量。

2.4 主橋合龍段施工技術(shù)

根據(jù)工程實際情況，主橋梁的合龍順序是先中跨再次邊跨最后邊跨，勁性骨架鎖定中跨和邊跨，同時設(shè)置臨時張拉束，中間順序加上合龍頂推，確保在合龍完成后，橋梁整體為線形[4]。

進(jìn)行勁性骨架鎖定。預(yù)先埋設(shè)好勁性骨架，具體在中跨合龍段20#段以及邊跨合龍段21#段底板處，共4處，每處埋設(shè)100cm，外部露出的長度在25cm。施工過程中，鋪設(shè)好底模、側(cè)模就位等工序完成后，將事先埋設(shè)好的勁性骨架用焊接方式連接上合龍段勁性骨架，其中僅用焊接一側(cè)，另外一側(cè)要能夠自由伸縮。需要注意的是，在焊接時間上要根據(jù)現(xiàn)場溫度的適宜性確定。在焊接完工后，將合龍段D1、D2束，邊跨位置的B1、B2束作為臨時張拉束進(jìn)行張拉。

進(jìn)行合龍頂推施工。在實際施工中，由于主墩比較高，澆筑完成合龍段，并且當(dāng)混凝土等強(qiáng)后，需要利用底板張拉束張拉，施工過程中，中跨段混凝土受壓力不斷增大而壓縮，次邊跨主墩頂部也會受到張拉影響，從而發(fā)生水平拉力，墩頂會向中跨段傾斜。這時候，就需要進(jìn)行合龍頂推施工，來保證墩身能夠穩(wěn)定并且垂直，確保主橋合龍質(zhì)量。

在本次施工中，采用千斤頂進(jìn)行頂推施工，設(shè)備共2臺，最大頂推力每臺可達(dá)到90t，頂推位置確定為箱梁頂部和腹板交接點。

合龍頂推力由公式（1）確定。

式中：δ1—成橋累積位移（mm）；δ2—合龍溫差效應(yīng)產(chǎn)生的位移（mm）；δ3—10年收縮徐變效應(yīng)產(chǎn)生的位移（mm）。

3 施工監(jiān)控技術(shù)與結(jié)果分析

3.1 線形監(jiān)控及結(jié)果分析

線形監(jiān)控主要是對主梁高程控制進(jìn)行監(jiān)控，該工程為避免溫差對測量準(zhǔn)確性的影響，選擇在日出前對各節(jié)段橋梁整體線形進(jìn)行檢測，以確保線形準(zhǔn)確和合龍成功。

3.1.1 標(biāo)高測點的布置

0#、1#梁段是連接橋墩與懸臂施工的關(guān)鍵位置，后續(xù)梁段澆筑都以此為基礎(chǔ)，因此，在基準(zhǔn)面標(biāo)高測點布置上，以0#、1#梁段的標(biāo)高為基準(zhǔn)點。該工程中，0#、1#塊共布置測點共有9個（如圖2（a）測點分布）；懸臂節(jié)段標(biāo)高測點布置中，通常在梁頂面布置3個測點，分別位于梁頂面軸線位置及對稱兩側(cè)翼緣板（如圖2（b）測點分布），以更好地檢測軸線變形情況，以及箱梁扭轉(zhuǎn)變形情況[5]。標(biāo)高測點布置圖如圖2所示。

圖2 標(biāo)高測點布置圖

3.1.2 線形監(jiān)測結(jié)果分析

為避免混凝土梁受引力、預(yù)應(yīng)力損失等因素影響而導(dǎo)致下沉的現(xiàn)象發(fā)生，在確定梁段立模標(biāo)高時，需要充分考慮下沉因素，確保結(jié)構(gòu)澆筑完成后符合高程要求。立模標(biāo)高如公式（2）所示。

式中：Hsji—i節(jié)段設(shè)計高程；Hygd—i節(jié)段施工預(yù)拱度；fgl—掛籃變形值。

預(yù)計標(biāo)高如公式（3）所示。

式中：fi—下?lián)现怠?/p>

本次標(biāo)高檢測結(jié)果選取12#墩橋梁節(jié)段進(jìn)行分析，施工段合龍后各個梁段標(biāo)高控制結(jié)果顯示，實測值與設(shè)計標(biāo)高存在的差值范圍在0.003m～0.015m，實測值與預(yù)測標(biāo)高差值范圍在0.002m～0.009m。結(jié)果表明，實測值均高于設(shè)計與預(yù)測標(biāo)高，但最終的差值范圍并為超出相關(guān)規(guī)范，證明橋梁成功合龍，且效果達(dá)到預(yù)期。

3.2 應(yīng)力監(jiān)控及結(jié)果分析

應(yīng)力監(jiān)控是確保施工安全的必要措施，當(dāng)應(yīng)力實測值與設(shè)計理論值差別過大時，則需要立即停止施工查找原因。該工程在懸臂施工各個節(jié)段進(jìn)行應(yīng)力測點監(jiān)控。

3.2.1 應(yīng)力監(jiān)測點布置

測點布置在主要控制截面，以確保監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確反映出橋梁受力情況。應(yīng)力測面布置在懸臂根部、中跨合龍段、邊跨合龍段、主墩底部與頂部截面改變位置等。不同位置測點數(shù)量不同，主梁斷面布置4個測點，并設(shè)置傳感器，一般分別布置在四邊角點；主墩斷面布置6個側(cè)面并設(shè)置傳感器，對應(yīng)兩側(cè)主墩分別布置3個[6]。

3.2.2 應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果分析

主梁應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果選擇12#墩主梁根部斷面頂板和底板各選擇一個進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，頂板測點應(yīng)力監(jiān)測中，實際值與理論值的誤差不大于0.60MPa；底板測點應(yīng)力監(jiān)測中，實際值與理論值的誤差不大于0.26MPa。應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果顯示誤差控制均在規(guī)定范圍之內(nèi)，符合施工要求，表明懸臂施工整體過程安全，施工技術(shù)應(yīng)用效果良好。

4 結(jié)語

在公路橋梁施工中，隨著施工環(huán)境越來越復(fù)雜，高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋表現(xiàn)出較高的應(yīng)用優(yōu)勢，其結(jié)構(gòu)整體性良好，橋梁結(jié)構(gòu)受力合理，抗震能力較強(qiáng)，且主梁連續(xù)性無伸縮縫，有效保證了行車平穩(wěn)。本次研究對處于自重濕陷性黃土區(qū)域的高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋施工進(jìn)行了分析，受地質(zhì)條件影響，工程施工面臨較大的技術(shù)困難。在實際施工中，通過運(yùn)用主墩大體積承臺混凝土冬季施工、主墩外翻內(nèi)爬模、懸臂掛籃等主要施工技術(shù)，達(dá)到了預(yù)期的施工目標(biāo)，橋梁成功合龍，并且施工過程表現(xiàn)出良好的安全性和穩(wěn)定性，可作為施工參考。