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        大跨徑鋼混疊合梁斜拉橋三節(jié)段安裝施工技術(shù)要點(diǎn)

        2022-05-24 02:19:26殷緒敏
        關(guān)鍵詞:索力合龍拉索

        殷緒敏

        (中交二航局第四工程有限公司,安徽蕪湖241000)

        1 相思洲大橋主橋

        平南相思洲大橋是荔浦至玉林市高速路上的一座特大橋。該橋是荔玉高速路的關(guān)鍵工程。大橋北岸為平南縣思界鄉(xiāng),南岸為桂平市木圭鎮(zhèn)。主橋?yàn)殡p塔雙索面半漂浮體系斜拉橋,跨徑為40 m+170 m+450 m+170 m+40 m。主跨450 m,邊跨170 m。

        2 工程特點(diǎn)

        斜拉橋是一種結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜的橋梁,雖然采用鋼混疊合梁降低了橋梁造價(jià),但對于現(xiàn)場施工控制帶來了更多的挑戰(zhàn)。相思洲大橋?yàn)閺V西在建最大跨徑斜拉橋,2019年新冠肺炎疫情對前期索塔施工造成了一定的影響,作為兩岸人民期盼已久的跨江通道,項(xiàng)目通車工期未受任何外來因素干擾。

        相思洲大橋位于潯江平南段,該段河流受當(dāng)?shù)赜昙居绊懀樗q暴跌,最大水位變化達(dá)到13 m,洪水期具有不固定和不可預(yù)見性,作為荔浦至玉林高速公路的控制性工程,該情況對項(xiàng)目的順利通車帶來了極大的不確定性。

        3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

        相思洲大橋主梁采用分離式雙箱組合結(jié)構(gòu)鋼混疊合梁,主梁的標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖1所示。橫斷面布置為1.5 m(拉索區(qū))+2.25 m(人行道)+12 m(行車道)+2 m(中央分隔帶)+12 m(行車道)+2.25 m(人行道)+1.5 m(拉索區(qū)),箱梁總寬度為33.5 m,主梁頂面設(shè)置2%雙向橫坡,底板不設(shè)橫坡。主跨中心位置標(biāo)準(zhǔn)高度為3.5 m。單個(gè)邊箱梁的腹板到中腹板間距為8.6 m,中腹板橫向間距為15.3 m。分離式邊箱之間通過工字形橫隔板和混凝土橋面板連接,橫隔板的縱向標(biāo)準(zhǔn)間距為3.6 m。

        圖1 主梁標(biāo)準(zhǔn)斷面圖(單位:cm)

        主梁根據(jù)不同的位置共劃分為15種節(jié)段類型(A~J),全橋共89個(gè)疊合梁節(jié)段。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長度為10.8 m,合龍節(jié)段長度為7.8 m,標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段單個(gè)梁段吊重為378 t。

        斜拉索為環(huán)氧鍍層無黏結(jié)鋼鉸線,扇形布置,邊跨與中跨各布設(shè)20對拉索。拉索在梁端部用錨板錨固,塔端用鋼錨梁錨固,拉索張拉采用塔端張拉,中跨拉索間距為19×10.8 m,邊跨拉索間距為14×10.8 m+5×7.2 m。

        4 多節(jié)段鋼-混疊合梁安裝施工工藝

        項(xiàng)目施工工藝選擇過程中,采用空間有限元軟件建立精細(xì)化力學(xué)模型對比分析了混凝土橋面板濕接縫滯后1~4段的4種施工工藝對橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程及成橋狀態(tài)的受力影響。結(jié)果表明:隨著滯后梁段的增加,已澆筑梁段的濕接縫會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力超標(biāo),鋼梁頂板壓應(yīng)力隨滯后梁段的增加逐漸增大,為減小濕接縫的拉應(yīng)力,采用增加一張拉索力的措施,進(jìn)而導(dǎo)致拉索應(yīng)力超過規(guī)范要求的安全儲(chǔ)備。綜合考慮工期、應(yīng)力、線形等多種因素,最終選擇三節(jié)段濕接縫整體澆筑工藝,具體如圖2所示。

        圖2 單節(jié)段與三節(jié)段一張拉索力對比圖

        由于該工藝在國內(nèi)應(yīng)用較為少見,對于該工藝的現(xiàn)場落實(shí)以及施工過程中的質(zhì)量控制,主要從以下幾方面進(jìn)行控制。

        4.1 張拉工序選擇

        通過對主梁在濕接縫滯后施工各階段的受力模式進(jìn)行分析,對拉索索力張拉順序及索力值進(jìn)行優(yōu)化:

        1)三節(jié)段疊合梁節(jié)段施工較正常節(jié)段施工對前序已形成組合截面的橋面板上翼緣產(chǎn)生的拉應(yīng)力大大增加,故需對斜拉索一張拉索力進(jìn)行整體優(yōu)化、分析和控制;

        2)3道濕接縫澆筑后,進(jìn)行斜拉索二張拉索力時(shí),小號索張拉會(huì)引起懸臂前端主梁橋面板拉應(yīng)力超標(biāo),需要優(yōu)化張拉順序,具體實(shí)施順序?yàn)椋菏紫?,對n+2的二次張拉使得濕接縫內(nèi)儲(chǔ)備一定的壓應(yīng)力,再對n+1、n號的索力進(jìn)行第二次調(diào)整,使拉索拉力優(yōu)化后能夠滿足施工過程中結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制指標(biāo)和運(yùn)營階段主梁內(nèi)力控制指標(biāo)[1]。

        4.2 合理的拉索張拉力

        利用鋼絞線斜拉索不受錨固長度控制的特性,可以任意設(shè)置一張力,通過對主梁在濕接縫滯后施工各階段的受力模式進(jìn)行分析,對張拉索力值進(jìn)行優(yōu)化:即以n、n+1、n+2三個(gè)節(jié)段作為一個(gè)施工循環(huán),第n~n-1節(jié)段間、n+1~n節(jié)段間、n+2~n+1節(jié)段間接縫澆筑連接前,n、n+1號拉索的索力基本可控制在其成橋索力的90%~110%,n+2號拉索可控制其成橋索力的30%~50%。

        由于在濕接縫澆筑前,n+2號索力較小,為了減小當(dāng)前循環(huán)施工對上一循環(huán)節(jié)段產(chǎn)生過大彎矩,需要將n、n+1號的一張拉索力提高。在濕接縫澆筑后,通過對n+2的二次張拉使得濕接縫內(nèi)儲(chǔ)備合理的壓應(yīng)力,同時(shí)對n、n+1號的索力略做調(diào)整,使拉索拉力優(yōu)化后能夠滿足施工過程及運(yùn)營階段結(jié)構(gòu)應(yīng)力與主梁線形控制指標(biāo)。濕接縫澆筑流程圖如圖3所示。

        圖3 濕接縫澆筑流程圖

        5 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

        5.1 主梁安裝

        相思洲大橋主梁安裝采用支架法+懸臂吊裝施工工藝,針對塔區(qū)和邊跨梁段采用支架法施工,兩個(gè)邊跨輔助墩梁段采用懸臂吊裝法進(jìn)行施工。

        支架區(qū)梁段采用大型浮吊進(jìn)行吊裝作業(yè),依次滑移到設(shè)計(jì)位置。塔區(qū)和邊跨梁段安裝過程中,分別向邊跨預(yù)偏5.3 cm和20 cm。在支架上安裝邊跨梁段時(shí),根據(jù)邊跨合龍工藝,輔助墩安裝標(biāo)高高出設(shè)計(jì)標(biāo)高8 cm,調(diào)整線型。邊跨合龍過程中,通過整體頂推合龍,采用砂箱形強(qiáng)制降低輔助墩墩頂塊高程,實(shí)現(xiàn)該處橋面板混凝土儲(chǔ)備應(yīng)力的增加,解決了斜拉橋施工過程中輔助墩出現(xiàn)的負(fù)彎矩可能引起的橋面板開裂現(xiàn)象[2]。

        相思洲大橋主橋跨中合龍采用無應(yīng)力溫度合龍工藝,在合龍過程中通過對最后一個(gè)循環(huán)施工過程的監(jiān)控,對合龍口在合龍溫度下的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行推算,在合龍前對合龍段進(jìn)行精確切割。合龍段吊裝采用南北主橋橋面吊機(jī)對稱吊裝,此舉極大地避免了單側(cè)配重吊裝過程中出現(xiàn)的不確定性。

        在主梁合龍段吊裝完成,利用馬板固定合龍段后,及時(shí)對稱解除主塔臨時(shí)錨固,使梁段實(shí)現(xiàn)無應(yīng)力焊接,為橋梁的耐久性提供保障。

        5.2 濕接縫澆筑施工

        相思洲大橋主橋濕接縫寬1 m、長33.5 m,從中軸線向兩側(cè)設(shè)置2%橫坡,混凝土采用C55微膨脹混凝土,單條標(biāo)準(zhǔn)濕接縫混凝土方量9.4 m3,一次需要澆筑56.3 m3。由于需要采用三節(jié)段濕接縫混凝土同時(shí)澆筑工藝,須在主梁吊裝過程中同步進(jìn)行鋼筋綁扎和模板安裝施工。為此,項(xiàng)目配備木工班組8個(gè)、電焊工8組進(jìn)行同步作業(yè),以確保在3個(gè)節(jié)段梁段吊裝和焊接工期內(nèi)完成濕接縫施工,以期達(dá)到節(jié)省工期的目標(biāo)。

        濕接縫澆筑過程中,對混凝土的初凝時(shí)間要求控制在6 h上,混凝土澆筑采用吊車、叉車等起重設(shè)備配合2 m3料斗進(jìn)行吊罐法澆筑?;炷翝仓r(shí),從懸臂端向固定端對稱澆筑,澆筑完成后,及時(shí)保濕養(yǎng)護(hù),同時(shí)對前端梁段進(jìn)行嚴(yán)格的荷載控制,謹(jǐn)防出現(xiàn)懸臂端梁段的擾動(dòng)。在濕接縫強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,為保證施工的正常進(jìn)行,要及時(shí)張拉橋面臨時(shí)預(yù)應(yīng)力,相思洲大橋橋面板橫向共設(shè)置6組φ32 mm精軋螺紋鋼作為臨時(shí)預(yù)應(yīng)力。

        5.3 斜拉索索力控制

        相思洲大橋主橋斜拉索采用37~85孔不等的鋼絞線斜拉索,拉索施工采用等值張拉法進(jìn)行。三節(jié)段濕接縫滯后澆筑過程中,斜拉索一張拉索力施工與正常疊合梁斜拉橋施工類似,施工過程中主要通過主梁線型進(jìn)行索力控制,以設(shè)計(jì)索力為校核。施工階段,在第二個(gè)循環(huán)施工過程中,通過對比主梁應(yīng)力、應(yīng)變、線形和斜拉索索力對結(jié)構(gòu)模型中的主梁結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行修正。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)測,主梁結(jié)構(gòu)剛度與設(shè)計(jì)剛度比值為0.98,為后期的索力控制提供了重要依據(jù)。

        斜拉索二張拉索力在3個(gè)節(jié)段濕接縫達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度且橋面吊機(jī)行走到位后進(jìn)行施工,二張拉索力施工由于應(yīng)在夜間溫度較為穩(wěn)定的情況下施工,且施工順序?yàn)橄惹岸撕蠛蠖?,對?yīng)至索塔內(nèi)施工順序?yàn)橄壬虾笙?。在塔?nèi)施工空間狹小、夜間施工時(shí)間有限的情況下,項(xiàng)目對3對斜拉索張拉工藝進(jìn)行改進(jìn),前端(塔內(nèi)最上)斜拉索張拉采用單根張拉,中后端(塔上中下)斜拉索張拉采用整體張拉,在此情況下,斜拉索二張拉索力可在一個(gè)夜間全部完成,極大地提高了斜拉索二張拉索力施工效率和施工質(zhì)量。

        6 結(jié)語

        疊合梁多節(jié)段安裝施工技術(shù)在荔玉高速相思洲大橋工程的施工中進(jìn)行了應(yīng)用,在項(xiàng)目提前完成合龍目標(biāo)的前提下,項(xiàng)目主梁安裝高程偏差控制在2 cm以內(nèi),主橋跨中合龍段合龍精度控制在3 mm,索力偏差和索力離散性控制均滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。該技術(shù)為疊合梁斜拉橋施工過程中的一次探索,極大地縮短了橋梁施工周期,為施工企業(yè)帶來了巨大的成本優(yōu)勢。

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