潘曉飛 耿志華 張康榮 郭迎旗

(中電建路橋集團(tuán)有限公司,北京 100048)

1 工程概況

臺(tái)城河特大橋全長(zhǎng)1067.6m,由9 聯(lián)組成。其中跨臺(tái)城河部分采用120m 一跨過(guò)河的方案,上部結(jié)構(gòu)采用P.C.連續(xù)箱梁,掛籃懸澆施工,下部結(jié)構(gòu)主墩采用矩形實(shí)心墩,基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁形式。其余部分上部結(jié)構(gòu)采用支架現(xiàn)澆,下部結(jié)構(gòu)為樁柱式墩和方柱墩,基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁形式。全年降雨量分布不均勻,每年夏秋兩季常有臺(tái)風(fēng)侵襲。

2 連續(xù)梁橋合龍段施工工藝

本橋?yàn)榇罂缍冗B續(xù)箱梁,第2 聯(lián)和第7 聯(lián)采用懸臂現(xiàn)澆法施工,其余部分采用預(yù)制箱梁吊裝施工。合龍段施工是將相鄰的T 形構(gòu)件通過(guò)澆筑混凝土進(jìn)行拼接,將橋梁從合龍前的剛構(gòu)狀態(tài)到合龍后變?yōu)槌o定結(jié)構(gòu),完成結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換,對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行重分布的過(guò)程。合龍段可采用一次多孔合龍或逐孔合龍的方法進(jìn)行施工。合龍段施工方案應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目工期、機(jī)械設(shè)備和人員配置等方面的實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮?；谝陨戏矫婵紤]本項(xiàng)目合龍順序?yàn)橄冗吙鐚?duì)稱合龍后中跨合龍作業(yè),合龍段作業(yè)時(shí)預(yù)埋勁性骨架并設(shè)置剪刀撐進(jìn)行加固,合理設(shè)置配重后分批次張拉預(yù)應(yīng)力鋼束,并選擇在年溫差梯度最小的時(shí)間段內(nèi)澆筑混凝土。

3 施工技術(shù)要點(diǎn)分析

3.1 勁性骨架應(yīng)用分析

3.1.1 勁性骨架的作用

勁性骨架的作用主要為以下兩個(gè)點(diǎn)：勁性骨架安裝后與臨時(shí)束構(gòu)成的結(jié)構(gòu)可以承受一部分的拉力和壓力。當(dāng)合龍段澆筑的混凝土還處在養(yǎng)護(hù)期時(shí),混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)還未達(dá)到設(shè)計(jì)值,容易發(fā)生變形和破壞,此結(jié)構(gòu)組合能有效保護(hù)新澆筑的混凝土,保障合龍段的質(zhì)量；其次通過(guò)勁性骨架相連的兩懸臂端其穩(wěn)定性也得到提升,因?yàn)閯判怨羌苁褂玫男弯摬牧暇哂辛己玫牧W(xué)性能,其抗變形能力和拉壓強(qiáng)度高,如果設(shè)置了剪刀撐,其抗彎抗剪能力會(huì)得到更大提升,橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到提升。

3.1.2 勁性骨架的選擇與埋設(shè)

勁性骨架一般分為內(nèi)置式和外置式兩種[1]。對(duì)于本工程選用外置式相對(duì)于內(nèi)置式其優(yōu)點(diǎn)在于安裝預(yù)埋方便,進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)操作空間較大等方面。

外置式勁性骨架是通過(guò)預(yù)埋在箱梁里的鋼板再通過(guò)大尺寸型鋼焊接在一起,其位置通常布置在箱梁表面,對(duì)于本項(xiàng)目在箱梁上表面加設(shè)骨架剪力撐,更好提高勁性骨架的力學(xué)性能。布置示意圖如圖1 所示。

圖1 勁性骨架位置示意圖

3.1.3 勁性骨架的應(yīng)變公式推導(dǎo)

對(duì)于勁性骨架的受力驗(yàn)算從抗彎應(yīng)力和應(yīng)變進(jìn)行考慮。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化分析,勁性骨架可視為一根梁,梁兩端分別為懸臂端和現(xiàn)澆混凝土的固定端。如圖2 所示,懸臂端在豎直方向上產(chǎn)生的位移將引起勁性骨架內(nèi)力發(fā)生改變,對(duì)勁性骨架的抗彎和抗剪能力都有一定要求[2]。

圖2 勁性骨架計(jì)算簡(jiǎn)圖

如圖2 進(jìn)行簡(jiǎn)化后,其固端彎矩和剪力計(jì)算公式如下：

式中：σmax為最大正應(yīng)力(MPa)；[σ]為允許正應(yīng)力值(MPa)；[ε]為允許應(yīng)變值；εmax為最大最大應(yīng)變值；hs為勁性骨架截面高度(m)。

此計(jì)算公式可用于校核選取的勁性骨架是否能滿足變形要求且易于手算,為工程質(zhì)量安全提供保障。

3.2 配重的設(shè)置與計(jì)算

3.2.1 設(shè)置配重的作用

是否合理設(shè)置配重對(duì)橋梁合龍施工質(zhì)量的影響較大,配重形式由基本配重和附加配重組成,基本配重的重量與合龍段澆筑的混凝土相當(dāng),附加配重是為了調(diào)節(jié)梁體變形,合龍標(biāo)高及應(yīng)力因素而設(shè)置的[3]。其作用主要分為以下三點(diǎn)：

(1)防止懸臂梁兩端產(chǎn)生擾動(dòng)。在合龍段砼的澆筑施工中,由于梁端產(chǎn)生位移對(duì)勁性骨架所施加的彎矩和剪力也會(huì)發(fā)生變化對(duì)結(jié)構(gòu)體系的受力產(chǎn)生不良影響,同時(shí)底部線型也會(huì)受到影響。在懸臂梁梁端設(shè)置配重,隨著澆筑砼過(guò)程進(jìn)行釋放能有效控制懸臂梁兩端的位移,避免出現(xiàn)以上質(zhì)量問(wèn)題。

(2)調(diào)節(jié)梁體標(biāo)高。在進(jìn)行合龍施工時(shí)需對(duì)懸臂梁兩端的標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核,由于各方面因素影響兩端的標(biāo)高可能超出設(shè)計(jì)標(biāo)高的允許誤差范圍,兩端的高差會(huì)影響橋梁的線型及澆筑質(zhì)量,此時(shí)則考慮在高標(biāo)高處的梁端施加附加配重。

(3)調(diào)節(jié)橋梁內(nèi)力。橋梁在合龍施工前為靜定結(jié)構(gòu),合龍后轉(zhuǎn)變?yōu)槌o定結(jié)構(gòu),因此在合龍施工時(shí)附加配重的設(shè)置與拆除對(duì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力有一定的影響。

3.2.2 配重位置及大小選擇

(1)配重的位置。一般設(shè)置在橋梁懸臂端的最前方且均勻放置,兩懸臂端上的配重應(yīng)同步放置同步卸載,防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不平衡受力導(dǎo)致產(chǎn)生不協(xié)調(diào)變形進(jìn)而影響施工質(zhì)量。

(2)配重大小的選擇?？偱渲氐拇笮∮蒞基本(基本配重)和W附加(附加配重)兩部分組成。其中基本配重主要由澆筑的混凝土重量確定,附加配重主要由W附加高差(合龍前的高差)、W附加內(nèi)力(橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力優(yōu)化)以及W附加徐變(混凝土收縮徐變引起的內(nèi)力差)三部分確定,所以配重大小計(jì)算公式為：

通過(guò)上式確定附加配重的組成結(jié)構(gòu),通過(guò)合理設(shè)置附加配重避免橋梁合龍施工因配重大小配置不當(dāng)產(chǎn)生的一系列質(zhì)量問(wèn)題。

3.3 合龍段應(yīng)力監(jiān)測(cè)

3.3.1 合龍施工各階段應(yīng)力監(jiān)測(cè)

合龍段施工其內(nèi)力分布由于結(jié)構(gòu)體系發(fā)生轉(zhuǎn)換變得較為復(fù)雜,使用應(yīng)力監(jiān)控手段能較為直觀的分析橋梁內(nèi)力應(yīng)力變化情況。以本項(xiàng)目第七聯(lián)跨臺(tái)城河合龍段為例,沿著橋梁方向在箱梁的上頂面和下底面共布置101～108 共計(jì)8 個(gè)應(yīng)變片,再在橋梁內(nèi)部橫向布置兩個(gè)。具體分布如圖3 所示。

圖3 應(yīng)變片布置圖

安裝好應(yīng)力計(jì)后分四次對(duì)應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)控。第一次監(jiān)控時(shí)間為箱梁混凝土養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%時(shí)進(jìn)行；之后當(dāng)完成沿橋方向的預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉進(jìn)行兩次監(jiān)測(cè),時(shí)間間隔為10 天；最后一次監(jiān)測(cè)時(shí)間為拆除吊籃、模板等臨時(shí)設(shè)備。根據(jù)應(yīng)變片的數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行換算,得到各部位在不同時(shí)段的應(yīng)力值。其應(yīng)力值如表1 所示。

表1 合龍施工段箱梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)值

對(duì)表1 進(jìn)行分析可知箱梁縱向應(yīng)力值在第二次監(jiān)測(cè)時(shí)部分位置應(yīng)力值變化波動(dòng)較大,之后的變化幅度小趨于穩(wěn)定,隨著時(shí)間推移到拆除臨時(shí)設(shè)備時(shí),混凝土自身力學(xué)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)值,混凝土的收縮變形趨于穩(wěn)定,同時(shí)在預(yù)應(yīng)力鋼束的約束下應(yīng)力變化進(jìn)一步減小,箱梁處于穩(wěn)定狀態(tài)。

由表1 知合龍段箱梁縱向上下兩板處均受壓,在監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)頂部最大壓應(yīng)力為9.73MPa,底部最大壓應(yīng)力為17.65MPa,均小于設(shè)計(jì)允許的最大正壓應(yīng)力值；合龍段箱梁橫向應(yīng)力變化趨勢(shì)與縱向類似且均為受拉狀態(tài),在監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)頂部最大拉應(yīng)力為1.68MPa,底部最大拉應(yīng)力為2.53MPa,均小于設(shè)計(jì)允許的最大拉壓應(yīng)力值。

3.3.2 溫度變化下各部位應(yīng)力監(jiān)測(cè)

本項(xiàng)目合龍段施工處于夏季,晝夜溫差變化大,而溫度梯度改變產(chǎn)生的荷載對(duì)混凝土的影響是不能忽視的[5],對(duì)合龍段懸臂端的箱梁頂板、底板和腹板分左右各放置兩個(gè)溫度傳感器,并選擇早上7 點(diǎn)和下午1 點(diǎn)兩個(gè)時(shí)間段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理,其結(jié)果如表2 所示。

由表2 知,溫度對(duì)箱梁各部位的應(yīng)力影響明顯。隨著溫度提升,溫差荷載產(chǎn)生不利彎矩加大箱梁各部位的應(yīng)力值,并由數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)知頂板應(yīng)力對(duì)溫度變化最為敏感,其次是腹板應(yīng)力再之后為底板應(yīng)力。雖然在溫度變化作用影響下合龍段箱梁的應(yīng)力發(fā)生改變,但均在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)波動(dòng),在合龍段施工中橋梁結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

表2 不同時(shí)間段溫度對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值

3.4 合龍段混凝土配合比試驗(yàn)

由于項(xiàng)目地處沿海區(qū)域,該地區(qū)空氣潮濕且氯離子含量較高,而氯離子進(jìn)入混凝土鋼筋層后會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)腐蝕鋼筋,不但降低了混凝土的抗拉性能更破壞了鋼筋與混凝土間的可靠連接,致使整個(gè)結(jié)構(gòu)被被破壞[6]。因此對(duì)該項(xiàng)目的混凝土旨在提高其耐久性和防滲防腐性能。對(duì)于混凝土的配合比研究,遵循以下原則：降低氯離子的滲透能力、平衡混凝土各項(xiàng)性能、減少膠凝材料和水泥的占比、有效提高混凝土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以達(dá)到更好的防變形和開(kāi)裂效果。

對(duì)于混凝土配合比的研究本文著重于不同礦物摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度和氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響,膠凝材料總量固定為510kg,礦物摻量占膠凝材料的比值分別取50%、60%與65%三種,試驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示。

圖4 不同礦物摻量下養(yǎng)護(hù)天數(shù)與混凝土抗壓、抗?jié)B性能的關(guān)系曲線

從圖4(a)可以看出當(dāng)?shù)V物摻量占比為50%、60%時(shí)在7d、28d 混凝土抗壓強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求,而占比在65%時(shí)28d 混凝土的抗壓強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)值固不能采用。從圖4(b)可以看出礦物摻量占比為60%時(shí)氯離子的擴(kuò)散系數(shù)最低即混凝土的防滲性最好,有利于提高混凝土的澆筑質(zhì)量。

綜上可知,當(dāng)?shù)V物摻量占膠凝材料總量為60%時(shí),混凝土強(qiáng)度既能滿足規(guī)范要求同時(shí)取得最佳的防氯離子滲透性能。

4 結(jié)論

連續(xù)梁橋合龍段施工是橋梁施工中極其重要的一環(huán),將橋梁結(jié)構(gòu)由靜定轉(zhuǎn)為超靜定,施工的好壞對(duì)工程質(zhì)量有重要意義。本文通過(guò)對(duì)合龍段施工工藝的應(yīng)用進(jìn)行研究得出如下結(jié)論：

4.1 通過(guò)對(duì)勁性骨架的作用分析,對(duì)勁性骨架的選擇與埋設(shè)提出建議并推導(dǎo)勁性骨架的應(yīng)變公式便于進(jìn)行人工復(fù)核。

4.2 通過(guò)對(duì)設(shè)置配重的作用進(jìn)行分析,合理選擇出設(shè)置配重的位置及重量。

4.3 通過(guò)對(duì)合龍段箱梁的應(yīng)變監(jiān)控,找到不同時(shí)間段和不同溫度變化下應(yīng)力的變化規(guī)律以及驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)的安全性。

4.4 通過(guò)對(duì)不同礦物摻量占比進(jìn)行配合比實(shí)驗(yàn)確定了占比為60%時(shí)其防氯離子滲透性能最佳。