连续梁悬臂挂篮工艺施工合龙段施工方案探讨

白连春

1 武城运河大桥连续箱梁概况

武城运河大桥位于山东省与河北省交界,中心里程桩号为K1+337.55,主桥上部结构采用35 m+60 m+35 m三跨预应力混凝土变截面单箱双室连续刚构。主桥连续箱梁采用挂篮悬臂浇筑法施工,各单“T”箱梁除0号,1号块采用在支架上现浇外,其余分为7对梁段,均采用对称平衡悬臂逐段浇筑法施工。箱梁纵向悬浇分段长度为3 m,箱梁墩顶现浇块件(即 0号,1号,1′号块)长度16.0 m,中跨合龙段长度为2.0 m,边跨合龙段长度为5.9 m,悬臂浇筑梁段中最大重量为127.95 t(2号块)。

2 施工方法及主要思路

主桥连续刚构箱梁采用三角形挂篮悬臂浇筑施工,首先在主墩墩身上搭设托架,浇筑 0号,1号,1′号块,施工完成后保留0号块支架。在0号,1号,1′号块上再拼装挂篮,T构悬臂浇筑2号～8号块,然后边跨合龙,再中跨合龙。中跨合龙后拆除0号块支架,张拉底板钢束。

3 中跨合龙段施工

3.1 中跨合龙原则

为避免温度变化而造成的混凝土开裂,合龙段的施工必须遵循低温浇筑、又拉又撑(刚性锁定)的原则。利用梁体钢束临时张拉一定吨位,将边跨不平衡段和T构拉结。选择在一天中温度最低时浇筑混凝土,新浇筑的混凝土在气温上升时以受压状态达到终凝,从而预防合龙段混凝土的开裂。

支撑采用体内支撑。采用Ⅰ50组成钢构件,与已浇梁段连接牢固。

在施工合龙前梁段时,按照设计要求在梁段内预埋锚板,注意锚板位置前后水平保持一致,在混凝土施工前,将钢构件放于锚板上,并焊连。劲性钢架放在合龙段内,由于它既能承受拉力,又能承受压力,加工时尺寸不能长也不能短,且两悬臂端的预埋件还要求一定的精度。因此采用的劲性钢架比合龙段长度短2cm。一端先与悬臂端预埋件焊接成一个整体,在另外一端预埋件上焊上两块截面积大于钢架的钢板,钢板应贴紧劲性钢架,但必须保证钢架在钢板内自由伸缩。

合龙段模板采用梁段模板,悬吊于已经浇筑梁段上,加固紧密。

在进行骨架安装及梁段其他准备工作完成后,准备浇筑合龙段混凝土。合龙段混凝土在一天中最低温度浇筑,即凌晨1点左右。浇筑设计温度为10℃～15℃,如果一天中最低温度达不到设计温度,需对其进行加温,浇筑要快速,减少温度应力对合龙段混凝土的影响。

3.2 混凝土施工

合龙段的混凝土浇筑时间选在一天中气温较低(15℃左右)、温差变化比较小的午夜前后。混凝土灌注过程中,要安排专人不断地吊走放置在T构合龙侧的配重。施工结束时,应吊走两侧的全部配重。卸除平衡重与灌注混凝土同步等量地进行。合龙段混凝土的配合比设计要比普通段高一个等级,加强振捣,以免新老混凝土的连接处产生裂缝。混凝土作业的结束时间根据天气情况,安排在气温回升之前。混凝土浇筑完毕后,在顶面覆盖厚层草袋;在合龙段箱体内外及前后范围内由专人不停地洒水养护。浇筑完混凝土后应及时养生。低温时(低于+5℃)需要采取保温措施,当温度高于15℃时需要采取降温措施,专人在梁顶、梁侧面及梁内洒水降温,减少非线性温差引起的梁体收缩及次内力。

3.3 预应力张拉、压浆

3.3.1 预应力张拉

本桥所有纵向预应力筋张拉按照左右对称,先下后上,先纵后横的原则进行,为减少混凝土的收缩徐变对预应力的不利影响,避免由于混凝土收缩徐变过大造成永存预应力不满足设计要求,需要采取混凝土强度、龄期双控指标,在混凝土施工后3天以上且强度达到90%以上时方能张拉。张拉步骤为:

初始张拉力张拉检查油路的可靠性,安装正确后,开动油泵向张拉油缸缓慢进油,使钢绞线略为拉紧后调整千斤顶位置,使其中心与预应力管道轴线一致,以保证钢绞线的自由伸长,减少摩阻,同时调整夹片使其夹紧钢绞线,以保证各根钢绞线受力均匀。然后两端千斤顶以正常速度对称加载到初始张拉力后停止加油,测量并记录钢绞线初始伸长量,完成上述操作后继续加载至控制张拉力,量测实际伸长量并与计算伸长量相比较。由于张拉力设计值较大,因此初始张拉力取值为20%σk。

预应力张拉前对预应力千斤顶及配套设备进行标定,采用ZB4-400型油泵配合液压千斤顶进行,采取双控法控制,即在张拉力满足设计要求的情况下,预应力筋伸长量与设计计算伸长量之差在±6%(应计算预应力筋在千斤顶内的长度),张拉前需要对千斤顶及配套油泵进行检校标定,可以采取压力机反压千斤顶的方法,但压力机的精度应为一级精度,确定千斤顶压力与液压油泵油压间的关系,同时预应力筋的伸长量计算应准确无误,预应力筋弹性模量、截面积等技术指标取值准确,取用检验单位提供的数据。张拉按照设计图纸的顺序进行,或按照规范规定的先下后上,先中间后两边的顺序。张拉应准确,准确预估预应力管道的摩阻力,使预应力筋的永存应力达到设计要求。

3.3.2 孔道压浆

真空压浆施工工序同挂篮部分步骤。

3.4 合龙段施工应该考虑的几个影响因素

1)合龙温度的考虑:合龙温度的选择是很重要的,其会影响到成桥后箱梁内力的大小。2)日照的影响:本桥单T的悬臂的实际长度为60 m,在合龙前成悬臂状态,由于受到日照的影响,箱梁的顶面和底面的温度存在着差别,必然会引起悬臂的变化。3)温度的影响:本桥的T构长度为60 m,合龙时混凝土的温度每变化1℃将会使合龙长度产生60000×0.00001=0.60mm的变化。4)混凝土的收缩、徐变:已浇单“T”的混凝土后期的收缩、徐变值虽然很小,但易在新老混凝土的交接处产生裂缝。5)临时荷载的作用:荷载将使悬臂端下挠,卸载后又会得到一定的恢复。

合龙时自重引起的悬臂端的变化同临时荷载一样属于永久性。

3.5 合龙段施工注意事项

1)在合龙前一周对气温进行观测,特别是夜间,每小时观测一次,确定最低的合龙温度时间段。2)临时锁定前,应事先将锁定用的钢构件提前焊好一端,千斤顶安装就位,以节约锁定所用的时间。3)锁定和混凝土浇筑应一气呵成,时间愈短愈好,做好充分的准备。4)合龙段箱梁应加强养护,防止振动和施工车辆行走,不得在跨中范围内堆放重物。5)合龙段钢束未张拉前,尽量减少箱梁的日照温差,通常采取覆盖箱梁合龙段两侧梁体。6)合龙状态时的施工荷载及其他情况应符合设计要求,此时除加压等物体外应将施工机具等全部清除或移至0号块顶部,保证应力状态与设计相符。使用计算机计算应力及挠度,比较中跨合龙段两侧两个梁段的顶面高程,如果其高差 Δ＜20mm,则继续进行下步施工;如果Δ＞20mm,则运行线形控制软件,计算满足 Δ＜20mm的配重方法和要求。然后把水箱或砂袋按要求重量放在梁上指定位置,达到要求后,再进行合龙段施工。在应力与设计相近的情况下临时锁定梁端,若变形与设计有偏差将运行计算软件,确定纠偏值,采取措施达到上述目标。7)合龙段混凝土宜在处于年平均气温状态下的日期中的较低温度时浇筑,一般在凌晨进行,使混凝土在强度增长时刚好处于气温回升时为宜。同时该合龙段混凝土的标号应高于设计一个标号以便于及早张拉。8)墩身变形观测:利用全站仪和导线控制点定期复核各墩0号段中心点的位置,并与原设中心点进行比较,偏移位置即墩身变形量。施工过程中,注意观测温度变化对墩身变形的影响。

4 结语

本文通过主桥挂篮施工工艺中主桥合龙段的混凝土施工、预应力张拉以及合龙注意事项等几方面阐述了质量控制要点,为今后类似结构桥梁挂篮合龙段施工提供借鉴经验。

[1] 张继尧,王昌将.悬臂浇筑预应力混凝土连续桥[M].北京:人民交通出版社,2004.

[2] 上海市政工程设计研究总院.桥梁设计工程师手册[M].北京:人民交通出版社,2007.

[3] 郭文伟.大型连续刚构桥三角挂篮悬浇施工工艺[J].山西建筑,2009,35(12):319-321.