章海陽(yáng)

(中鐵十八局集團(tuán)第二工程有限公司，河北 唐山 064000)

0 引 言

在我國(guó)城市化和交通運(yùn)輸業(yè)的蓬勃進(jìn)步帶動(dòng)下，橋梁領(lǐng)域發(fā)展迅速。連續(xù)剛構(gòu)橋適用于大跨度、高墩橋梁,吸收了T形剛架和連續(xù)梁橋的綜合優(yōu)點(diǎn)，主梁與橋墩剛性連接，具有施工簡(jiǎn)單、簡(jiǎn)潔美觀、結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)適用抗震性能良好等優(yōu)點(diǎn)[1]。連續(xù)剛構(gòu)橋適應(yīng)性強(qiáng)，在山區(qū)、平原、河流等不同地形地貌中均可采用。在地處黃土高原溝壑縱橫的陜北地區(qū)，這種特殊的地形條件更適合建設(shè)高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋[2]。

銅黃高速公路沮河大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋采用多跨同步頂推一次整體合龍技術(shù)，通過(guò)橋梁博士(Doctor Bradge)軟件進(jìn)行計(jì)算，該施工技術(shù)使內(nèi)力變化更加均勻，隨著超靜定次數(shù)的增加和結(jié)構(gòu)形式的不斷變化，復(fù)合內(nèi)力的計(jì)算比逐孔合龍產(chǎn)生的二次內(nèi)力的計(jì)算要方便快捷。另外采用多跨連續(xù)體系一次合龍與設(shè)計(jì)線形基本一致，受力更為平均，施工效率高，2013年7月28日，該橋成功合龍。

1 工程概況

銅黃高速公路沮河大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋主橋長(zhǎng)為978m，深基礎(chǔ)、高墩、大跨度相結(jié)合。橋面到溝壑底部最低處的高差為181m。主橋采用薄壁輕型橋墩，墩高140m，總跨度650m，是當(dāng)時(shí)中國(guó)西部最高最寬的橋梁，實(shí)景圖見(jiàn)圖1。該橋位于陜西省銅川市境內(nèi)，上部結(jié)構(gòu)兩側(cè)分別為5聯(lián)和3聯(lián)跨度為40m的裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土箱形連續(xù)梁，中間為(85+3×160+85)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。

圖1 沮河大橋?qū)嵕皥D

沮河大橋穿越黃土高原溝壑地區(qū)，地形地質(zhì)條件極其復(fù)雜，大橋兩側(cè)地形較陡。橋樁基總數(shù)210根，全長(zhǎng)7572m，混凝土砌體體積19669m3。5,6,7,8號(hào)墩為全橋主墩，高度分別為75.6m,125.6m,140.5m和74.3m，如圖2所示。

圖2 沮河大橋立面布置(單位:m)

2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 滿足最大承載力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

單箱單室主梁不僅截面寬(16.65m)，而且中、側(cè)墩高差較大，另外混凝土自重大。依據(jù)結(jié)構(gòu)分析，溫度、徐變等對(duì)結(jié)構(gòu)起主導(dǎo)作用。對(duì)縱向和豎向預(yù)應(yīng)力進(jìn)行合理配置，上部結(jié)構(gòu)箱梁可承受結(jié)構(gòu)承載力；下部結(jié)構(gòu)增加2根間距12cm,Φ28mm鋼筋，橋墩底部和頂部增加至3根，確保承受最大承載力。

2.2 腹板防裂縫措施

(1)為了確保足夠的梁高，改善主梁的受力狀態(tài)，通過(guò)將主梁的剛度增加，設(shè)計(jì)選取跨中高跨比1/45.71，根部高跨比1/16.327。

(2)將梁底面線性原設(shè)計(jì)的拋物線從2次優(yōu)化成1.8次，減小四分之一跨附近截面的主拉應(yīng)力。

(3)在計(jì)算中豎向預(yù)應(yīng)力效應(yīng)降低60%，確保主拉應(yīng)力不受施工工藝影響造成較大的計(jì)算偏差，導(dǎo)致箱梁腹板開(kāi)裂。

(4)為了改善縱向預(yù)應(yīng)力筋的布置，將縱向預(yù)應(yīng)力筋彎折至箱梁截面中心以下位置，以提供更大的預(yù)剪力，而不是直筋。另外，把豎向預(yù)應(yīng)力的影響系數(shù)×0.6，防止主拉應(yīng)力因施工等因素導(dǎo)致實(shí)際值與設(shè)計(jì)值存在較大偏差而出現(xiàn)開(kāi)裂，主拉應(yīng)力得到較大提高[3]。

(5)將間距為5cm的高強(qiáng)度彈簧鋼絲放置在網(wǎng)底板外側(cè)和主梁腹板，阻止裂縫進(jìn)一步發(fā)展。

2.3 提升主墩承受力措施

2.3.1 把梁高增加提高主梁承受力及剛度

根部梁高最好為主跨的1/16～1/18?？缰辛焊叨葢?yīng)為主跨的1/40～1/50，小跨度取較大值。沮河大橋根部梁高和跨中梁高分別為9.8m和3.5m，符合設(shè)計(jì)要求，分別為主跨的1/16.3和1/45.7[4]。

2.3.2 適當(dāng)降低邊跨與中跨的比值

連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨與主跨的比值主要在0.52～0.58范圍內(nèi)。降低邊跨和中跨的比值，從而減小邊跨現(xiàn)澆截面的剪力和該段主拉應(yīng)力。最終橋邊跨比值為0.53。

2.3.3 提高橫向穩(wěn)定性

在合龍的次邊跨施加150t頂推力。針對(duì)橋梁總跨度為650m，為抵消后橋梁收縮徐變的影響，同時(shí)改善側(cè)墩的受力。計(jì)算表明，雙薄壁型邊墩，剛度較?。粏伪”谛椭袠蚨?，剛度較大。最高墩高達(dá)140.5m，橫向風(fēng)荷載效應(yīng)明顯。通過(guò)計(jì)算，中橋墩采用變截面設(shè)計(jì)，在節(jié)約施工材料的同時(shí)，提高了橫向穩(wěn)定性。

2.4 對(duì)合龍順序進(jìn)行優(yōu)化

邊跨和中跨合龍是影響橋梁整體應(yīng)力狀態(tài)和線形的重要步驟。為確保結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中不受到不平衡荷載，必須確保連續(xù)剛構(gòu)橋處在變形穩(wěn)定狀態(tài)，再進(jìn)行邊跨現(xiàn)澆和邊、中跨合龍。橋梁合龍?jiān)O(shè)計(jì)采用先邊、再中、最后次邊跨順序。優(yōu)化后，采用5個(gè)合龍段同時(shí)一次性合龍。5號(hào)墩,8號(hào)墩邊跨合龍段，借助20號(hào)澆筑塊掛籃向前移動(dòng)2m，將底、側(cè)模進(jìn)行拼裝，將內(nèi)、外滑梁拉出當(dāng)做合龍段模板支撐系統(tǒng)；5號(hào)墩和6號(hào)墩(8和7)號(hào)墩間次邊跨合龍段借助5(8)號(hào)墩完成澆筑的20號(hào)墩掛籃向前移動(dòng)2m后，拼裝底模和側(cè)模。這個(gè)時(shí)候，6(7)號(hào)墩二次邊跨合龍段澆筑的20號(hào)墩掛籃后退2m；中跨合龍段6號(hào)墩掛籃后退2m以后，借助 7 號(hào)墩上面的掛籃助力合龍。橋梁博士軟件分別計(jì)算分析了先邊跨后中跨合龍的原設(shè)計(jì)方案和優(yōu)化后的一次性合龍方案對(duì)主梁線形的影響、對(duì)墩頂進(jìn)行水平位移、對(duì)主梁應(yīng)力分析等三個(gè)方面[5]。

橋梁博士計(jì)算模型整個(gè)橋梁共分為255個(gè)小單元，其中墩身71單元，橋面系184個(gè)。結(jié)構(gòu)的離散計(jì)算模型如圖3所示。

圖3 橋梁博士計(jì)算模型

驗(yàn)算結(jié)果表明：(1)兩種不同的合龍順序?qū)χ髁壕€形影響在橋梁完工階段差異稍大，橋梁竣工階段最大差為4.7cm，三年后的影響差異不大；(2)墩頂水平位移在兩種合龍順序中基本相同，一次合龍比分步合龍位移略小；(3)在竣工階段，不同合龍順序主梁應(yīng)力差異不大，三年運(yùn)營(yíng)后主梁應(yīng)力基本相同；綜上所述，可以實(shí)施一次性同步合龍方案。

2.5 跨中預(yù)拱度設(shè)置

撓度會(huì)受收縮徐變一定影響，而且精準(zhǔn)計(jì)算難度大，因此在設(shè)計(jì)中酌情增加跨中預(yù)拱值，確保橋梁建成后主橋線形?？缰蓄A(yù)應(yīng)力強(qiáng)度、主體結(jié)構(gòu)和橋面施工出現(xiàn)超方、收縮徐變的影響、施工質(zhì)量等是進(jìn)行預(yù)拱度傾角設(shè)置時(shí)必須注意的問(wèn)題。所以跨中進(jìn)行預(yù)拱度傾角設(shè)置應(yīng)偏大一些。

該橋邊跨懸臂端和跨中結(jié)合規(guī)范和施工經(jīng)驗(yàn)值分別按照40mm和160mm進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于其余的節(jié)點(diǎn)依據(jù)余弦曲線進(jìn)行計(jì)算。

2.6 施加頂推力

懸臂施工中，連續(xù)剛構(gòu)橋受梁重、溫度升降、掛籃模板收縮膨脹變形、預(yù)應(yīng)力鋼束張拉、混凝土徐變綜合等外因的作用，可能導(dǎo)致一些形變。對(duì)其結(jié)構(gòu)力學(xué)性能作用最大的是混凝土在后期的收縮膨脹變形。因?yàn)榛炷列熳兪湛s導(dǎo)致主梁也收縮，主墩逐漸偏向跨中傾斜，不僅大大降低橋梁的外觀和行車(chē)舒適程度，也使結(jié)構(gòu)受力不平均。為改變此形態(tài)，在施作過(guò)程中經(jīng)常增加水平頂推力，使各墩頂向橋梁中部反方向縱向位移，從而抵消收縮形變。盡管混凝土收縮徐變影響較大，但5年以后，幾乎不再存在徐變影響，可忽略[6]。

由于多跨同時(shí)合龍時(shí)，頂推力大小不易確定。不同施工條件(合龍溫度)下，借助影響矩陣法，通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算墩頂水平位移和相應(yīng)頂推力，擬合出頂推力與合龍溫度的關(guān)系式。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，可獲得最佳頂推力，助力合龍。

為使頂推力對(duì)截面產(chǎn)生的附加彎矩最小，頂推應(yīng)對(duì)稱(chēng)分布，四點(diǎn)頂力應(yīng)按截面形心不產(chǎn)生彎矩的原則分布。在頂推作業(yè)過(guò)程中，主墩頂位移是主控，頂推力輔之。為消除前述困難，通過(guò)計(jì)算，在該橋次中跨合龍時(shí)，將200t水平頂力向兩個(gè)邊墩對(duì)稱(chēng)施加。

3 合龍段施工步驟

3.1 掛籃施工流程

合龍段澆筑應(yīng)用掛籃技術(shù)，詳細(xì)的合龍方式示意圖如圖4所示。

圖4 合龍方式示意圖

完成第20節(jié)澆筑后，將7號(hào)墩T型結(jié)構(gòu)兩側(cè)掛籃底、內(nèi)、側(cè)模卸下，后移掛籃主桁架到第17節(jié)，6號(hào)墩臨近5號(hào)墩的側(cè)掛籃進(jìn)行底模拆除后向后移動(dòng)2m。7-8號(hào)次邊跨、8-9號(hào)邊跨合龍段借助8號(hào)墩兩側(cè)掛籃，6-7中跨合龍段借助6號(hào)墩臨近7號(hào)墩方向的側(cè)掛籃，5-6次邊跨合龍段及4-5邊跨合龍段借助5號(hào)墩兩側(cè)掛籃。

3.2 合龍段施工技術(shù)

3.2.1 合龍段施工流程

第一步：對(duì)20標(biāo)段進(jìn)行施工；第二步：卸除橋面荷載；第三步：將掛籃向前移動(dòng)到位；第四步：進(jìn)行配重設(shè)置；第五步：階梯式頂推；第六步：進(jìn)行鎖定；第七步：澆筑合龍段混凝土；第八步：張拉預(yù)應(yīng)力筋。

3.2.2 合龍前的準(zhǔn)備

查詢(xún)天氣預(yù)報(bào)，查看有無(wú)極端天氣。另外對(duì)合龍段進(jìn)行復(fù)測(cè)，并解除懸臂端臨時(shí)荷載。結(jié)束20節(jié)懸臂端施工后，拆除箱梁頂面及內(nèi)箱材料設(shè)備。施工機(jī)具等必要的材料和設(shè)備可在0節(jié)附近堆放或吊運(yùn)到墩下面，以盡量降低對(duì)箱梁懸臂端高程的干擾。

4 一次合龍關(guān)鍵施工步驟

4.1 模板及鋼筋安裝

將7號(hào)T構(gòu)兩側(cè)掛籃后退到17段，5號(hào)墩、8號(hào)墩T型結(jié)構(gòu)兩端掛籃，6號(hào)墩向7號(hào)墩一端的側(cè)掛籃向前移動(dòng)到最佳位置進(jìn)行合龍段澆筑。6墩另外一側(cè)掛籃底模拆除向后移動(dòng)2m。

(1)次中跨及中跨現(xiàn)澆段：把掛籃向前移動(dòng)到對(duì)面20號(hào)段的端補(bǔ)位置以后，將外滑梁滑出后，錨定在另一端節(jié)20上，將掛籃底模進(jìn)行下放，鋼絲繩臨時(shí)懸掛在外模上，對(duì)掛籃前吊索進(jìn)行拆除，底模及外模和通過(guò)倒鏈拉出，把前下橫梁滑移到20號(hào)段另一端之后，通過(guò)精軋帶肋鋼筋在底板上進(jìn)行錨固，見(jiàn)圖5。

圖5 合龍段掛籃示意圖

(2)邊跨合龍段：降低掛籃底模，將掛籃底模向前移動(dòng)到最佳地方，合龍段底模采用10cm×10cm方木作為順橋向背帶，橫向承重梁采用3根雙槽鋼。掛籃側(cè)模作為外模，外滑梁滑出錨后，固在現(xiàn)澆段上，當(dāng)外模從滑梁滑出以后，即完成就位。

把底模、側(cè)模進(jìn)行就位以后，對(duì)底板、腹板鋼筋進(jìn)行綁扎，并將預(yù)應(yīng)力管進(jìn)行安裝。綁扎底板和腹板鋼筋以后，再對(duì)內(nèi)模進(jìn)行安裝。用掛籃內(nèi)模作為內(nèi)模，借助內(nèi)滑梁將其滑到位。

合龍段通過(guò)綁扎形式對(duì)20段、現(xiàn)澆段與所有縱向鋼筋搭接好，頂推進(jìn)前，兩端只綁扎一端。頂進(jìn)完成后再綁扎好縱向鋼筋，防止頂推時(shí)，縱向鋼筋對(duì)位移有影響。合龍段腹板模板拉桿在頂推前不拉緊，等完成頂推后，將螺栓擰緊。

合龍段鋼絞線在鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道安裝完畢后進(jìn)行穿束，穿完以后，不能夠使用錨具夾片施工。

安裝鋼筋要點(diǎn)：(1)當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼管(筋)及預(yù)埋件和鋼筋不匹配時(shí)，把普通鋼筋妥善處理，不允許被切斷(減少)；(2)混凝土保護(hù)層墊塊數(shù)量必須依據(jù)4個(gè)/進(jìn)行布置，墊塊綁扎必須牢固，混凝土保護(hù)層厚度必須滿足要求；(3)安裝鋼筋前，在模板上放樣到位，確保鋼筋間距符合規(guī)范。

4.2 配重設(shè)置

配重設(shè)置在T型結(jié)構(gòu)兩側(cè)的懸臂端。配重通過(guò)磚砌水池形式，水池用2cm厚的砂漿抹面，以免出現(xiàn)滲水。池底設(shè)排水閥，同時(shí)設(shè)水泵。水池的凈尺寸為1.5m× 4.5m×6.5m，最大蓄水量44m3，水池采用240磚墻，砌體重量達(dá)166kN。用油漆在水池中標(biāo)出刻度。兩個(gè)刻度線之間水的重量約等于2m3混凝土的重量。

4.3 進(jìn)行頂推

在各合龍段(不含邊跨)頂板與腹板之間的倒角處通過(guò)2臺(tái)500t千斤頂進(jìn)行頂推。在進(jìn)行第20節(jié)施作時(shí)，首先將鋼板預(yù)埋，合龍段采用36a工字鋼制作勁性骨架，通過(guò)32a雙工字鋼，把頂推反力勁性骨架焊接牢固。2根為一組鎖定位置，每個(gè)合龍段共布設(shè)4組勁性骨架。頂推及鎖定勁性骨架布置示意圖如圖6所示。

圖6 鎖定勁性骨架布置和頂推示意圖

當(dāng)天的溫度最低且穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行頂進(jìn)。頂推前，把預(yù)埋鋼板與勁性骨架一端焊接，另一端等頂推就位后進(jìn)行焊接。另外，根據(jù)油頂標(biāo)定數(shù)據(jù)表預(yù)先把各級(jí)應(yīng)力對(duì)應(yīng)的油表讀數(shù)計(jì)算出來(lái)，并設(shè)置兩臺(tái)全站儀，對(duì)兩主墩頂偏移情況進(jìn)行觀測(cè)。頂推力緩慢平穩(wěn)增加到設(shè)計(jì)要求，然后將位移控制數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較，并做好記錄。

頂推后，如果勁性骨架與預(yù)埋鋼板存在間隙，應(yīng)將提前準(zhǔn)備好的3mm-10mm厚的鋼板進(jìn)行充分填塞，再把鋼板焊接牢固。當(dāng)合龍段達(dá)到所需頂力，位移滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，再進(jìn)行骨架焊接。

4.4 混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)

選擇當(dāng)天溫度最低且穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行合龍。現(xiàn)場(chǎng)拌合站拌合好混凝土后，通過(guò)混凝土泵車(chē)運(yùn)輸?shù)綕仓F(xiàn)場(chǎng)，依次對(duì)底板、腹板和頂板分層對(duì)稱(chēng)澆筑厚度為30cm混凝土。底板和頂板混凝土初凝以后，進(jìn)行土工布覆蓋，并進(jìn)行不少于14d的灑水養(yǎng)護(hù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

采用大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋多跨同步頂進(jìn)一次合龍技術(shù)，合龍精度誤差控制在6mm以?xún)?nèi)，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)要求。一次合龍技術(shù)縮短了工期，加快了施工進(jìn)度，使主梁受力情況更加均勻，受力合理，懸臂施工更容易控制撓度，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換次數(shù)也減少，降低了成本，達(dá)到了糾偏的目的，成橋速度快。但為確保合龍方案的橋梁能順利合龍，有關(guān)施工技術(shù)人員務(wù)必采取有效措施，對(duì)合龍模板的選擇、臨時(shí)合龍束的設(shè)計(jì)、勁性骨架的設(shè)計(jì)、鎖定時(shí)間的選擇、頂進(jìn)位置、頂進(jìn)力控制等進(jìn)行科學(xué)組織，這樣才能確保合龍質(zhì)量。大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋多跨同步頂進(jìn)一次合龍技術(shù)的采用，不僅大大縮短了橋梁的施工周期，而且為我國(guó)橋梁施工技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展積累了成功經(jīng)驗(yàn)。沮河大橋被國(guó)家交通運(yùn)輸部列為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化和信息化建設(shè)重點(diǎn)示范工程，大橋所在的項(xiàng)目部也被評(píng)為陜西省公路標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)示范單位。