潘 軍,徐平安

(中鐵大橋局集團有限公司,湖北 武漢 430050)

0 引言

為充分發(fā)揮鋼與混凝土兩種材料各自的優(yōu)勢,鋼-混組合結(jié)構(gòu)在當前橋梁建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。鋼與混凝土兩種材料通過剪力釘(環(huán))組合在一起,具有橋面板可工廠預(yù)制、質(zhì)量可靠等優(yōu)點[1-2]。

連續(xù)鋼桁-混凝土結(jié)合梁通常采用橋面板分塊預(yù)制、分段澆筑濕接縫和剪力槽混凝土的方法實現(xiàn)橋面板與鋼桁梁的結(jié)合,但研究發(fā)現(xiàn)濕接縫區(qū)混凝土存在收縮、易開裂等問題[3],尤其是新老混凝土結(jié)合面最先開裂[4-5]。孟加拉帕德瑪大橋鋼-混結(jié)合梁在充分發(fā)揮鋼與混凝土各自優(yōu)勢的基礎(chǔ)上,采用了一種不同于常規(guī)的鋼桁-橋面板結(jié)合方法:橋面板分塊在預(yù)制場進行匹配預(yù)制,橋上通過膠拼連接為整體,分區(qū)段進行永久預(yù)應(yīng)力張拉、孔道壓漿,整聯(lián)橋面板安裝后澆筑剪力釘(環(huán))槽口混凝土將橋面板與連續(xù)鋼桁梁疊合[6],形成精度較高、質(zhì)量可靠、受力合理的結(jié)合梁。

橋面板的預(yù)制可采用長線法和短線法。長線法的精度控制較好,但需占用較大的預(yù)制場地,適用于橋面板尺寸不變的直線段;短線法不需要較大的預(yù)制場地,但模板投入量大。孟加拉國帕德瑪大橋主橋為大跨度曲線連續(xù)梁,公路橋面板預(yù)制中采用了長短線結(jié)合法。

1 工程概況

1.1 主橋結(jié)構(gòu)

孟加拉國帕德瑪大橋(Padma Bridge in Bangladesh)位于首都達卡偏西南約40km處,橫跨帕德瑪(Padma)河。大橋主橋由7聯(lián)大跨度鋼桁-混凝土結(jié)合連續(xù)梁組成,橋式布置為6×(6×150)m+1×(5×150)m,上層為雙向4車道公路,下層為單線鐵路。鋼主梁為全焊接鋼桁梁結(jié)構(gòu),主桁梁采用2片無豎桿的三角桁形式,兩桁梁中心距12m,節(jié)間長18.75m,墩頂處上弦節(jié)點設(shè)上橫梁。主橋路面控制線設(shè)置有R=15 000m及R=3 000m平曲線,公路橋面為預(yù)制預(yù)應(yīng)力(縱向)混凝土橋面板[7],橋面板通過剪力釘(環(huán))槽口與鋼桁梁進行結(jié)合。典型曲線段混凝土橋面板平面如圖1所示,橋面板與鋼桁梁結(jié)合如圖2所示。

圖1 典型曲線段公路橋面板平面Fig.1 Plan of typical curved section of roadway deck

圖2 橋面板與鋼桁梁結(jié)合Fig.2 Connecting slabs and steel trusses

1.2 公路橋面板

1)橋面板結(jié)構(gòu)特點

橋面板橫橋向?qū)?1.25m,以鋼桁梁中心線為界,向兩側(cè)設(shè)3%的橫坡,橋面板橫斷面如圖3所示。

圖3 混凝土橋面板橫斷面Fig.3 Cross-section of concrete slab

橋面板結(jié)構(gòu)具有以下特點:由于鋼桁梁每跨為直線,墩頂以大折線代替曲線,因而公路橋面中心線與鋼梁中心線有偏移;由于橋面板的曲線是通過橋面板兩側(cè)翼緣板寬度的變化實現(xiàn)的,故橋面板尺寸多變;為適應(yīng)鋼梁的折角,墩頂設(shè)置了扇形板;橋面板底面設(shè)置有長9.9m、高465mm、厚350mm的橫橋向加勁肋板。上述特點使橋面板預(yù)制精度和質(zhì)量控制難度大。

2)橋面板分塊

每孔橋面板除墩頂附近2條、跨中1條150mm寬的濕接縫,以及伸縮縫處橋面板采用原位現(xiàn)澆法施工外,其余均采用橫向整幅、縱向分塊法預(yù)制架設(shè)。橋面板在18.75m標準節(jié)間內(nèi)縱橋向按2×2m+5×2.15m+2×2m分塊布置;墩頂非標準節(jié)間按2×2m+150mm現(xiàn)澆縫+V1(變寬扇形板)+3×2.15m+V2(變寬扇形板)+150mm現(xiàn)澆縫+2×2m分塊布置;2m和2.15m橋面板均為標準塊。全橋共2 917塊預(yù)制橋面板。墩頂非標準節(jié)間橋面板分塊如圖4所示。

圖4 墩頂非標準節(jié)間橋面板分塊Fig.4 Division of concrete slabs in pier-top non-typical panel

2 橋面板長短線結(jié)合預(yù)制法

在帕德瑪河兩岸各設(shè)置1個預(yù)制場,場內(nèi)設(shè)置標準塊預(yù)制臺座和扇形塊預(yù)制臺座。根據(jù)橋面板預(yù)制數(shù)量,兩岸共設(shè)置有7個標準預(yù)制臺座和2個扇形臺座。

1個標準預(yù)制臺座包括10個標準板長度,其中1個為匹配板安裝位置,9個為預(yù)制板位置。標準塊橋面板預(yù)制方法如圖5所示。橋面板預(yù)制前,9塊底模拼裝為一個整體;先預(yù)制奇數(shù)塊橋面板,再預(yù)制偶數(shù)塊橋面板,待偶數(shù)塊橋面板混凝土強度達到45MPa后,通過千斤頂和鋼絞線拖拉底模板系統(tǒng),使單塊橋面板底模及相應(yīng)橋面板在滑道梁上水平滑移,相鄰橋面板匹配面脫離,逐塊吊離;將9號塊吊至匹配臺座作為下一輪預(yù)制的起始塊,進行下一輪橋面板匹配預(yù)制,形成一種長短線結(jié)合的匹配預(yù)制施工方法。同一組底模連續(xù)匹配預(yù)制一孔濕接縫之間的標準橋面板。

圖5 標準橋面板預(yù)制示意Fig.5 Precasting method of typical concrete slabs

扇形橋面板采用已預(yù)制完成的相鄰標準橋面板作為匹配板,在單獨臺座上進行預(yù)制。由于扇形板一側(cè)設(shè)置有濕接縫,因此只需要1塊相鄰橋面板與之匹配即可。扇形橋面板預(yù)制方法如圖6所示。先在標準臺座6～8號位置預(yù)制墩頂中心3塊2.15m標準橋面板,再分別用6,8號橋面板作為匹配板,在扇形板預(yù)制臺座上匹配預(yù)制相鄰扇形板。

圖6 扇形橋面板預(yù)制示意Fig.6 Precasting method of non-typical concrete slabs

3 橋面板預(yù)制施工

3.1 測量控制

由于鋼-混結(jié)合梁橋為多跨曲線連續(xù)梁,而鋼桁梁以150m跨大折線形式設(shè)置,橋面板預(yù)制時的測量控制非常重要。

1)測量控制體系

考慮到鋼桁梁中心線除在墩頂位置存在轉(zhuǎn)角外,其余位置均為直線,故在預(yù)制區(qū)以預(yù)制橋面板的鋼桁梁中心線為基準線,建立測量控制體系。

2)匹配節(jié)段定位

匹配節(jié)段安裝時,使剪力釘槽口中心線與鋼桁梁中心線對稱平行,通過測量匹配面與待預(yù)制節(jié)段模板之間的距離和高程來精確調(diào)整、定位匹配節(jié)段。

3)標準板底模和端模定位

精確定位中間位置(5號橋面板)的預(yù)制板底模,并與模板支架焊接固定牢靠,其余預(yù)制板底模縱向滑移就位后對其安裝位置進行復(fù)測,確保每組預(yù)制臺座底模上剪力釘槽口中心線與鋼桁梁中心線對稱平行。端模安裝位置和標高以預(yù)制橋面板匹配面在剪力釘槽口中心線上的2個測量控制點進行測量控制。通過測量2個控制點到鋼桁梁中心線的距離及相對標高,對端模的安裝位置、標高及預(yù)制橋面板頂面橫坡坡度進行控制。

4)側(cè)模定位

由于鋼桁梁中心線兩側(cè)各10m范圍內(nèi)的橋面板尺寸不變,僅bE,bW值隨橋梁平曲線變化而不同,先確定橋面板預(yù)制參數(shù)bE,bW后,通過調(diào)節(jié)絲桿調(diào)整側(cè)模的安裝位置,使其滿足設(shè)計要求尺寸。橋面板測量定位如圖7所示。

圖7 橋面板測量定位示意Fig.7 Measurement and positioning of slab

3.2 預(yù)制臺座與底模系統(tǒng)

根據(jù)橋面板預(yù)制場地基情況,預(yù)制臺座采用高壓旋噴樁+墊層+鋼筋混凝土基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式[8-10]。

由于橋面板底部設(shè)有豎向肋板,橋面板無法相對底模水平移動后脫模,預(yù)制中采用了一種橋面板與底模一起滑動的脫模系統(tǒng)。預(yù)制節(jié)段底模由桁架結(jié)構(gòu)支撐,桁架結(jié)構(gòu)下部設(shè)置滑道梁,橋面板可以與底模一起水平縱向移動,5號塊除外的8塊底?？稍阡摻g線的牽引下分別滑動,使匹配面分離后再起吊脫模,避免了帶肋橋面板在豎向起吊過程中與相鄰橋面板產(chǎn)生碰撞。預(yù)制臺座及底模系統(tǒng)如圖8所示。

圖8 預(yù)制臺座及底模系統(tǒng)Fig.8 Precast pedestal and bottom mold system

3.3 端模與側(cè)模

同一臺座的9塊橋面板,先澆筑奇數(shù)塊,后澆筑偶數(shù)塊,僅奇數(shù)塊需安裝端模,偶數(shù)塊以奇數(shù)塊的匹配面作為端模。在底模上開設(shè)固定銷孔,通過銷軸將端模下口固定于底模上,兩側(cè)端模豎向背帶頂部設(shè)置對拉桿,以承受澆筑混凝土對端模產(chǎn)生的側(cè)壓力。

為保證每個節(jié)間橋面板的長度與鋼梁長度匹配,通過對鋼梁制造廠設(shè)拱度、鋼梁安裝后自重引起的伸縮、橋面板自重引起的鋼梁伸縮、橋面板縱向預(yù)應(yīng)力張拉后橋面板縮短量及橋面板安裝時膠拼縫寬度進行分析,計算出每個節(jié)間9塊橋面板預(yù)制長度調(diào)整量,在預(yù)制每個節(jié)間最后1塊奇數(shù)板時,調(diào)整端模位置以對該組9塊橋面板的總長度進行調(diào)整,避免誤差累積至下一節(jié)間。

為適應(yīng)曲線段橋面板兩側(cè)翼緣板不同的寬度值,側(cè)模設(shè)計為通過精軋螺紋螺栓與外側(cè)錨固梁連接的可調(diào)結(jié)構(gòu),在底模、端模調(diào)整就位后安裝,通過旋擰精軋螺栓的錨固螺母調(diào)整側(cè)模的位置,如圖9所示。

圖9 可調(diào)節(jié)側(cè)模Fig.9 Adjustable side formwork

3.4 鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道的制作與安裝

橋面板鋼筋在胎架上綁扎。由于剪力釘槽口內(nèi)縱、橫向鋼筋與剪力釘交錯布置,為避免橋面板安裝時鋼筋與剪力釘發(fā)生沖突,制作了剪力釘模型作為槽口內(nèi)鋼筋綁扎的定位胎具。鋼筋綁扎前,將模型放至綁扎臺座槽口位置,綁扎時參考模型上剪力釘位置,預(yù)留足夠的間隙,防止鋼筋與剪力釘發(fā)生沖突;鋼筋籠起吊入模前,在底模板對應(yīng)位置處設(shè)置剪力釘定位框架,作為鋼筋調(diào)整的參考。典型槽口剪力釘定位框架如圖10所示。

圖10 典型槽口剪力釘定位框架Fig.10 Positioning frame for shear studs of typical pocket

橋面板預(yù)應(yīng)力管道為鍍鋅鋼帶制作的波紋管,19束預(yù)應(yīng)力管道外徑為110mm,7束預(yù)應(yīng)力管道外徑為80mm。鋼筋籠綁扎完成后,按照施工圖將相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力管道安裝至相應(yīng)的位置,波紋管長度與橋面板長度基本一致,兩端與端模對齊。奇數(shù)塊橋面板的預(yù)應(yīng)力管道兩端均采用塑料堵頭封堵,堵頭上設(shè)置螺栓孔,鋼筋籠連同波紋管吊裝至模板內(nèi)后,用螺栓將塑料堵頭與端模固定,防止波紋管移動;偶數(shù)塊橋面板鋼筋籠吊裝入模后,調(diào)整預(yù)應(yīng)力孔道位置與奇數(shù)塊橋面板孔道對位,然后從兩端穿入芯棒至該組中間位置奇數(shù)塊(5號塊)橋面板的波紋管中,防止混凝土澆筑時波紋管漏漿,并確保偶數(shù)塊橋面板的波紋管在奇、偶塊接縫處的位置不發(fā)生偏移。

3.5 隔離劑

為保證奇數(shù)塊與偶數(shù)塊橋面板能順利脫開,澆筑偶數(shù)塊橋面板前,先在奇數(shù)塊橋面板匹配面上涂刷隔離劑。隔離劑配合比為脫模劑(油性)∶滑石粉=9∶1,涂刷時朝同一方向均勻涂刷2～3遍。

3.6 混凝土澆筑

鋼筋與模板檢查無誤后即可開始橋面板混凝土的澆筑?；炷翝仓樞蛉鐖D11所示,在每一側(cè)橋面板范圍內(nèi)先澆筑剪力釘槽口附近底層混凝土,再按圖中順序澆筑其他部分混凝土。

圖11 混凝土澆筑順序Fig.11 Concrete casting sequence of slab

4 拆模

奇數(shù)塊側(cè)模和端模在混凝土澆筑12h后即可拆除。模板拆除時先解除端模板上口拉桿,再拆除底口插銷,端模板與混凝土面脫離后,將端模吊走。側(cè)模通過旋轉(zhuǎn)精扎螺紋鋼螺母使其與混凝土脫離,脫離距離滿足橋面板吊離空間即可。

偶數(shù)塊橋面板混凝土強度達到45MPa后,通過千斤頂和鋼絞線拖拉底模板系統(tǒng),使底模板及相應(yīng)的橋面板在滑道梁上縱向滑移,將相鄰橋面板匹配面脫離,滑移結(jié)構(gòu)如圖12所示。

圖12 橋面板滑移拖拉結(jié)構(gòu)Fig.12 Sliding drag structure for concrete slabs

5 結(jié)語

曲線混凝土橋面板長短線結(jié)合法預(yù)制技術(shù)已成功運用于孟加拉國帕德瑪大橋。帕德瑪大橋主橋設(shè)置有平曲線,橋面板數(shù)量多、尺寸變化多、精度要求高,預(yù)制過程中通過精確的測量控制、長短線結(jié)合的匹配預(yù)制工藝和相應(yīng)的匹配預(yù)制系統(tǒng),節(jié)省了預(yù)制場地,保證了預(yù)制精度和進度,每組臺座單月可預(yù)制27塊標準橋面板,7組預(yù)制臺座單月可預(yù)制189塊標準橋面板,保證了全橋2 917塊橋面板的預(yù)制工期。該技術(shù)可為以后類似橋面板預(yù)制施工提供借鑒。