結(jié)合梁斜拉橋低溫施工技術(shù)

蔣小奎

(甘肅長(zhǎng)達(dá)路業(yè)有限公司,甘肅蘭州 730070)

結(jié)合梁斜拉橋低溫施工技術(shù)

蔣小奎

(甘肅長(zhǎng)達(dá)路業(yè)有限公司,甘肅蘭州 730070)

常溫環(huán)境下進(jìn)行結(jié)合梁斜拉橋的施工現(xiàn)在已經(jīng)有一套成熟的施工技術(shù)，但目前還沒有在寒冷地區(qū)進(jìn)行冬季施工結(jié)合梁斜拉橋的先例。難點(diǎn)主要包括:鋼梁線形的控制,鋼梁合龍口的控制,及冬季進(jìn)行濕接縫混凝土的澆筑時(shí)混凝土質(zhì)量控制等。以某結(jié)合梁斜拉橋?yàn)槔?對(duì)結(jié)合梁斜拉橋低溫施工技術(shù)及冬季施工時(shí)的過(guò)程控制進(jìn)行了討論,有關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供相關(guān)專業(yè)人員參考。

結(jié)合梁斜拉橋;低溫施工;控制要點(diǎn)

0　引言

斜拉橋由于合理地利用梁、塔和高強(qiáng)度斜拉索各自的材料和力學(xué)特點(diǎn),在跨越大的障礙或河流時(shí)常作為優(yōu)先橋型之一「1-3]。在斜拉橋的施工中,為確保工程進(jìn)度,節(jié)約時(shí)間成本,在保證橋梁安全和質(zhì)量的前提下,通常需要在冬季進(jìn)行正常施工。橋梁的冬季施工在我國(guó)南方地區(qū)不存在任何特殊問(wèn)題,但在北方寒冷地區(qū)進(jìn)行冬季施工則存在一系列需要解決的技術(shù)難題。文獻(xiàn)「4-8]介紹了冬季混凝土施工的技術(shù)問(wèn)題及階段施工的橋梁濕接縫混凝土的澆筑、混凝土溫度控制等質(zhì)量控制方面的成果,為冬季橋梁施工節(jié)段拼裝梁積累了經(jīng)驗(yàn)。但目前還沒有冬季結(jié)合梁斜拉橋施工的研究成果可供參考。本文以蘭州河口大橋(結(jié)合梁斜拉橋)為例,對(duì)結(jié)合梁斜拉橋低溫施工技術(shù)及冬季施工時(shí)的過(guò)程控制進(jìn)行了較為全面的討論。

1　工程概況

河口大橋主橋?yàn)锳型雙塔雙索面鋼-混凝土結(jié)合梁半漂浮體系斜拉橋,為蘭永一級(jí)公路重點(diǎn)控制性工程,主梁采用工字鋼+混凝土橋面板結(jié)合梁型式,跨徑布置為:177 m+360 m+177 m =714 m,邊跨(距主塔中心線100 m處)設(shè)置輔助墩。全橋設(shè)置縱坡,自主梁中心線分界,蘭州方向坡度.24%,永靖方向坡度1.68%,橋面橫坡為2%人字坡,見圖1。

圖1　結(jié)合梁斜拉橋(單位:m)

主梁采用工字鋼-混凝土結(jié)合梁,結(jié)合梁全寬26.0 m,梁高2.83 m(鋼主梁中心處)、3.06 m(橋梁中心處)。橋面板厚度25 cm。結(jié)合梁的鋼梁主要由工字形縱梁與橫梁構(gòu)成,橫梁之間設(shè)置3道小縱梁,鋼主梁上采用錨拉板的斜拉索錨固構(gòu)造形式。主梁梁段間采用M30高強(qiáng)螺栓工地連接。塔根處縱梁長(zhǎng)度為16 m,其余段梁標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為12 m,縱梁接頭設(shè)在兩橫梁中間部位?；炷翗蛎姘搴穸葹?5 cm。主縱梁、鋼橫梁、小縱梁均采用工字型截面,見圖2。

圖2　標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段鋼工字梁拼裝示意圖

主梁施工采用懸臂法和支架法結(jié)合的方法。橋塔附近0#塊和1#塊采用支架法施工;邊跨14#塊采用支架施工;橋塔兩側(cè)從2#塊開始主梁采用懸臂拼裝法施工;每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)梁段的施工都將歷經(jīng):橋面吊機(jī)起吊鋼主梁節(jié)段并拼裝、斜拉索第一次張拉、安裝混凝土橋面板、澆筑濕接縫混凝土、斜拉索第二次張拉(張拉至初張力);邊跨14#梁段支架搭設(shè)、拼裝14#梁段并澆澆端橫梁混凝土、合龍邊跨13#、14#段;中跨合龍時(shí)合龍段采用自然溫度法合龍。中跨合龍后,為了減少由于溫度變化所引起的結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響,盡快解除下橫梁和輔助墩處臨時(shí)固結(jié)設(shè)施。拆除橋面吊機(jī),于輔助墩和交界墩頂梁段第二次施加永久壓重。二次調(diào)索在二期恒載完成后進(jìn)行。

河口黃河大橋從2014年11初開始已進(jìn)入冬季施工,在2014年12月底合龍。經(jīng)查閱歷年氣象、氣溫資料,并根據(jù)施工單位在氣象局獲得的氣象數(shù)據(jù),河口鄉(xiāng)在合龍氣溫在-15℃～5℃,日平均溫度低于設(shè)計(jì)合龍溫度12℃～15℃。

2　結(jié)合梁斜拉橋冬季施工技術(shù)要點(diǎn)

結(jié)合梁斜拉橋冬季施工包括如下技術(shù)要點(diǎn):

(1)制定全面合理的冬季施工技術(shù)方案;

(2)低溫條件下橋面板混凝土濕接縫的溫度控制和質(zhì)量保證體系;

(3)低溫條件下鋼梁的拼裝及合龍段鋼主梁精確的下料長(zhǎng)度和切口角度計(jì)算;

(4)低溫條件下斜拉索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度及安裝;

(5)低溫條件下斜拉橋的施工控制,特別是主梁標(biāo)高控制以及合龍段的安裝控制等。

由于低溫條件下橋面板混凝土濕接縫的溫度控制與質(zhì)量保證體系與階段施工的連續(xù)梁橋有相似之處,這里不詳細(xì)討論。本文重點(diǎn)介紹上述后三個(gè)方面內(nèi)容的技術(shù)特點(diǎn)。

3　溫度影響分析

3.1對(duì)結(jié)構(gòu)整體受力及變形的影響

根據(jù)施工進(jìn)度安排,河口大橋預(yù)計(jì)在2014年12月底合龍。經(jīng)查閱歷年氣象、氣溫資料,并根據(jù)施工單位在氣象局獲得的氣象數(shù)據(jù),河口鄉(xiāng)在合龍當(dāng)日氣溫低于設(shè)計(jì)合龍溫度15℃左右。經(jīng)計(jì)算,若結(jié)合梁在低于設(shè)計(jì)合龍溫度15℃的情況下不采取溫度效應(yīng)補(bǔ)償措施的自然合龍方案,相較于原設(shè)定的合龍溫度,增大了升溫影響效應(yīng),在最不利組合下,橋面板拉應(yīng)力增加0.6 MPa,鋼梁應(yīng)力增加12 MPa,位移增加1.8 cm。即使對(duì)成橋索力進(jìn)行調(diào)整,也難達(dá)到原設(shè)計(jì)的理想狀態(tài);另外施工單位已按原設(shè)計(jì)合龍溫度下料,已不具備低溫自然合龍的條件。因此,本橋采用在低溫條件下對(duì)溫度效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膹?qiáng)制合龍的方案,并提出如下措施:

(1)早確定強(qiáng)制合龍溫度,以便據(jù)此計(jì)算合龍段拼接板調(diào)整后的孔位及合龍段匹配角。

(2)監(jiān)控單位應(yīng)對(duì)合龍前誤差進(jìn)行系統(tǒng)分析,包括鋼梁實(shí)際壓縮量、錨固點(diǎn)實(shí)際坐標(biāo)等參數(shù),作為狀態(tài)調(diào)整的依據(jù)。

(3)提前做好強(qiáng)制合龍方案,拼接板孔位及匹配角調(diào)整需在合龍前進(jìn)行。塔梁固結(jié)解除約束后,因橋塔兩邊索力差所致,兩側(cè)梁體向跨中方向理論移動(dòng)7 cm,須做好限位措施,使主梁在控制下緩慢移動(dòng)。并研究利用主梁移動(dòng)的特點(diǎn)(需考慮實(shí)際監(jiān)控情況)能否實(shí)現(xiàn)無(wú)需頂推的合龍方案。若需頂推,在橋塔處向跨中方向施加100 t的水平推力,梁體可移動(dòng)3.8 cm。考慮到解除臨時(shí)固結(jié)、頂推可能造成的風(fēng)險(xiǎn),另外由于本橋?qū)嶋H的監(jiān)控效果非常好,本橋?qū)嶋H施工沒有采用頂推方案。

(4)中跨合龍后,按照規(guī)范規(guī)定的局部溫差溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)合梁橋面板拉應(yīng)力達(dá)2.43 MPa,存在開裂風(fēng)險(xiǎn)。要求施工單位采取保溫措施,降低局部溫差。對(duì)中跨跨中兩側(cè)30 m范圍、邊跨距支點(diǎn)40 m范圍內(nèi)的結(jié)合梁進(jìn)行覆蓋,并對(duì)保溫段和非保溫段的結(jié)合梁溫度場(chǎng)以及橋位處環(huán)境溫度分別進(jìn)行溫度連續(xù)觀測(cè),要求保溫段橋面板頂與鋼梁底溫差小于12℃,確保過(guò)冬期間橋面板不會(huì)開裂。

3.2合龍方案及合龍口基本參數(shù)確定

本橋采用先邊跨、后中跨的合龍方案。邊跨合龍按原施工方案進(jìn)行,只需在主梁標(biāo)高的控制中考慮低溫影響即可。本文重點(diǎn)討論中跨合龍過(guò)程中核心技術(shù)問(wèn)題。

中跨合龍段長(zhǎng)4 m,由兩根主梁、一道橫梁、六道小縱梁組成,見圖3。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度為15℃,因工期要求,合龍時(shí)間在12月份下旬,河口氣溫5℃～-15℃。經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)控和施工單位充分溝通,選擇合適的合龍時(shí)間、溫度、確定合龍口合龍寬度,力爭(zhēng)合龍后主梁在基準(zhǔn)溫度梁長(zhǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)理論值。

圖3　中跨合龍段鋼梁結(jié)構(gòu)圖(單位:mm)

(1)合龍溫度確定

主梁中跨合龍口12月22日0時(shí)20分調(diào)整完成。從12月22日8時(shí)30分開始觀測(cè),連續(xù)觀測(cè)4 h。分析測(cè)量數(shù)據(jù),結(jié)合天氣情況,避免主梁陽(yáng)光偏曬引起梁體“旁偏”,最終確定合龍時(shí)合龍口的溫度。

(2)鋼梁中跨壓縮量值

設(shè)計(jì)采用調(diào)整鋼梁接縫寬度來(lái)實(shí)際鋼梁壓縮量的補(bǔ)償,中跨壓縮量設(shè)計(jì)的理論壓縮量為7 mm。經(jīng)監(jiān)控單位根據(jù)實(shí)測(cè)索力,并比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際線形,通過(guò)模型計(jì)算(按成橋索力),中跨壓縮量為76.2 mm。根據(jù)實(shí)測(cè)逐個(gè)梁段加工長(zhǎng)度以及梁段間接縫寬值,計(jì)算出理論梁長(zhǎng),再通過(guò)精確測(cè)量,得出實(shí)際梁長(zhǎng),兩者數(shù)據(jù)差則為實(shí)測(cè)壓縮量。為保證數(shù)據(jù)對(duì)比環(huán)境條件相同,測(cè)量時(shí)間選擇在與合龍溫度大致相同的時(shí)間進(jìn)行,最后對(duì)加工梁長(zhǎng)(15℃)進(jìn)行溫度修正,得出現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)壓縮量為81 mm。

(3)合龍口分析

設(shè)計(jì)合龍口寬度如見圖4(a),合龍口觀測(cè)寬度見圖4(b)。根據(jù)實(shí)測(cè)合龍口寬度與設(shè)計(jì)合龍口寬度對(duì)比,兩者相差約22 mm。

圖4　中跨合龍口寬度

(4)主梁合龍口線形調(diào)整

為確保中跨合龍口附近梁段的相對(duì)幾何關(guān)系,滿足合龍梁段附近梁段線形相對(duì)偏差控制在mm以內(nèi)的要求,通過(guò)局部14#拉索索力部分調(diào)整(由于線形控制很好,本橋索力調(diào)整量很小),中跨合龍段附近梁段線形見圖5(圖中數(shù)值為與設(shè)計(jì)成橋標(biāo)高的差值,單位為mm)。

圖5　中跨合龍前主梁線形

(5)合龍段安裝

在早晨氣溫較低時(shí)吊裝合龍段兩根主梁,與2號(hào)主塔側(cè)13號(hào)鋼梁高強(qiáng)螺栓連接,見圖6。

圖6　中跨合龍

4　施工控制效果

河口大橋雖然經(jīng)歷冬季施工和冬季最低溫度期間的合龍,但由于在監(jiān)控指令中準(zhǔn)確考慮了低溫等各種影響因素,加上冬季施工措施得當(dāng)、合龍口參數(shù)估計(jì)精確,河口結(jié)合梁斜拉橋在低溫條件下合龍非常順利。2015年4月(全面鋪裝前)在正常溫度后對(duì)橋梁的線形、索力、應(yīng)力進(jìn)行了全面測(cè)試,表明結(jié)構(gòu)處于十分理想的受力和線形狀態(tài):索力最大誤差為7%,標(biāo)高最大誤差為3.7 cm。二次調(diào)索后主梁的報(bào)告誤差曲線見圖7。

圖7　索力調(diào)整后主梁的標(biāo)高差異曲線

5　結(jié)語(yǔ)

本文以蘭永一級(jí)公路河口特大橋?yàn)楣こ瘫尘?對(duì)結(jié)合梁斜拉橋低溫施工技術(shù)及冬季施工時(shí)的過(guò)程控制進(jìn)行了研究,得到以下主要結(jié)論:

(1)結(jié)合梁斜拉橋的施工監(jiān)控十分主要,只有在施工過(guò)程中準(zhǔn)確控制了主梁線形、橋塔偏位和索力(包括應(yīng)力),其它后續(xù)施工才能更好地進(jìn)行。特別是冬季低溫施工過(guò)程中,邊跨合龍(包括輔助墩影響)后,由于對(duì)于橋塔兩側(cè)結(jié)構(gòu)邊界的不對(duì)稱,溫度對(duì)中跨側(cè)標(biāo)高的影響非常大,應(yīng)在施工控制中額外重視;

(2)應(yīng)建立低溫條件下橋面板混凝土濕接縫的溫度控制和質(zhì)量保證體系;

(3)應(yīng)對(duì)低溫條件下鋼梁合龍段下料長(zhǎng)度和切口角度進(jìn)行精確估算;

(4)邊跨合龍后,在低溫條件下邊跨最后一根索的安裝會(huì)比較困難,因此在計(jì)算最后一根斜拉索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)考慮低溫影響。

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U445.4

B

1009-7716(2015)12-0101-03

2015-08-10

蔣小奎(1969-),男,甘肅甘谷人,高級(jí)工程師,從事公路建設(shè)項(xiàng)目管理工作。