峽谷混凝土斜拉橋主梁全懸澆施工技術(shù)

蔣亮，劉成，劉冬冬，杜磊*

（1.貴州高速公路集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000；2.貴州省交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督局，貴州 貴陽(yáng) 550000；3.中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋（PC斜拉橋）充分發(fā)揮了混凝土材料的抗壓性能和斜拉索的抗拉性能，且混凝土主梁具有可就地取材、受施工環(huán)境限制小的特點(diǎn)，在山區(qū)應(yīng)用廣泛。斜拉橋輔助墩能夠改善斜拉橋整體的受力狀況，顯著提高全橋的整體剛度，降低主梁撓度位移值，提高結(jié)構(gòu)的整體抗風(fēng)和抗震效應(yīng)，帶輔助墩的斜拉橋結(jié)構(gòu)已經(jīng)比較普遍。

但由于輔助墩的存在，PC斜拉橋輔助墩過(guò)渡墩間邊跨主梁無(wú)法進(jìn)行掛籃懸澆，通常采用支架法、支架法+前支點(diǎn)掛籃進(jìn)行施工，而在山區(qū)峽谷等復(fù)雜地形條件下，斜拉橋輔助墩過(guò)渡墩間主梁支架施工面臨以下難題。

1）超高支架剛度低，線形控制困難，支架受溫度影響大，已澆梁段和新澆梁段間極可能因溫度影響產(chǎn)生裂縫，質(zhì)量控制困難。

2）山區(qū)陡坡地形地基承載力不足，支架搭設(shè)難度大，且超高支架設(shè)置多道橫向連接，焊接量大，施工過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)高，且材料耗費(fèi)大。

3）支架法施工輔助墩過(guò)渡墩間主梁，雖能提前結(jié)束雙懸澆施工狀態(tài)，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，但受中跨懸澆影響，無(wú)法節(jié)約主線工期。

1 工程概況

烏江大橋?yàn)殡p塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，跨徑布置為（40+110+320+110+40）m，全橋共設(shè)4伊25對(duì)鋼絞線斜拉索，塔墩處設(shè)支座，縱向半漂浮體系，邊跨設(shè)輔助墩，輔助墩附近設(shè)置大容重混凝土壓重。

烏江大橋主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁箱梁，全橋共105個(gè)梁段，包含2個(gè)0號(hào)塊，2個(gè)邊跨現(xiàn)澆段和1個(gè)中跨合龍段。箱梁寬37.6 m，中邊跨各設(shè)置25個(gè)梁段，標(biāo)準(zhǔn)梁段長(zhǎng)度為6 m雙邊箱結(jié)構(gòu)，邊跨19~25號(hào)梁段處在密索區(qū)，為4.4 m的單箱四室結(jié)構(gòu)，輔助墩墩頂17號(hào)、18號(hào)梁段間設(shè)3 m寬橫梁。邊中跨主梁采用載荷720 t智能化前支點(diǎn)掛籃懸澆施工[1]。

烏江大橋輔助墩過(guò)渡墩間主梁距地面最大高度達(dá)101 m，主梁下方為山區(qū)大陡坡（40毅）地形，材料設(shè)備進(jìn)場(chǎng)困難，且地表溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，可見(jiàn)溶溝、溶槽、溶洞等，支架搭設(shè)的地基處理復(fù)雜。搭設(shè)超高支架施工邊跨梁段難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，超高支架溫度效應(yīng)導(dǎo)致主梁質(zhì)量控制困難。因此需改進(jìn)傳統(tǒng)施工工藝，實(shí)現(xiàn)輔助墩過(guò)渡墩間主梁無(wú)支架懸臂澆施工。針對(duì)支架法施工帶輔助墩混凝土斜拉橋主梁存在不足，提出了混凝土斜拉橋主梁全懸澆施工方法[2-4]，掛籃過(guò)輔助墩懸澆施工見(jiàn)圖1。

2 邊中跨主梁全懸澆施工工藝

2.1 邊中跨梁段概況

烏江大橋主梁形式多樣，除6 m雙邊箱標(biāo)準(zhǔn)梁段和密索區(qū)4.4 m單箱四室標(biāo)準(zhǔn)梁段外，還設(shè)有漸變段和墩頂超重梁段，梁段差別造成中邊跨不對(duì)稱(chēng)懸澆，對(duì)中邊跨混凝土梁段形式和質(zhì)量進(jìn)行分析（表1），以此制定施工總體工藝流程。

圖1 PC斜拉橋邊跨主梁掛籃過(guò)輔助墩懸澆施工Fig.1 Suspension casting construction of PC cable-stayed bridge side span main girder hanging basket over auxiliary pier

表1 烏江大橋中邊跨梁段情況Table 1 The mid-span beam section of Wujiang Bridge

2.2 主梁全懸澆施工工藝

依據(jù)梁段形式和前支點(diǎn)掛籃相關(guān)參數(shù)，制定主梁全懸臂澆筑總體施工工藝流程如圖2。

圖2 主梁全懸臂澆筑施工總體工藝流程Fig.2 Overall process of full cantilever pouring construction of main girder

3 邊中跨不對(duì)稱(chēng)懸澆施工技術(shù)

3.1 邊中跨配重懸澆施工

為實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)懸澆，需要在中跨主梁相應(yīng)位置進(jìn)行配重，配重的目的是平衡梁段重量對(duì)于塔柱中心線處的彎矩，避免懸澆過(guò)程中結(jié)構(gòu)發(fā)生傾覆，或不對(duì)稱(chēng)受力產(chǎn)生局部位移或應(yīng)力過(guò)大，造成結(jié)構(gòu)破壞。根據(jù)邊中跨不平衡梁段情況、掛籃自重及梁段長(zhǎng)度，采取在中跨配重克服不平衡彎矩[5-6]方式。配重位置設(shè)置在中跨施工梁段的前一個(gè)梁段，配重方式主要采取水箱加載法，水箱尺寸為3 m伊3 m伊3 m，單個(gè)水箱最大加載重量27 t，水箱自重1.5 t，配重水箱在主梁左右幅對(duì)稱(chēng)布置，水箱流量滿(mǎn)足混凝土澆筑施工最快速度要求。梁段配重荷載差額部分由預(yù)制混凝土塊補(bǔ)充，預(yù)制混凝土塊規(guī)格為1 m伊1 m伊1 m，單個(gè)重量2.5 t。

3.2 墩頂超重梁段懸澆施工

輔助墩墩頂梁段17號(hào)、18號(hào)塊支座處設(shè)置有3 m寬橫梁，輔助墩墩頂梁段質(zhì)量達(dá)924 t，超過(guò)掛籃載荷720 t，因此輔助墩墩頂梁段采取分次澆筑法進(jìn)行施工，17號(hào)塊設(shè)置1.5 m后澆段，18號(hào)塊設(shè)置1 m后澆段，以實(shí)現(xiàn)掛籃懸澆施工，梁段劃分見(jiàn)圖3。

圖3 墩頂超重梁段分次澆筑劃分圖Fig.3 Dividing chart of graded casting of overweight beam section on pier top

3.3 輔助墩過(guò)渡墩間主梁懸澆

通過(guò)中跨配重，實(shí)現(xiàn)掛籃邊中跨對(duì)稱(chēng)懸澆，配重對(duì)稱(chēng)懸澆過(guò)程一直持續(xù)至掛籃通過(guò)輔助墩區(qū)域（22號(hào)塊），不影響輔助墩剩余節(jié)段及支座施工為止。施工墩頂超重梁段預(yù)留二次澆筑混凝土下料孔以及鐵砂混凝土配重下料口，同時(shí)還需預(yù)留墩梁臨時(shí)錨固錨桿孔并預(yù)埋錨固鋼板，在主梁相應(yīng)位置預(yù)留輔助墩墩頂模板拆裝孔和支座安裝孔，在梁底支座頂預(yù)埋鋼板。預(yù)留下料口、錨桿孔、模板安拆孔、支座安拆孔示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 掛籃過(guò)輔助墩懸澆墩頂梁段預(yù)留孔示意圖Fig.4 Schematic diagram of reserved holes in top beam section of suspension casting pier with hanging basket passing through auxiliary pier

中跨配重不對(duì)稱(chēng)懸澆至邊跨22號(hào)塊時(shí)，掛籃通過(guò)輔助墩區(qū)域，施工墩頂后澆段并安裝輔助墩支座，支座安裝完成進(jìn)行17號(hào)、18號(hào)塊二次澆筑，輔助墩參與受力，完成鐵砂混凝土壓重后，不配重施工21~25號(hào)梁段，鐵砂混凝土永久壓重。

4 輔助墩墩頂先梁后墩施工技術(shù)

為保證掛籃順利通過(guò)輔助墩，輔助墩頂需預(yù)留適當(dāng)長(zhǎng)度讓掛籃通過(guò)，支座安裝處于先澆筑梁體后安裝支座的工況，需設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)高調(diào)整和臨時(shí)錨固措施，以確保支座安裝標(biāo)高準(zhǔn)確，并不因漂浮梁體振動(dòng)而導(dǎo)致支座受拉破壞。同時(shí)輔助墩二次施工后需對(duì)輔助墩支座的受力進(jìn)行監(jiān)控，若與設(shè)計(jì)出入較大可通過(guò)斜拉索調(diào)索、增加配重等措施來(lái)調(diào)整。

4.1 輔助墩支座后安裝施工流程

掛籃通過(guò)輔助墩懸澆施工，主要解決掛籃過(guò)墩和支座后安裝問(wèn)題，輔助墩支座安裝施工見(jiàn)圖5，支座后安裝施工過(guò)程如下：

1）在輔助墩墩身施工期間預(yù)留墩頂4.2 m空間便于掛籃通過(guò)，預(yù)留空間高度包括墩頂支座墊石（120 cm）、支座（30 cm）和實(shí)心段（300 cm），墩頂預(yù)留高度應(yīng)滿(mǎn)足掛籃下放行走空間。

2）懸澆掛籃通過(guò)輔助墩后開(kāi)始施工墩頂預(yù)留節(jié)段，包括墩頂實(shí)心段和墩頂支座墊石，施工墩頂時(shí)預(yù)埋4根準(zhǔn)32 mm對(duì)拉精軋螺紋鋼。

3）調(diào)整主梁斜拉索張索力，將支座處梁底標(biāo)高調(diào)整至設(shè)計(jì)值。

4）支座標(biāo)高調(diào)整完成，通過(guò)對(duì)拉精軋螺紋鋼（受拉狀態(tài)）和對(duì)撐千斤頂（未卸荷持壓狀態(tài)）將漂浮梁體錨固鎖定。

5）安裝墩頂支座，將支座上支座板與梁底預(yù)埋鋼板焊接，安裝下支座板地腳螺栓，最后快速灌注支座墊石混凝土。

6）待支座墊石強(qiáng)度到達(dá)設(shè)計(jì)值后，可卸載千斤頂并解除精軋螺紋鋼約束，完成梁段混凝土17號(hào)、18號(hào)塊二次澆筑。

圖5 輔助墩支座后安裝施工Fig.5 Installation and construction of auxiliary pier support

4.2 支座受力調(diào)整

支座安裝完成，為保證后安裝支座受力，在支座安裝完成及橋梁合龍后，對(duì)支座應(yīng)力進(jìn)行調(diào)整，確保支座受力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

1）永久壓重

在主梁施工至22號(hào)塊時(shí)，輔助墩支座安裝完畢后，施工邊跨主梁17號(hào)塊和18號(hào)塊左右幅中箱配重鐵砂混凝土。通過(guò)永久壓重使支座承受壓應(yīng)力，施工期間和成橋后，支座與主梁不分離，并不因漂浮梁體振動(dòng)而導(dǎo)致支座受拉破壞。

2）索力調(diào)整

斜拉橋合龍成橋后，塔梁臨時(shí)固結(jié)拆除，斜拉索索力重新分布，此時(shí)需要按設(shè)計(jì)要求對(duì)索力進(jìn)行調(diào)整，一方面控制成橋線形，另一方面改善主塔支座和輔助墩支座受力。索力調(diào)整時(shí)除將索力控制在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，還需考慮支座反力多個(gè)指標(biāo)。

5 無(wú)合龍段邊跨現(xiàn)澆段施工技術(shù)

烏江大橋邊跨主梁全部采用掛籃懸澆施工，未搭設(shè)現(xiàn)澆支架用于合龍，因此烏江大橋設(shè)置邊跨現(xiàn)澆段，而未設(shè)邊跨合龍段，一方面避免了超高合龍支架搭設(shè)，另一方面使后期預(yù)應(yīng)力束管道安裝和穿束更為便利。采取在過(guò)渡墩頂搭設(shè)小支架連接懸澆掛籃作為現(xiàn)澆段施工承載結(jié)構(gòu)[7]。

5.1 邊跨現(xiàn)澆段施工支架系統(tǒng)

邊跨現(xiàn)澆段施工需解決大懸臂施工溫度效應(yīng)問(wèn)題，主要包括溫度變化帶來(lái)縱向位移和垂向位移，垂向位移通過(guò)增強(qiáng)支架系統(tǒng)小縱梁強(qiáng)度并在掛籃上設(shè)置斜撐進(jìn)行解決；為避免現(xiàn)澆段因已澆梁段縱向位移引起現(xiàn)澆段與已澆段出現(xiàn)相對(duì)位移，在過(guò)渡墩頂支架主橫梁與小縱梁間設(shè)置層間涂黃油的不銹鋼板。掛籃與支架系統(tǒng)焊接在一天中溫度最低時(shí)進(jìn)行，確保支架各層緊貼不出現(xiàn)脫空。邊跨現(xiàn)澆段支架見(jiàn)圖6。

圖6 邊跨現(xiàn)澆段施工支架Fig.6 Construction support for side span cast-in-situ section

5.2 邊跨現(xiàn)澆段施工材料與時(shí)機(jī)選擇

邊跨現(xiàn)澆段使用微膨脹混凝土進(jìn)行施工，膨脹率0.02%，使混凝土不因失水干縮而產(chǎn)生裂縫[8]；現(xiàn)澆段施工在一天溫度最低時(shí)快速施工完畢，當(dāng)溫度升高時(shí)，現(xiàn)澆段新澆混凝土處于升溫膨脹凝結(jié)狀態(tài)，不出現(xiàn)不利拉應(yīng)力。

6 結(jié)語(yǔ)

帶輔助墩混凝土斜拉橋邊跨主梁通常采用支架法現(xiàn)澆，該方法雖能提前結(jié)束雙懸臂澆筑狀態(tài)，但峽谷地區(qū)混凝土斜拉橋受地形地理?xiàng)l件影響，支架法施工面臨諸多安全、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)且成本高。采取“中跨配重+輔助墩支座后安裝”全懸臂澆筑方法，實(shí)現(xiàn)了超高墩邊跨梁段無(wú)支架施工，并采取措施實(shí)現(xiàn)了無(wú)合龍段邊跨現(xiàn)澆段施工，該方法較支架法施工輔助墩過(guò)渡墩間主梁更為方便，經(jīng)濟(jì)效益明顯，具有推廣意義。