下承式鋼管混凝土梁-拱組合橋施工關(guān)鍵技術(shù)

唐 濤

(中鐵八局集團(tuán)第一工程有限公司, 重慶 400000)

梁-拱組合橋興起于21世紀(jì)初期，具有適應(yīng)能力強(qiáng)、材料利用率高、結(jié)構(gòu)受力明顯、橋型美觀、線條簡明以及體系靈動的優(yōu)點(diǎn)，在特大型橋梁中被經(jīng)常選用[1-2]。但在施工過程中，梁-拱組合橋需要進(jìn)行幾次體系轉(zhuǎn)換，施工過程中的安全問題為關(guān)鍵問題，本文對某梁-拱組合橋的各施工過程進(jìn)行詳細(xì)闡述，可為同類型橋梁的施工提供參考依據(jù)。

1 工程概況

該橋為某雙線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁-拱組合橋，跨度為(82+172+82) m，全長337.8 m。梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁，橋面寬13 m，中支點(diǎn)處局部加寬至15 m，箱底寬9.8 m[3]。鋼管混凝土拱肋計算跨度為L=172 m，設(shè)計矢跨比為1∶5，設(shè)計拱軸線方程為y=x2/215+0.8x；截面采用啞鈴形，截面高度3.1 m，弦管直徑為1.1 m，管內(nèi)及腹板內(nèi)填充C50收縮補(bǔ)償混凝土；拱肋之間設(shè)9道橫撐，拱頂為“一”型，其余為“K”型[4]。全橋共設(shè)19組吊桿，第一根吊桿距離支點(diǎn)14 m，其余吊桿中心間距為8 m。梁拱組合橋布置如圖1所示。

圖1 梁-拱組合橋布置

2 連續(xù)梁施工關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 施工流程

連續(xù)梁拱組合橋采用“先梁后拱”的方案，可充分利用梁和拱各自的強(qiáng)度，施工過程中由系梁承擔(dān)拱的推力，無需設(shè)置臨時抗推措施。連續(xù)梁的施工流程如圖2所示。

圖2 連續(xù)梁施工流程

2.2 臨時固結(jié)

為抵抗懸臂施工期間料具、鋼材、施工人員以及自重引起的不平衡荷載，在主墩頂處設(shè)置4個臨時固結(jié)支座，避免施工過程中傾覆。其安裝步驟為：①按照設(shè)計位置預(yù)埋臨時支座鋼筋；②依照圖紙進(jìn)行放養(yǎng)，安裝臨時支座模板；③澆筑厚度100 cm的C55混凝土；④拆除模板。在中跨合龍后可拆除主墩的臨時支座。

2.3 0#塊澆筑

0#塊采用搭設(shè)鋼管支架方式現(xiàn)澆，外側(cè)模板采用整體鋼模，內(nèi)膜頂模板、側(cè)模、內(nèi)膜、底模板采用組合鋼模板，對拉桿結(jié)合外支架橫桿支撐的方式加固，為保證施工質(zhì)量，分2次進(jìn)行澆筑。0#澆筑橫斷面布置如圖3所示。

圖3 0#澆筑橫斷面布置

澆筑順序：先對稱交替澆筑底板、橫隔板、腹板混凝土；頂板較寬，從兩側(cè)腹板向中間澆筑；最后澆筑各翼緣板混凝土，從內(nèi)側(cè)澆筑至外側(cè)，左右翼緣板對稱澆筑。

2.4 其余梁體澆筑

懸臂段采用三角形后支點(diǎn)掛籃對稱澆筑，共分為83個懸臂節(jié)段，每個懸臂澆筑節(jié)段在強(qiáng)度、彈性模量達(dá)到設(shè)計值的90%且不小于5天齡期后才進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，養(yǎng)護(hù)天數(shù)不少于15天。

邊跨現(xiàn)澆采用碗扣支架法，澆筑長度為4.9 m。現(xiàn)澆施工流程為：地基硬化與處理—現(xiàn)澆支架施工—底模系統(tǒng)架設(shè)—支架預(yù)壓—鋼筋及模板安裝—澆筑混凝土—預(yù)應(yīng)力張拉—箱體養(yǎng)護(hù)。

2.5 體系轉(zhuǎn)化

利用掛籃進(jìn)行邊合龍，合龍后拆除邊跨支架，完成由雙懸臂梁向兩單懸臂梁的第一次體系轉(zhuǎn)換。將一側(cè)掛籃移至中跨合龍段，在掛籃上完成中跨合龍段的施工，拆除中墩臨時固結(jié)支座，實(shí)現(xiàn)由兩單懸臂梁向三跨連續(xù)梁的第二次體系轉(zhuǎn)換。

3 鋼管拱肋施工關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 拱肋制造

弦管設(shè)計選材為Q345qD，拱腳部分φ1100×24 mm，其余部分為φ1100×20 mm，拱肋劃分為15個運(yùn)輸節(jié)段，其制作標(biāo)準(zhǔn)和精度滿足規(guī)范要求[5-6]。拱肋弦管、橫撐采用直縫管，折線起拱，鋼管對接應(yīng)避免十字交叉焊縫。焊接時直縫管錯縫如圖4所示。

圖4 直縫管錯縫

3.2 拱肋施工

鋼管拱施工主要劃分為：鋼管支墩安裝、主拱肋安裝、橫撐安裝、鋼管支墩拆除、澆筑上下弦管內(nèi)混凝土、綴板內(nèi)混凝土澆筑、吊桿安裝與初張拉、完成存梁80天及二期恒載后吊桿最終張拉。

(1)鋼管支墩安裝：采用萬能桿件拼裝，單個支墩為2 m×2 m截面，橫向采用桿件連接成門式結(jié)構(gòu)；所有臨時支墩之間縱向增加連接系，臨時支墩最大高度33 m。鋼管支墩安裝總體布置圖如圖5所示。

(2)主拱肋安裝：拱肋采用分節(jié)段吊裝至鋼管支墩頂進(jìn)行節(jié)段的對接，吊裝施工順序為：從拱腳連接段開始，由兩邊向中間進(jìn)行吊裝作業(yè)，最后吊裝2 m合龍段，在安裝拱肋相應(yīng)節(jié)段時同步安裝拱肋間的連接橫撐，并焊接節(jié)段接頭和橫撐接頭，防治側(cè)傾。

(3)橫撐安裝及支墩拆除：K撐吊裝從橋梁兩端順次進(jìn)行，吊裝一段焊接一段；橫撐安裝完后拆除支墩。

(4)澆筑上下弦管內(nèi)混凝土及綴板內(nèi)混凝土澆筑：混凝土等級為C50微膨脹，澆筑采用泵送法自拱腳向拱頂逐段逐級壓注完成，同一拱肋鋼管采取兩岸同時施工，橋兩半跨對稱載入，鋼管內(nèi)混凝土的進(jìn)度差不超過5 m，遵循“逐步成拱，逐級載入，外力釋放，間期縮短”的原則。弦管內(nèi)混凝土澆筑完后，按設(shè)計要求分段澆筑綴板內(nèi)C50微膨脹混凝土。

(5)吊桿安裝與初張拉：拱肋混凝土達(dá)到設(shè)計規(guī)定強(qiáng)度的90%后，安裝吊桿，上端穿過拱肋，錨于拱肋上緣張拉底座，下端錨于吊點(diǎn)橫梁下緣固定底座，拱肋端為張拉端。吊桿的張拉采用均勻?qū)ΨQ張拉，張拉索力的均勻和準(zhǔn)確性在±1%的精度內(nèi)。

(6)完成存梁80天及二期恒載后吊桿最終張拉：最終張拉順序同初始張拉順序。

圖5 鋼管支墩安裝總體布置

4 施工監(jiān)控的方案

4.1 線性監(jiān)控

線形監(jiān)測的目的主要是獲取已形成結(jié)構(gòu)的實(shí)際幾何形態(tài)，他對施工控制及預(yù)報非常關(guān)鍵。

主梁梁段的高程測點(diǎn)在梁段的鋼筋綁扎階段進(jìn)行預(yù)埋。每一個階段在掛籃前移就位后、立模綁扎鋼筋后、混凝土澆筑完成后進(jìn)行主梁高程測量，測量的精度要求為1 mm。對單箱結(jié)構(gòu)，在斷面布置6個測點(diǎn)，高程測點(diǎn)布置如圖6所示。

圖6 主梁高程測點(diǎn)布置

拱肋線性監(jiān)測的監(jiān)測點(diǎn)由加工方在工廠試拼時制作永久性監(jiān)測點(diǎn)，測點(diǎn)設(shè)在每節(jié)段前端后退約50 cm上弦鋼管頂面處，每根拱肋的上、下弦管均設(shè)置測點(diǎn)，在拱頂處增設(shè)1個監(jiān)測點(diǎn)，另外在拱肋支架頂部各布置一個測點(diǎn)，監(jiān)測其縱橫向的位移變化。

4.2 應(yīng)力監(jiān)測

結(jié)構(gòu)截面的應(yīng)力監(jiān)測是施工監(jiān)測的主要內(nèi)容之一，本橋為連續(xù)梁-拱組合橋，主梁和拱肋是主要的受力部位，是應(yīng)力監(jiān)測的重點(diǎn)。

全橋主梁共設(shè)置4個應(yīng)力監(jiān)測斷面，每斷面布置8個測點(diǎn)，總計32個測點(diǎn)，主梁應(yīng)力監(jiān)測截面及測點(diǎn)布置如圖7所示。

圖7 主梁應(yīng)力截面及測點(diǎn)布置

圖8 拱肋應(yīng)力監(jiān)測截面及測點(diǎn)布置

拱肋應(yīng)力測點(diǎn)布置于拱肋的上、下弦管，應(yīng)力監(jiān)控截面為左拱腳、1/8拱、1/4拱、3/8拱、拱頂、5/8拱、3/4拱、7/8拱以及右拱腳截面，共9個斷面。每根拱肋的橫撐桿件的中部布置一個測點(diǎn)，總計70個測點(diǎn)，拱肋應(yīng)力監(jiān)測截面及測點(diǎn)布置如圖8所示。

4.3 吊桿索力監(jiān)測

為控制吊桿張拉力的精度，調(diào)整主拱內(nèi)力，保證橋面線形，需要對吊桿的張拉力進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。該橋吊桿采用以千斤頂壓力表量測為主、索力儀(CDJM-268-2型)量測為輔的方法進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測。索力動力儀如圖9所示。

圖9 索力動力儀

5 結(jié)束語

通過工程實(shí)踐證明，該下承式鋼管混凝土梁-拱組合橋施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)是可行的。該橋連續(xù)梁及鋼管混凝土拱肋的施工方案、施工流程以及施工監(jiān)控方案可為同類橋梁的施工提供基礎(chǔ)資料和參照，具有較大的借鑒意義。