高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋上部結(jié)構(gòu)施工控制

王將

摘要 以某位于山谷溝壑地區(qū)的大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋為例，在概述主墩結(jié)構(gòu)特征及施工控制難點的基礎(chǔ)上，擬定出連續(xù)剛構(gòu)橋上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆段施工方案，對主橋懸澆施工控制、高墩邊孔現(xiàn)澆施工控制及合龍段施工控制等方面進行深入探討。結(jié)果表明，連續(xù)剛構(gòu)橋受力狀態(tài)較好，施工工藝簡單，技術(shù)成熟，經(jīng)濟適用性強，施工難度主要隨墩高和跨徑增大而增大;必須從主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計、懸臂澆筑、高墩邊孔現(xiàn)澆及合龍段施工等方面加強控制，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞 高墩;大跨徑;連續(xù)剛構(gòu)橋;上部結(jié)構(gòu);施工控制

中圖分類號 U445.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0108-03

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋因主墩分擔部分彎矩，主梁跨度整體比連續(xù)梁橋大，主墩順橋向抗推剛度還能同時起到抵抗主梁溫度和收縮徐變效應(yīng)的作用，故該橋梁型式在山區(qū)深谷溝壑中應(yīng)用廣泛。但是高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計時，隨著主梁跨徑和主墩高度的增大，高墩在平衡全橋受力的同時，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性控制難度也隨之增大。當前大量的理論研究主要針對高度在80 m以下的傳統(tǒng)雙肢薄壁墩展開，而大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋主墩高墩一般在100 m以上，甚至與主梁跨徑相當，橋墩也采用雙肢薄壁箱型組合墩[1]。為此，必須進行該橋梁型式組合墩裸墩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析，為高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計及施工提供借鑒參考。

1 工程概況

某大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋跨越深度180 m的山谷，主橋設(shè)計跨徑（106+200+106）m，主梁按照變截面單箱單室混凝土箱梁設(shè)計，主墩處和跨中設(shè)計高度分別為12.5 m和4.5 m，主墩采用墩高80.0 m和177.4 m的雙肢薄壁箱型組合墩，過渡墩則采用墩高28.2 m和26.3 m的矩形實體墩。連續(xù)剛構(gòu)橋下接承臺和樁基礎(chǔ)。該橋梁主跨上部的200 m連續(xù)鋼構(gòu)形式在國內(nèi)已經(jīng)普遍應(yīng)用，在設(shè)計上不存在技術(shù)難點，但是177.4 m的高墩在國內(nèi)實屬少見，考慮到該橋梁地理位置特殊，高墩設(shè)計過程中還必須充分考慮山區(qū)瞬時風荷載，為此，高墩穩(wěn)定性是該橋梁上部結(jié)構(gòu)施工控制的重點。橋墩主要材料為彈性模量3.55×

104 MPa的C55混凝土。

2 主橋懸澆施工控制

2.1 掛籃托架壓載試驗

該高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋主橋采用平衡懸臂法施工工藝，安裝掛籃前應(yīng)將鋼支撐預(yù)埋在主墩頂，并安裝掛籃托架，掛籃拼裝固定于托架上。為進行托架承載力檢驗，消除托架塑性變形，必須采用吊砂袋預(yù)壓法進行掛籃托架壓載試驗[2]，壓載重量控制載360 t以內(nèi)，根據(jù)試驗確定彈性變形和立模標高。托架壓載試驗時，在托架中軸線兩側(cè)170 cm處分別布置2排控制點，托架中心也布置1排，共5排，并每排左中右位置各布置3個測點。在壓載前根據(jù)0#塊上所布置的點位測出托架頂面高程，依次按照設(shè)計荷載的20%、40%、60%和80%壓載砂袋，并測量托架實際變形量，待壓載荷載達到設(shè)計荷載100%時按照壓載開始時、壓載24 h、壓載48 h三個時間進行測量。此后卸除荷載，所測量出的托架變形量為1.0 cm。

為修正掛籃剛度，檢查掛籃在最不利受力工況下實際受力性能及結(jié)構(gòu)安全，消除塑性變形，并得到加載后的彈性變形，還必須進行掛籃菱形架加載試驗。加載試驗主要通過工作平臺實現(xiàn)，在試驗開始前必須平放安裝2片桁架結(jié)構(gòu)，以2臺千斤頂對桁架結(jié)構(gòu)前端實施預(yù)壓，千斤頂型號均為YD-150型，與此同時，借助6根φ32 mm精軋螺紋鋼完成桁架結(jié)構(gòu)后端連接。

按照掛籃施工最不利工況確定試驗荷載，以梁段自重最大的1#塊為參考重量，分四次加載，初始荷載及第二、三、四次加載噸位依次為10 t、40 t、75 t和90 t，其中第四次為120%的超壓加載。每完成一級加載后必須進行菱形桁架前端節(jié)點上橫梁頂面標高、菱形架彈性變形和非彈性變形的測量。

2.2 模板安裝

該連續(xù)剛構(gòu)橋懸澆掛籃外模板通過大型鋼模板拼接而成，掛籃前后下橫梁和外模滑行梁上固定;內(nèi)模則通過小型鋼模板拼裝，并確保板縫平順嚴密。內(nèi)外模安裝后均應(yīng)在按照設(shè)計厚度均勻涂刷模板漆，此后進行鋼筋綁扎。通過串條固定腹板時，嚴控腹板混凝土厚度，并在設(shè)計值基礎(chǔ)上腹板內(nèi)模外擴5 mm，以避免因脹模而導(dǎo)致混凝土超方。

高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋懸澆施工必然面臨結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換問題，結(jié)構(gòu)自重、混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力及立模標高等均對施工高程控制有較大影響。結(jié)合類似工程實際，對于該設(shè)計跨度為120 m的連續(xù)剛構(gòu)橋，其預(yù)拋高值應(yīng)當設(shè)置為15 cm。故該連續(xù)剛構(gòu)橋以15 cm的預(yù)拋高值為各節(jié)段立模標高控制目標，各節(jié)段底模安裝標高為底模設(shè)計標高、掛籃彈性變形、線控預(yù)拋高、預(yù)拱度之和[3]。

2.3 鋼筋及管道安裝

該橋梁結(jié)構(gòu)中主橋0#塊鋼筋布設(shè)最為復(fù)雜，綁扎完節(jié)段鋼筋后必須通過閃光對焊工藝接長處理，焊接過程中必須保證兩根對接鋼筋同心，電流適當，焊接完成后進行300點/次的抗拉拔試驗。鋼筋安裝時如果與橫縱向預(yù)應(yīng)力鋼束和孔道位置沖突，必須按照實際位置偏離設(shè)計位置最小、對受力影響最小的原則調(diào)整普通鋼筋位置。該連續(xù)剛構(gòu)橋腹板和底板處鋼束較多，較薄的斷面可能因局部應(yīng)力集中、壓曲臨界應(yīng)力下降而出現(xiàn)受力裂縫。為此，必須嚴格根據(jù)相關(guān)規(guī)范拼接腹板鋼筋骨架與底板橫向鋼筋，同時還應(yīng)該在底板鋼筋網(wǎng)格間增設(shè)拉結(jié)筋，增設(shè)箍筋、防崩勾筋。

該高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋采用鍍鋅鐵皮豎向預(yù)應(yīng)力波紋管，管道安裝前必須全面檢查波紋管環(huán)剛度和透水性能，并每根波紋管底部開孔后連接1根PVC管，密封孔隙，避免漏漿。橫向預(yù)應(yīng)力波紋管安裝在橋面頂板中，縱向預(yù)應(yīng)力波紋管安裝時應(yīng)按照20 cm間隔增設(shè)鋼筋定位網(wǎng)片，并在管道內(nèi)穿設(shè)PVC硬管支撐，避免壓扁管道。

2.4 混凝土澆筑

檢查模板尺寸、數(shù)量及焊接施工質(zhì)量后進行混凝土澆筑。澆筑期間混凝土材料自由傾落度嚴格控制在2.0 m以內(nèi)，并按照對稱原則澆筑，對稱點差量不超出2 m3?；炷翝仓耐瑫r通過φ50 cm插入式振搗器進行混凝土振搗，振搗半徑控制在振搗設(shè)備作用半徑的1.5倍范圍內(nèi)，振搗器插入深度不超出5～10 cm范圍。持續(xù)澆筑施工后如果混凝土面無下沉現(xiàn)象，表明平整度滿足規(guī)范要求，則可結(jié)束澆筑。跟隨混凝土澆筑施工進程，加強對模板穩(wěn)定情況的觀察，如果出現(xiàn)模板松動、鼓包、歪斜，必須立即加固。澆筑及振搗結(jié)束后及時收面，并覆蓋養(yǎng)生7 d以上，澆筑結(jié)束24 h后將擋頭模板卸除并鑿毛。

2.5 預(yù)應(yīng)力張拉

預(yù)應(yīng)力張拉前按照規(guī)范及設(shè)計要求穿束，穿束及錨環(huán)安裝前必須全面清理預(yù)應(yīng)力波紋管內(nèi)雜物，避免后續(xù)張拉過程中影響摩阻力，甚至引發(fā)鋼絞線斷裂。錨應(yīng)力損失、錨口損失、夾片回縮量、鋼絞線伸長量等參數(shù)在實際張拉過程中都要考慮，錨口損失通常按照設(shè)計張拉應(yīng)力的2%～3%確定，實際張拉應(yīng)力應(yīng)為設(shè)計值的103%[4]。

2.6 孔道壓漿

從底板壓降孔處進行豎向預(yù)應(yīng)力筋壓漿，并在壓漿開始前徹底清理孔道內(nèi)泥沙、雜物、水分。對于長度在25 m以上的縱向預(yù)應(yīng)力束管道應(yīng)進行真空輔助壓漿，真空泵負壓和壓漿機壓力嚴格控制在0.03～0.05 MPa和0.5～0.7 MPa范圍內(nèi)，水泥漿液粘稠度不超出14～18 s，待出漿孔中所溢出的漿液粘稠度達到設(shè)計要求后再繼續(xù)穩(wěn)壓60 s，便可結(jié)束孔道壓漿。

3 上部結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制

3.1 主要部位控制指標

3.1.1 橋梁整體質(zhì)量控制

按照《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F50—2017），該橋梁整體質(zhì)量要求見表1。

3.1.2 模板施工誤差控制

模板施工時，也應(yīng)嚴格按照相關(guān)規(guī)范控制模板基礎(chǔ)標高和內(nèi)部尺寸、裝配式構(gòu)件標高以及預(yù)埋件位置和尺寸，具體要求見表2。

裝配式構(gòu)件支承面標高允許誤差應(yīng)控制在?5～2 mm之間，相鄰模板表面高差應(yīng)不超出2 mm，模板表面平整度控制在5 mm以內(nèi);預(yù)埋件中心線偏差不超出3 mm，預(yù)留孔洞中線偏差≤10 mm。支架和拱架縱軸平面位置應(yīng)控制跨度的1/1 000處，曲線形拱架標高誤差應(yīng)不超出?10～20 mm。

3.1.3 混凝土澆筑及預(yù)應(yīng)力筋誤差控制

混凝土澆筑施工誤差應(yīng)按照表3規(guī)定進行控制。豎向預(yù)應(yīng)力筋材在使用前必須進行除銹處理，保證其處理后張拉應(yīng)力值滿足設(shè)計要求，張拉伸長率誤差不超出±6%，每個斷面鋼束斷絲滑絲數(shù)不超出鋼絲總數(shù)的1%[5]。

3.2 高墩邊孔現(xiàn)澆施工控制

該高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋左幅主橋起點位于陡峭坡面，邊孔現(xiàn)澆段挖孔樁基礎(chǔ)配合螺旋管樁拼裝組合支架長19.95 m，高41.38 m。邊孔現(xiàn)澆施工受到結(jié)構(gòu)強度、樁基承載力、壓桿屈曲、支架結(jié)構(gòu)變形及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的較大影響。施工開始后采用深度均值為15.4 m的φ150 cm挖孔樁基礎(chǔ)和φ720×14 mm螺旋鋼管等材料進行支架結(jié)構(gòu)拼接安裝，并且在豎向管柱拼接安裝施工期間逐層施作角鋼系桿連接斜撐，確保支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。雙肢36a工字鋼橫縱梁設(shè)置支架頂端，由φ22 mm螺紋鋼按照120 cm間距排開后焊接縱梁，同時充當支架卸落平臺。

為消除支架非彈性變形，并測定其彈性變形，應(yīng)通過吊裝砂袋逐級加載預(yù)壓，加載和施工過程中應(yīng)加強對支架變形以及可能出現(xiàn)的管件焊縫處的連續(xù)監(jiān)測。梁段混凝土必須以中間部位為起點依次向兩端呈對稱形式澆筑，在澆筑施工期間應(yīng)嚴格控制梁底標高和懸澆段標高完全一致?？紤]到該橋梁工程所在地區(qū)山風瞬間風荷載影響較大，組合支架上增設(shè)了6根地錨鋼索。結(jié)合支架設(shè)置后的結(jié)構(gòu)方面的穩(wěn)定性要求，為此必須全面考慮工程所在地區(qū)氣候環(huán)境、瞬間可能出現(xiàn)的最大風力荷載以及因施工過程的持續(xù)進行而可能施加的偏載等因素，必須按照設(shè)計要求增設(shè)加腋，預(yù)留安全儲備。

支架鋼管簡化為梁單元以進行支架結(jié)構(gòu)有限元分析，最大應(yīng)力值為?35.8 MPa，比170 MPa的允許應(yīng)力值小，意味著支架鋼管受力安全;管樁支架屈曲模態(tài)中最危險工況下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定系數(shù)取32，超出1.3的規(guī)范值，這也意味著該高墩大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋梁所設(shè)置的支架結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定性方面完全符合規(guī)范及設(shè)計要求。根據(jù)分析，左幅第5、6、7、8孔最大應(yīng)變值分別為?243 με、13 με、?188 με、237 με，均未超出825.5 με的允許形變，表明支架結(jié)構(gòu)設(shè)計安全可行。

4 合龍段施工控制

該大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋合龍施工次序為邊孔合龍、中孔合龍、體系轉(zhuǎn)換。合龍施工前應(yīng)臨時連接固定兩端，避免因梁體熱脹冷縮而引發(fā)合龍混凝土開裂;還應(yīng)對梁段進行壓重處理，防止因合龍施工而引發(fā)主梁結(jié)構(gòu)撓度改變。邊跨合龍緊跟混凝土澆筑施工，為保證結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，必須在合龍過程中在T構(gòu)兩側(cè)同時壓重處理，而在此后中孔合龍施工節(jié)段，必須結(jié)合實際澆筑進度將之前所施加的壓重結(jié)構(gòu)分步拆除，確保懸臂撓度穩(wěn)定。為避免T構(gòu)因熱脹冷縮等原因而影響合龍段混凝土施工質(zhì)量，合龍施工安排在溫度最低的凌晨1：00—5：00的時間段進行，根據(jù)設(shè)計要求焊接水平支撐和剪力撐，張拉頂板和底板處合龍束，鎖定待合龍段。合龍段混凝土澆筑結(jié)束并達到90%設(shè)計強度后進行頂板張拉及壓漿。

5 結(jié)論

綜上所述，山區(qū)高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)κ┕すに囈蟾?，必須在施工期間充分考慮內(nèi)外部荷載及施工環(huán)境的不利影響，加強結(jié)構(gòu)線形控制，確保梁體線形連續(xù)，從主梁結(jié)構(gòu)、懸臂澆筑施工、施工預(yù)拋高、合龍段施工及體系轉(zhuǎn)換等方面加強施工過程控制。應(yīng)用結(jié)果表明，在高度超出40 m、長度超出20 m的箱梁現(xiàn)澆段進行工字鋼配合挖孔樁基礎(chǔ)施工完全可行。

參考文獻

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