霍新杰
(中交一公局西北工程有限公司,西安 710000)
G213 策克至磨憨公路樂都至化隆段公路工程,設(shè)計(jì)斜溝5號(hào)特大橋橋梁全長(zhǎng)1 380 m,主橋下部結(jié)構(gòu)采用80∶1 變截面薄壁空心墩,最大墩高為91 m;上部結(jié)構(gòu)采用兩聯(lián)43 m+5×80 m+43 m 連續(xù)剛構(gòu),左右幅各12 個(gè)T 構(gòu)。最小平曲線半徑400 m,最大縱坡3.9%,連續(xù)超高橫坡4%。 左幅位于加寬段范圍,頂板寬度由12.18 m 變化至13.368 m;右幅箱梁頂板等寬12 m。
橋址區(qū)地形條件復(fù)雜,位于兩山一溝間,地形起伏較大,溝壑發(fā)育,通過螺旋曲線展現(xiàn)。 同時(shí),項(xiàng)目區(qū)域?qū)賰?nèi)陸高寒氣候區(qū),冰凍期長(zhǎng),日照溫差較大,多風(fēng)少雨、干燥寒冷,工點(diǎn)海拔達(dá)到3 000 m,每年有效施工期僅為6 個(gè)月。
小曲線半徑連續(xù)剛構(gòu)施工在懸臂澆筑階段, 兩懸臂端存在向曲線內(nèi)側(cè)產(chǎn)生扭曲變形的影響,施工線形控制難度大,加上日照溫差、風(fēng)速變化的影響,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量精度要求更高。
1)由于作業(yè)面最大高度達(dá)到96 m,0#塊施工作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)屬于高空作業(yè),吊裝工序多,施工安全風(fēng)險(xiǎn)高。
2)連續(xù)剛構(gòu)超高橫坡為4%,為達(dá)到掛籃行走穩(wěn)定性的要求,需根據(jù)掛籃兩片主桁設(shè)計(jì)中心間距對(duì)橫坡進(jìn)行調(diào)整,保證掛籃行走時(shí)兩側(cè)主桁處于同一標(biāo)高,確保行走穩(wěn)定。
3)加寬段的連續(xù)剛構(gòu)受橋面橫坡及寬度影響,為達(dá)到翼緣板端部最小厚度要求,需對(duì)翼緣板寬度和底部線形進(jìn)行調(diào)整。
4)橋址區(qū)日照溫差大,常年多風(fēng),溫度和風(fēng)速對(duì)結(jié)構(gòu)位移和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量精度影響較大。
5)多跨連續(xù)剛構(gòu)橋每聯(lián)需分4 次合龍,施工工藝復(fù)雜,占用時(shí)間較長(zhǎng)。
由于受現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)高度影響, 承臺(tái)頂至墩頂0#塊高度達(dá)到91 m,現(xiàn)場(chǎng)施工承重平臺(tái)只能選擇托架進(jìn)行。 由于在91 m 高空中作業(yè),施工平臺(tái)很難搭建,所以,要求托架的拼裝工藝不能過于煩瑣,應(yīng)避免較多的組合或拼組工序。
1)托架按照組裝形式分為焊接式和裝配式,目前采用最多的形式是裝配式托架。 裝配式托架由預(yù)埋件、鋼牛腿、三角托架、卸落裝置、承重分配梁和作業(yè)平臺(tái)組成。 為方便拼裝,簡(jiǎn)化高空作業(yè)工序,確定受力三角托架為整體式,由型鋼直接在地面上采用銷軸拼裝組合而成, 這樣可以避免在高空中過多地拼組桿件,可一次性進(jìn)行吊裝。
2)托架與墩身預(yù)埋牛腿為銷軸連接,連接操作方便,避免了傳統(tǒng)的焊接連接工藝需要在高空中耗費(fèi)大量的作業(yè)時(shí)間,降低安全風(fēng)險(xiǎn)和作業(yè)人員的工作強(qiáng)度。
3)卸落裝置采用卸落鋼塊,卸落塊由4 組上、下、左、右墊塊組成, 通過左、 右墊塊內(nèi)設(shè)的高強(qiáng)精軋螺紋鋼進(jìn)行高度調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)操作方便,同時(shí),卸落鋼塊可根據(jù)0#塊底板橫坡進(jìn)行坡度設(shè)置,與承重分配梁間貼合緊密,安全性更高。
4)承重分配梁可以采用掛籃前下橫梁和后下橫梁的型鋼,在0#塊施工完成后可轉(zhuǎn)至掛籃施工。采用這種方式不僅可以節(jié)省工程成本,而且便于掛籃拼裝,減少了吊裝次數(shù)[1]。
1)連續(xù)剛構(gòu)頂面橫坡為4%,為保證掛籃行走穩(wěn)定性要求,可采取調(diào)整下墊梁和支座高度, 以保證掛籃行走時(shí)兩側(cè)主桁處于同一標(biāo)高。 如果只在采取墊梁上進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整,可能會(huì)由于軌道錨固精軋螺紋鋼外伸長(zhǎng)度較大,存在軌道失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn);如果只在支座上進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整, 掛籃行走時(shí)會(huì)存在支座脫軌的風(fēng)險(xiǎn)。
2)掛籃兩片主桁設(shè)計(jì)中心間距為6.25 m,按照4%橫坡計(jì)算,兩側(cè)軌道高差為25 cm。軌道墊梁一側(cè)采用雙20b 槽鋼,一側(cè)采用雙32b 槽鋼,墊梁頂面及底面采用10 mm 加勁板組焊,實(shí)現(xiàn)單側(cè)調(diào)整高度為14 cm。單側(cè)前后支座與主桁節(jié)點(diǎn)箱間增設(shè)高度11 cm 剛性調(diào)節(jié)塊, 與支座節(jié)點(diǎn)箱間通過連接鋼板螺栓連接。
3)在保證掛籃下部操作空間和掛籃整體穩(wěn)定性的要求下,采用低吊點(diǎn)菱形掛籃,即可將菱形掛籃主桁前上橫梁位置降低,在保證作業(yè)空間的條件下,降低了前吊點(diǎn),縮短了前吊桿長(zhǎng)度, 這樣由吊桿變形引起的質(zhì)量影響就小, 同時(shí)重心降低,行走穩(wěn)定性更高[2]。
1)左幅位于加寬段范圍,箱梁頂板寬度由12.18 m 漸變至13.368 m,頂板寬度漸變由箱梁中心線兩側(cè)翼緣板對(duì)稱等寬調(diào)整。 曲線段橋面變寬連續(xù)剛構(gòu)橋受橋面橫坡及頂面寬度的影響,為保證翼緣板端部最小厚度要求,翼緣板底部線形發(fā)生改變,模板轉(zhuǎn)動(dòng)1.95°,翼緣板下降54 mm。
2)考慮到模板的通用周轉(zhuǎn)性,模板頂板寬度均按照左幅最大寬度制作,且在模板加工時(shí)設(shè)置可調(diào)節(jié)翼緣板端頭板,以及在翼緣板底部設(shè)置調(diào)節(jié)絲桿, 保證翼緣板線形及斷面尺寸可調(diào)節(jié),滿足設(shè)計(jì)要求。
3)翼緣板底部面板采用整體加工,在翼緣板漸變處模板邊部鋼帶加工成25°三角豁口,用于適用調(diào)整翼緣板底部高度調(diào)整。
4)模板外部橫橋向主背肋在翼緣板高度調(diào)整處間斷設(shè)置。 翼緣板底部主背肋與模板外側(cè)桁架水平桿間應(yīng)通過3 個(gè)調(diào)節(jié)絲桿連接,背肋和桁架上焊接的耳板通過鋼銷連接,方便安裝拆除。
5)在進(jìn)行翼緣板底部標(biāo)高調(diào)整時(shí),應(yīng)拆除翼緣板下部?jī)?nèi)側(cè)2 個(gè)調(diào)節(jié)絲桿,只保留外部調(diào)節(jié)絲桿,旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)絲桿,調(diào)整翼緣板底部標(biāo)高。
1)連續(xù)剛構(gòu)位于半徑為400 m 圓曲線上,施工中采用以直代曲的方式。 為保證掛籃行走至設(shè)計(jì)軸線位置,軌道采用分段設(shè)計(jì),使同一條軌道的前后段形成一定的夾角,然后再采用軌道連接器連接,掛籃行走時(shí),利用軌道與支座間的間隙實(shí)現(xiàn)掛籃的整體轉(zhuǎn)彎。
2)行走采用兩個(gè)千斤頂進(jìn)行頂拉施工。 先同步頂推掛籃左右兩片主桁,使掛籃整體前移至2 個(gè)軌道接頭的位置處,再采用內(nèi)、外弧側(cè)不同步行走的方法來實(shí)現(xiàn)掛籃的整體轉(zhuǎn)彎,即外弧側(cè)掛籃行走快于內(nèi)弧側(cè)掛籃行走, 以達(dá)到掛籃在軌道上適應(yīng)軌道的夾角,完成掛籃的整體轉(zhuǎn)彎。
對(duì)于小曲線半徑連續(xù)剛構(gòu)橋, 除了考慮懸臂端在結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力、施工荷載引起的線形變化外,還需考慮受結(jié)構(gòu)受曲線結(jié)構(gòu)的影響,懸臂澆筑階段有向曲線內(nèi)側(cè)發(fā)生轉(zhuǎn)的可能,造成線形發(fā)生變化。
為使合龍后的線形符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求, 應(yīng)對(duì)各懸臂澆筑節(jié)段的撓度和軸線進(jìn)行監(jiān)測(cè), 同時(shí)對(duì)不同時(shí)段溫差變化對(duì)結(jié)構(gòu)變形的影響進(jìn)行量測(cè),獲取結(jié)構(gòu)變形影響的變化規(guī)律,在施工過程中及時(shí)進(jìn)行修正和調(diào)整有關(guān)參數(shù), 為下節(jié)模板安裝提供數(shù)據(jù)預(yù)報(bào),從而實(shí)現(xiàn)線形控制。
在開展連續(xù)剛構(gòu)橋施工中的線性控制工作時(shí),應(yīng)結(jié)合橋梁工程項(xiàng)目實(shí)況,測(cè)定線形控制相關(guān)參數(shù),計(jì)算連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工預(yù)偏度。(1)通過掛籃荷載試驗(yàn),測(cè)定施工過程中掛籃變形值。(2)測(cè)定掛籃自重、施工設(shè)備等施工過程中的臨時(shí)荷載,以及混凝土彈性模量、重度等結(jié)構(gòu)參數(shù),為建模仿真分析提供數(shù)據(jù)。(3)分別測(cè)定施工中橋梁的混凝土收縮徐變以及溫度變化引起的變形,然后按照掌握的所有參數(shù)進(jìn)行分析,計(jì)算預(yù)偏度[3]。
監(jiān)測(cè)過程劃分為混凝土澆筑前、混凝土澆筑后、預(yù)應(yīng)力張拉后、掛籃行走后4 個(gè)階段進(jìn)行監(jiān)測(cè),以此確定掛籃變形、預(yù)應(yīng)力、施工荷載等對(duì)結(jié)構(gòu)線形的影響。
在監(jiān)測(cè)過程中, 日照溫差和混凝土收縮徐變?cè)斐傻挠绊懯窍嗷クB加的, 因此, 監(jiān)測(cè)分為同日按一定時(shí)間間隔連續(xù)監(jiān)測(cè),以及連續(xù)對(duì)每日的固定時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè),以此分析溫差對(duì)測(cè)量?jī)x器精度的影響、 日照溫差產(chǎn)生的疲勞變形和混凝土收縮徐變變形。
1)通過對(duì)固定點(diǎn)一日不同時(shí)段的連續(xù)監(jiān)測(cè),獲取位移量顯著增大的溫度場(chǎng)和風(fēng)力場(chǎng), 施工測(cè)量盡可能避免在該時(shí)段進(jìn)行。 通過對(duì)時(shí)間、溫度場(chǎng)、風(fēng)力場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比,發(fā)現(xiàn)早晨無論是風(fēng)力和溫度都變化較小,相對(duì)穩(wěn)定,對(duì)于掛籃的校核、測(cè)量精度的影響都是最小;中午和下午溫度變化快,風(fēng)速較高且強(qiáng)風(fēng)次數(shù)多, 對(duì)于掛籃的固定和測(cè)量精度的影響較大,因此,選擇溫度變化速率較小、3 級(jí)風(fēng)以下的時(shí)段監(jiān)測(cè),線形控制精度能大幅提升。
2)通過連續(xù)對(duì)每日的固定時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè),可以獲取在一定時(shí)間內(nèi)受混凝土收縮徐變、梁段自重、預(yù)應(yīng)力和溫度變化影響產(chǎn)生的線形變化規(guī)律。 在實(shí)際對(duì)每梁段平面位置的監(jiān)測(cè)中,可以發(fā)現(xiàn)箱梁受混凝土徐變、自重和風(fēng)力溫度的影響,會(huì)使梁體向曲線內(nèi)側(cè)產(chǎn)生一定的偏移,最大偏移量為1 cm。通過整體對(duì)掛籃中心向橋梁外側(cè)預(yù)偏移1 cm, 確保橋梁的軸向偏位均在規(guī)范允許范圍之內(nèi)[4]。
合龍施工是連續(xù)剛構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié), 它對(duì)保證成橋質(zhì)量至關(guān)重要。 合龍前,將兩懸臂端臨時(shí)連接,保持相對(duì)固定, 以防止合龍混凝土在早期因?yàn)榱后w混凝土的熱脹冷縮開裂。 多跨連續(xù)剛構(gòu)按照設(shè)計(jì)的合龍順序?yàn)椋合冗吙纭芜吙纭獬B續(xù)梁墩頂臨時(shí)固結(jié),完成體系轉(zhuǎn)換→次中跨(施加頂推力)→中跨(施加頂推力),形成連續(xù)剛構(gòu)。
合龍施工工序復(fù)雜,需要在不同階段穿插其他施工作業(yè)。完成體系轉(zhuǎn)換時(shí),臨時(shí)固結(jié)墩可以采用繩鋸切割,切割面應(yīng)平順,對(duì)結(jié)構(gòu)擾動(dòng)小,且施工速度較快。
頂推力施加的作用點(diǎn)為腹板與頂、底板的交接位置,由于頂推力施加位置的限制,合龍段鋼筋無法進(jìn)行綁扎,可以采用調(diào)整頂推力施加位置,在頂、底板焊接型鋼反力架,采用此種方式時(shí)可以同步進(jìn)行鋼筋綁扎。 頂推力施工時(shí),應(yīng)采用智能千斤頂同步施加,確保均衡、對(duì)稱。
本文對(duì)小曲線半徑連續(xù)剛構(gòu)施工技術(shù)開展研究。 在工程案例中通過采取裝配式托架, 降低了作業(yè)強(qiáng)度, 提高了安全性;通過在掛籃主桁架下部增設(shè)調(diào)節(jié)塊的方式調(diào)整橋面4%橫坡,提高了掛籃使用的穩(wěn)定性;軌道采用分段設(shè)計(jì),鋪設(shè)時(shí)使同一條軌道的前后段形成一定的夾角,采用內(nèi)、外弧側(cè)不同步行走的方法來實(shí)現(xiàn)掛籃的整體轉(zhuǎn)彎, 確保了掛籃行走至既定位置;通過對(duì)連續(xù)剛構(gòu)懸臂澆筑自由端在日照溫差、風(fēng)速作用下的變形和位移研究,掌握了連續(xù)剛構(gòu)橋的變形規(guī)律,從而實(shí)現(xiàn)了連續(xù)剛構(gòu)施工平面線形及撓度控制。