懸索橋混凝土加勁梁施工技術探討
2018-01-22
1前 言
懸索橋是將兩端錨固的主纜用兩主塔柱支撐起來，在主纜上用多根吊索懸吊橋面
系形成半懸浮體系的橋梁結構形式。針對強臺風、大地震的建橋環(huán)境，選用混凝土加勁梁的結構形式，能很好地適應大跨度預應力加勁梁特有的施工工序要求和后期變形不易控制的特點，并有效地解決了抗風要求（結構重而剛）與抗震要求（結構輕而柔）的矛盾。本文結合工程實例，主要對懸索橋混凝土加勁梁施工技術進行了探討。
2 工程概況
擬建某大橋主橋為獨塔自錨式懸索橋，總體布置為：南岸混凝土錨跨（39.64m+40m）+混凝土加勁梁（4×40m+30m）+主跨鋼加勁梁（350m）+北岸混凝土錨跨（30m+29.6m）。
3混凝土加勁梁結構特點
3.1 設計概況
該大橋混凝土加勁梁與北岸錨跨聯(lián)成一體。其跨徑布置為39.64m+40m(北岸錨跨)+4×40m+30m(混凝土加勁梁)?；炷良觿帕撼惺芰思s120000KN的水平軸向力，從而使混凝土加勁梁的上、下緣及全斷面有較大的壓應力儲備，這樣便省去了大量預應力束的布置。設計根據(jù)計算結果，沒有配置縱向預應力束，混凝土加勁梁上、下緣在成橋和營運階段均不出現(xiàn)拉應力。為保障在營運階段混凝土加勁梁的最小壓應力大于1MPa，僅在墩頂部位梁段上緣配置縱向預應力短束。
混凝土加勁梁的外部幾何尺寸與主跨鋼加勁梁完全一致，中心高度為3.5M，半幅橋標準斷面采用單箱三室，頂板全寬23.25cm，底板全寬1370cm。
3.2 加勁梁在施工過程受力分析
混凝土加勁梁從外形、斷面與常規(guī)的預應力混凝土連續(xù)梁相同。在其自重和車輛荷載作用下，主要受力特征是梁――受彎；但在自平衡的懸索橋體系里，受主纜的水平軸向壓力作為壓桿。所以相似于常規(guī)的連續(xù)梁，混凝土加勁梁斷面采用了單箱三室構造，頂板、底板和腹板要厚，斷面積要大，普通鋼筋配得多，在跨中還設置了橫隔板。
在施工過程中，混凝土加勁梁受力是變化的，承受了約120000KN水平軸向力，這需全橋合攏后，隨著吊桿將主跨的加勁鋼箱逐步吊起來，傳力給主纜，主纜受到吊桿的作用，逐步產(chǎn)生垂直向上的拔力和水平軸向壓力，并且要在整個橋面系等二期恒載全部完成后，才實現(xiàn)設計的受力狀態(tài)。
加勁梁配置的縱向預應力束和少，按照常規(guī)連續(xù)梁配置預應力索，勢必造成浪費，且成橋后，處于偏心受壓狀態(tài)，產(chǎn)生附加彎矩。所以施工過程特別注意這一點與常規(guī)預應力連續(xù)梁區(qū)別，來設計支架、支架基礎和模板，認真處理好臨時墩，保證混凝土加勁梁在施工過程中不開裂，逐步完成加勁梁施工過程的受力轉(zhuǎn)換。
4混凝土加勁梁施工
4.1 支架基礎、支架、模板
根據(jù)地質(zhì)情況，北岸加勁梁下為覆蓋層以中細砂可塑～軟塑狀粉質(zhì)粘土，砂碩夾卵石為主，厚度為10～48m，下伏基巖為粉沙質(zhì)沙巖，全強風巖2～4m。其下為弱風化、微風化巖。根據(jù)加勁梁混凝土荷載情況及技術要求，結合支架構造，相應的支架基礎采用以下三種：
(1)在橋墩部位，利用承臺平面作基礎，對應立柱位置預留好鋼筋和鋼板。
(2)跨中臨時墩縱向?qū)觿帕簷M隔板位置，橫向?qū)鋬?nèi)腹板位置，采用D100cm鉆孔灌注樁基礎，嵌入弱風巖大于2.0m，單樁容許承載力約500噸，實際最大承載力只要270噸。
(3)在主墩與臨時墩之間，橫向?qū)谙鋬?nèi)腹板位置，采用D50cm的預應力管樁基礎，單樁允許承載力為400噸，實際要求承載力僅170噸。樁基承載力經(jīng)抽樣試壓，滿足要求。樁頂平面位置有偏差，在樁頂上布置鋼筋網(wǎng)，并澆注了橫橋向鋼筋混凝土系梁，用于調(diào)整偏位和支架D80cm鋼管立柱接高。
支架構造：加勁梁支架由鋼管立柱工字鋼橫梁、貝雷架縱梁組成。鋼管立柱之間設置縱向、橫向水平聯(lián)系桿和斜向的剪刀撐，并將貝雷架縱梁與橋墩墩身用鋼板楔電焊固定，保證整個支架的穩(wěn)定性。
模板構造：底模由楔形木、橫木枋、竹膠模板組成。楔形木作為模板高度調(diào)整和卸模裝置。底模板頂面預留量考慮層疊層的空隙及木板壓縮等殘余變形，另加上鋼管立柱的彈性變形；外側模由三角型鋼支架，鋼管聯(lián)系、木枋、竹膠模板組成。鋼管將橫向多排支架縱向聯(lián)成整體，橫向設置斜向鋼管支撐，加上對柱螺輇，來抵抗外側斜腹板澆注混凝土過程水平推力；內(nèi)模均采用木支撐、竹膠模板、對柱螺輇。
4.2 鋼筋、預應力、混凝土施工
混凝土加勁梁施工與常規(guī)的滿堂支架澆預應力混凝土連續(xù)箱梁相同。支架、模板安裝完成以后，用吊車將鋼筋吊裝入模鋪設、綁扎，預應力索布置少，安裝容易。
混凝土標號設計為C50，同錨跨一樣采用商品混凝土，底板、腹板、頂板厚度稍厚，用混凝土泵車的布料桿直接伸入到模板內(nèi)，澆注起來方便。
混凝土分兩次澆注：第一次澆注底板和腹板的一定高度，混凝土結合面按施工縫鑿毛，清洗干凈；第二次將腹板模板拆除，安裝頂板的內(nèi)模后，再進行鋼筋、預應力安裝，澆注第二次頂板混凝土。
根據(jù)氣候分析，該地區(qū)常年氣溫高，混凝土強度來得快，待澆注第二次頂板混凝土時。第一次砼均達到設計強度?？紤]到第二次混凝土將受到第一次混凝土的約束，結合面產(chǎn)生抗壓力而導致砼開裂，所以第二次頂板混凝土施工中均勻在橋墩和臨時墩之間設置后澆帶，以消除新老混凝土因收縮不均勻產(chǎn)生抗壓力，避免開裂出現(xiàn)。
4.3 臨時墩
前面所述混凝土加勁梁最終受力狀態(tài)的實現(xiàn)需經(jīng)歷施工過程逐步實現(xiàn)的，所以40m跨中設置一個臨時墩。
臨時敦的作用支撐梁底，減少跨中正彎矩，同時又要求混凝土加勁梁底隨著主纜水平軸向壓力加大，在臨時墩上能自由滑動，來逐步儲備壓應力，實現(xiàn)整個自平衡體系形成。
臨時墩墩頂采用連續(xù)梁頂推施工的滑道構造。在鋼管立柱頂上澆注2.0m高鋼筋混凝土墩帽，再放上組合滑道板，滑道板由20mm厚鋼板，上鋪2mm厚不銹鋼板組合而成，表面經(jīng)處理達到一定光結度?；迳箱伾蠋τ筒鄣木鬯姆蚁┫鹉z滑板，涂上硅脂油潤滑劑。在滑板蓋上10mm厚鋼板作為臨時墩支點部分的底模板，這既是整個底模板的一部分又是獨立的，當?shù)啄０逍断聛砗?，臨時墩部分底模仍支撐加勁梁底，并能夠縱向滑動。
臨時墩采用樁基礎、鋼管立柱，有足夠的垂直承載能力。臨時墩頂板縱向設置鋼絞線、楔夾片式錨具組成的水平拉軒，控制因主纜軸向壓力加大時，臨時墩墩頂位移。
4.4 其它施工
?。?）根據(jù)設計要求，考慮整個體系在主纜水平壓力作用下的壓縮量，將加勁梁范圍內(nèi)橋墩的支座上部朝錨跨方向設置預先偏量。
?。?）混凝土加勁梁待鋼混結合段完成以后，才整體合攏，合攏口混凝土澆注參照常規(guī)連續(xù)梁合攏工藝進行：采用臨時剛性連接，在日溫差最低時進行，澆注微膨脹混凝土等。
?。?）混凝土加勁梁整孔合攏后，張拉墩頂部位上緣縱向預應力，才下降拆除底模，僅讓跨中心的臨時墩支承梁底，保證混凝土加勁梁在主纜軸向壓力作用能夠自由活動。
?。?）全橋自錨式懸索橋自平衡體系形成后，在施工監(jiān)控指導下，測得加勁梁跨中軸向預應力儲備滿足設計要求時，才拆除臨時墩，完成整個結構體系完成。
5結 語
綜上所述，選用混凝土加勁梁的結構形式，能很好地適應大跨度預應力加勁梁特有的施工工序要求和后期變形不易控制的特點，并有效地解決了抗風要求（結構重而剛）與抗震要求（結構輕而柔）的矛盾。本文主要分析了懸索橋混凝土加勁梁施工技術的應用，可供同類工程技術參考。
