乐清湾跨海大桥超高变截面节段预制箱梁施工技术
1 工程概况
乐清湾跨海大桥是浙江省新沿海高速公路的组成部分,位于台州玉环市,分为1,2号大桥。其中1号桥通航孔主桥跨径布置为(85+2×150+85)m=470 m,为连续刚构体系,边中跨比0.567,主梁为上下行分幅布置,采用9m高变截面节段梁预制拼装,主墩墩身与主梁固结,过渡墩与主梁之间设置支座,桥梁主跨如图1所示。
按照设计要求,主梁主体采用节段短线匹配法预制施工,主墩墩顶梁段采用现浇法施工,过渡墩墩顶梁段采用节段预制、横隔梁后浇的形式。
2 桥梁上部结构形式
根据构造及施工架设需要,单个边跨划分18个预制节段,单个中跨划分31个预制节段,全桥共196个预制节段。各梁段均为分幅结构形式,左右幅对称预制。
根据梁段重均衡的原则,中跨悬拼预制节段长度分为2.6,3,4,5m,最大节段梁重187.2t;边跨过渡墩顶附近的梁段长4.15,4.5m,最大节段梁重176.8t。主梁采用单箱单室变梁高预应力混凝土箱梁,顶板设2%单向横坡,利用箱梁内外侧腹板高度差形成人字坡度,箱梁底板下缘保持水平。单幅箱梁宽16.05m,梁高3.6~9.0m,梁底曲线为1.8次抛物线。过渡墩顶附近11m及中跨跨中2m范围为等高段,梁高3.6m。
3 预制节段施工
3.1 台座布置
根据设计要求与预制场地的实际情况,节段箱梁采用短线匹配法施工,具有以下特点:设备利用率高,人工与材料消耗少;所需施工场地小,对环境的影响小;可流水线作业,架设速度快;混凝土质量可控,预应力管道位置准确。为实现节能、环保、高效的施工目标,预制台座的布置较关键,在兼顾场地布置、提吊匹配作业、码头装船等情况下,预制台座采用一字形长条排布,按功能不同大致分为钢筋绑扎区、梁段预制区、梁段修整区与梁段存放区,并按预制方向设置测量塔。梁段在存放区达到架设要求时,由起重机直接提吊至码头运输船。
3.2 模板配置与设计
3.2.1 模板配置
考虑预制节段梁数量、施工周期与施工难度,按3~4d施工1个节段。但因桥梁分为左右幅,顶板排水坡为人字坡,导致箱梁内外腹板高度不同,即不等高腹板。且梁体较宽,为减少单节梁段自重,划分的节段长度及高度变化较大。如果按照常规设计,将模板设为通用型,则模板投入量大,且使用不便。因此,充分利用梁场的起重能力,调整节段梁施工顺序,其中一幅桥梁由高截面至低截面施工,另一幅桥梁由低截面至高截面施工。同时为减少模板变化次数、提高使用效率,按梁段长度与高度的不同,分段配置3套模板,每套模板施工相应梁段,如表1所示。
3.2.2 模板设计
按照模板配置要求,每套模板均应按对应的梁段最高断面、最大内腔设计,通过调整模板实现不同梁段断面。每套模板各自配有移梁小车,因施工梁段高度与位置不同,每套模板构件略有不同,主要体现为:对拉杆数量不同、墩顶段加厚处侧模翼板不同,因此减少了同套模板施工的梁段数量,从而实现高效、快捷施工。
3.3 钢筋绑扎
钢筋绑扎与混凝土浇筑及养护同步进行,桥梁施工中构件预制或基础施工成为影响整体工期的重要因素,而钢筋绑扎质量与速度直接影响桥梁构件的寿命与浇筑工期,因此,需设计操作方便、尺寸准确的钢筋胎架。
3.4 混凝土浇筑与养护
3.4.1 混凝土浇筑
钢筋绑扎完成后,需再次检查各预埋件、预应力管道、保护层厚度的准确性,将合格的钢筋笼吊装至模板内,并进行调整与定位,然后浇筑混凝土,浇筑时一般采用灰斗或布料机进行布料。
3.4.2 混凝土养护
混凝土浇筑完成后,对其表面进行养护是必不可少的环节。本工程夏季养护采用喷淋方式,冬季养护采用锅炉蒸汽加保温棉被的方式。
3.5 构件存放
待混凝土强度满足脱模要求后,利用移梁小车使匹配节段脱离浇筑段进入修整区,对存在的局部缺陷进行修整,待强度满足起吊要求后吊至存放区。存放时,采用橡胶板或枕木抄平支承点,防止梁段受力不均。为保证安全及梁段质量,堆放高度≤2层。
4 施工关键技术
4.1 双向测量监控技术
在每节段前、后端分别设置3个线形测量点,即每个测量断面设置线路中线及左右3个测点,测点连成的3条控制线如图2所示,连接位于节段顶面中心线上BH,FH确定节段平面线形,称为水平控制线;连接位于腹板顶部BL,FL和BR,FR确定节段立面线形和接缝横坡,称为高程控制线。施工时全站仪全程测量并监控不同位置的6个测点(6点全站仪法),但在实际操作中,点坐标的测量对于外界因素的影响较为敏感。同时,匹配工艺中测量数据繁杂,测量员的误操作或笔误均易造成实际坐标出现偏差。一旦错误的数据进入测量系统,系统无法识别,便会按照错的数据调整轴线,将扩大测量误差,对线形控制造成极大影响。因此预制节段时采用双控措施,在全站仪监控过程中,用尺量法分别对4点进行测量复核,然后录入数据系统。
4.2 双向匹配浇筑技术
变截面节段箱梁横桥向底板水平,纵桥向呈抛物线变化,顶面为双向2%人字形横坡,与桥墩形成T构。同一T构的同一对梁,在T构大桩号侧横坡坡度为2%,在T构小桩号侧因旋转180°,横坡坡度变为-2%,故同一对梁在沿着截面变化的方向横坡相反,即形成2个不同断面形式的节段梁,导致模板不能在相同匹配方向进行双幅桥同一位置节段浇筑,因此在实际施工过程中进行节段匹配时,其中一幅桥由高至低匹配浇筑,而另一幅桥则由低至高浇筑,使模板可不进行过多调整,大大提高模板使用效率。
4.3 节段分区施工技术
节段箱梁截面高度在边跨变化较大,由9m渐变至3.6m,长度变化也较大,由2.6m渐变至5m,因此须对节段变化进行合理分区,使得各分区内节段变化趋于缓和,不同分区节段使用不同模板,既减少模板变化幅度、降低成本,又提高匹配精度、保证工程质量与控制精度。
4.4 模板精度控制技术
为满足桥梁安装施工的精度要求,除在预制时精确监控各定位点外,模板成形尺寸也直接影响节段预制与安装精度,因此模板须具备更高的设计与制作组装精度。一般情况下,模板组装成型后各尺寸应满足要求。
为通过模板快速预制合格的节段梁,每套模板采用侧模包底模、端模的方式进行设计,下角圆弧设计在底模上,有利于模板的高低调整。同时在侧模四周设置操作平台,保证施工安全可靠。设计时考虑节段梁高度大,为保证其质量,在侧模间设置对拉杆,并在侧模靠近匹配梁侧设置柔性搭接模板。端模与内模按对应分区后的最高节段截面进行设计,通过拆除不同的调整节实现不同的尺寸(包括不同高度、不同腹板与底板厚度)变化。通过细节调整及尺寸控制措施,有效控制模板成型尺寸,从而保证高质量节段箱梁的生产。
5 结语
本工程共预制变截面节段箱梁196榀,使用3套模板,施工前充分考虑箱梁预制难度及大桥整体施工周期,对各施工环节与关键要点进行充分论证与精心组织,使预制工期缩短32d,所有节段一次性通过检测,优等品率达91.3%,取得满意结果。近年来,桥梁施工向着构件生产标准化、工厂化,结构拼装化、装配化,施工设备机械化的方向发展,而使用短线匹配法预制桥梁节段具备用地少、施工速度快、控制精度高、运输方便等特点,有利于实现工厂化、机械化,适用于预应力混凝土超高节段箱梁的预制。
[2]刘先鹏,刘亚东,秦宗平,等.箱梁节段短线匹配法预制施工技术[J].施工技术,2005,34(12):47-50.
[3]刘国龙.短线匹配法预制箱梁施工技术[J].安徽建筑,2006(2):100-102.
[4]罗昌文,王树盛.短线匹配法节段箱梁预制施工质量控制技术[J].工程技术研究,2016(7):35,42.