节段桥梁施工技术在我国的应用

节段桥梁施工技术在我国的应用

1预制节段拼装施工的优缺点预制节段装配施工包括将桥梁体划分为节段，并在工厂或车间进行预制构件，并将预测值用作一般结构的方法。预制节段桥梁结构于上个世纪50年代在欧洲开始使用,现在已在世界范围内广泛使用。随着时代的进步和工程环境的变化,施工时制约条件越来越严格,快速施工的必要性越来越大,在国内由于国情的特殊,现在占主导的施工方法仍为现浇法,预制节段拼装施工较少。但是随对结构物构件的质量将有更高的要求,预计预制节段桥梁在国内将有长足的发展。预制节段拼装施工相对于就地浇筑混凝土的方法来制造主梁具有以下优点:(1)上部结构分为制造与架设,上部结构的架设工期可以大为缩短。(2)由于设备完整的工厂或场地上制梁的关系,质量容易管理和得到保证。(3)由于主梁的制造在工厂或场地上连续进行,可以采用机械化达到省力的目的。(4)在多跨桥梁的截面形式相同时,模板的倒用次数增多可以取得经济的效果。(5)主梁节段的质量管理与试验可在进入架设作业之前来实施。(6)节段如有足够的存放期,可减少架设后的收缩与徐变。2大沙沟大桥修复工程2.1大沙沟特大桥工程概况新建大准至朔黄铁路联络线,线路位于内蒙古中部及山西省北部,新建线路全长179.862km,其中大沙沟特大桥为重点控制性工程。本桥桥跨结构为10-32m简支T梁+2联(60+3×100+60)m刚构连续梁+8-64m+2-48简支箱梁,桥梁全长1834.08m。2.2梁方案2.2.1墩顶原位成梁造桥机进行梁部拼接施工时,先将造桥机拖拉至需要拼接梁部的墩跨间,再将从制梁场运来的预制梁段吊运至造桥机腹内,以吊杆支承为依托,按一定的顺序摆放、调整就位,然后穿放钢绞线、支立模板、浇筑接缝混凝土,待混凝土强度达到预定设计值后进行张拉,即可完成墩顶原位成梁作业。2.2.2梁段吊装顺序预应力混凝土箱形简支梁采用专用移动支架式造桥机在墩顶原位建造,其施工步骤如下:(1)安装走行装置、拼装造桥机。(2)梁段的运输、吊装和调位。①准备工作造桥机拖拉到位后,应马上开始各种测量及准备工作:b.检查并复核桥墩的纵横向中心线。c.检查支承垫石上锚栓孔位置及深度。d.摆正支座位置。e.检查回转天车、运梁平车的安全使用性能。②梁段移出存梁场地200t大龙门吊将梁段吊出直接放到运梁平车上。③梁段组拼顺序梁段组拼顺序是根据支架本身的构造情况和施工的快捷方便而定的,吊装顺序依次为:后1#、前1#、前2#、前3#、前4#、前5#、前6#、7#、8#(中间)、后7#、后6#、后5#、后2#、后3#、后4#段(前和后分别指造桥机前进方向的前面梁段和后面梁段,此为64m架设吊装顺序,48m吊装顺序相同,只是去掉2个6#段2个7#段)。④梁段的吊装梁段运至造桥机尾部回转天车的下部,回转天车吊具通过精轧螺纹钢和楔形垫块起吊梁段。⑤梁段的初步就位回转天车通过下降、旋转、纵移将节段预制箱梁按一定的顺序(梁段在造桥机上设计位置处)摆放悬挂在悬吊系统上。⑥梁段的精确就位精确就位是指梁段纵向、横向和竖向3个方向的调位。纵向和横向利用回转天车走行和横移油缸来调节,以线路的中心线为基准,即要求线路中心线和梁体中心线重合;纵向两端的1#梁段支座锚栓对正支座预留孔,考虑预应力张拉后及后期徐变引起梁跨收缩,梁段在摆放时,纵向收缩量以设计梁图为准。梁段间距按60cm(架设48m时除去1#段和2#段间间距为60cm外均为77.5cm)间距布置;竖向按二次抛物线设置反拱度。由于每一个梁段均悬吊在4根精轧螺纹钢上,并且每个悬吊点都有3个自由度,这3个自由度相互制约,调整其中1个必将影响其余2个。所以梁段调位是一个反复调整,逐渐趋近的过程,故在施工中按先纵向调整→横向调整→竖向调整→纵向调整→横向调整→竖向调整的次序反复循环调整,直至达到设计要求。2.3湿缝施工、预拉和砂浆压头的准备2.3.1拉孔道或钢绞线穿束为了提高穿钢绞线的效率,采用人工和机械牵引相结合的方式穿钢绞线。即先用人工在各张拉孔道中穿上“引线”,再将一个孔道中所要穿放的全部钢绞线绑焊在引线周围而成为一整束,然后利用造桥机上的3t卷扬机将整束钢绞线通过引线牵引穿入各张拉孔道。2.3.2梁段湿沟施工(1)准备工作梁段在从存梁场地移至支架上之前,将梁段的湿接端凿毛,外伸钢筋理顺调直,各种构造筋放在所在位置,波纹管插入预留孔道。(2)梁段腹板钢筋绑扎湿接缝钢筋绑扎按常规方法进行。由于箱梁腹板薄、钢筋密和波纹管多、湿接缝混凝土又采用振动棒配合振捣,为保证波纹管在施工中不被破坏,要求梁段腹板接茬钢筋要上下排列绑扎,以增大振动空间。(3)合理模件的安装模板采用1.2cm厚竹胶板做面板,5cm×10cm方木做肋板制作而成。模板周边贴上薄海绵条,以防止漏浆。立模的顺序依次为底模、侧模和内模。底模由对拉杆拉伸,使其与梁底密帖;外侧模和内侧模用对拉螺杆拉紧与梁段密贴。(4)湿嫁接的和振捣由于所有的荷载均由造桥机承托,随着灌筑的进行,支架必将产生一定的挠度变形,如灌筑次序不当且随着混凝土的凝固将影响到整孔梁的线形。箱梁的湿接缝要对称灌筑,依次从两端向中间进行。整孔梁所有湿接缝必须一次灌筑完毕,中间不得停顿。每一个湿接缝的灌筑顺序依次为底板、两侧腹板和顶板,混凝土灌筑也必须连续进行,中间不得停顿,以免留下施工薄弱层。采用插入式振捣棒振捣,移动距离不宜大于振捣棒作用半径的1.5倍,且插入深度宜为50～100mm,与侧模保持50～100mm的距离。每一振点持续时间20～30s,以混凝土不再沉没、不出现气泡、表面呈现浮浆为度,防止过振、漏振。(5)按水压直排水,确定底板控制养生采用外包保温覆盖层,箱梁表面浇水,要将箱内底板灌水,深度为5～10cm。底板的两端部1.5cm内,用湿麻袋覆盖,预防底板混凝土开裂。(6)拉螺栓,控制安装湿接缝混凝土初凝以后,微拧内外模板之间的对拉螺栓,以免螺栓与混凝土凝固在一起而拔不出来。当混凝土强度达到70%设计强度后,开始拔出对拉螺栓,拆模顺序依次为外侧模、底模和内模。2.3.3伸长值的计算梁部设计为后张法预应力混凝土箱梁。张拉按设计要求进行张拉。(1)张拉设备的按相关规范要求都检测单位进行标定,张拉时采取两端对称同步张拉(有4台张拉千斤顶同时工作),以控制张拉力为主,伸长量为辅的双控法进行。张拉顺序是:张拉初始应力(10%设计值)→第二次张拉吨位(20%设半值)→设计值(100%设计值)→持荷五分钟→回油至零。把3次的伸长值都记录下来,计算最终伸长量。(2)梁段支撑的调节箱梁在第1阶段预应力钢束张拉前,梁的全部重量多支点弹性支承在造桥机主梁上。每个梁段由4根精轧螺纹钢承受,用作高程的调整。当预应力钢束开始张拉后,随着张拉的进行,部分自重将转为由梁体自身承受,同时造桥机承受的梁段重量将逐渐减轻,主梁反弹上托力发生变化。随着预应力钢束逐步张拉,箱梁自承能力越来越大,最后梁的重量由造桥机主梁承受转为箱梁承受。为防止上托力过大而顶裂梁体,在张拉过程中要及时调整悬吊精轧螺纹钢长度,以减少造桥机的上托力。2.3.4预应力压浆及压浆处理当预应力钢束张拉后,对预应力孔道应及时进行压浆处理。按设计要求,压浆用水泥标号不低于梁体的水泥标号,一般采用42.5#普通硅酸盐水泥。水灰比不大于0.45。(2)封锁边缘在所有孔道压浆完成之后,对箱梁端部进行清理,绑扎封端钢筋,立封端模板,灌筑混凝土。3施工期间，信息监控和线性调整的措施3.1施工设备监测整个节段拼装施工过程处于一个动态中,在整个过程中应对各主要施工阶段进行详细的监测监控,掌握施工结构的实时状态,主要从以下方面进行监测监控:(1)造桥机安装时主梁应力监测;(2)造桥机形式试验时的主梁、天车、导梁、托架以及托架对拉精轧螺纹钢的结构响应监测;(3)节段满挂时各关键点的结构响应监测;(4)湿接缝混凝土浇筑时各关键部位点的结构响应监测;(5)预应力张拉时各关键部位的结构响应监测;(6)解除吊杆落梁时主钢箱梁和吊杆的监测。各阶段具体的监测对象根据结构重要性进行确定,造桥机是用于48m跨简支箱梁预制节段块整孔组拼、湿接缝施工、整体张拉成梁的施工设备,各主要构件每跨承重时间近半个月,所以应对各主要承重构件进行监测,监测内容:①主梁结构监测;②导梁结构检测;③前支腿结构监测;④整机主梁挠度监测;⑤托架结构监测。墩旁托架及立柱是主要承载部件,施工中所有荷载最终由托架经承剪梁传递给立柱后最终传至承台表面,托架上部由6根φ32的精轧螺纹钢筋对拉,下部由2根φ32精轧螺纹钢对拉,且上下均设有顶紧支座,工作中先预紧精轧螺纹钢,让托架始终紧抱桥墩,提供工作中所需的纵向支反力和水平反力。考虑到精轧螺纹钢受力的均匀性要求,所以应对对拉拉杆进行拉力监测,监测内容如下:(l)托架上部5根精轧螺纹钢筋拉力监测;(2)托架下部2根精轧螺纹钢筋拉力监测(见图1)。节段支撑横梁吊杆是联系造桥机与混凝土箱梁之间的纽带,其工作状态直接决定着混凝土箱梁的安全性,通过对吊杆的实时监测能够清楚地掌握混凝土箱梁与造桥机之间的关系,主要监测混凝土施工阶段和养生阶段以及钢绞线预应力张拉时各吊杆的拉力变化情况,尤其注意监测靠支座节段的8根吊杆受力变化情况,监测内容主要是节段支撑横梁精制螺杆拉力的实时监测。混凝土箱梁是施工的最终成果,混凝土箱梁成孔质量的好坏是决定施工是否成功的决定性标准,在整个过程中,由于造桥机钢箱梁处于弹性变形阶段,对静荷载的增加以及对天车的行走震动,甚至外界的风荷载都会有相应的响应,混凝土箱梁涉及较多的受力变化,尤为明显的3个阶段体现在:(1)湿接缝浇筑过程;(2)湿接缝浇筑完成后的预应力张拉过程;(3)预应力张拉完成后解除造桥机约束过程。其中最主要的是后两个过程,在后两个过程中对混凝土箱梁的反拱和造桥机钢箱梁的回弹分别进行监测,结合吊杆监测数据进行合理的调整,保证混凝土箱梁的施工质量。所有的监测过程根据实际情况采用不同的数据采集方式,便于人工操作采集的同时不影响采集精度。使用人工连接信号线进行数据采集,处于高空且临边点采用无线采集数据的方式。3.2梁段调节设计箱梁节段全部支撑悬挂于造桥机主钢箱梁上,均需进行准确的三维位置定位调节,在调节中主要的困难:(1)节段湿接缝预留钢筋50cm长,节段块预留钢筋之间挂扯严重,节段块线形调整极不方便,尤其需要微调时很困难;(2)节段块通过四根直径140mm的立柱支撑于节段支撑横梁上,天车起吊节段时的钢丝绳刚度与混凝土箱梁纵横向刚度差异太大,进行节段调节时天车动但节段块却未动,造成节段纵横向位置难以调节到位;(3)节段三维位置调节时需考虑湿接缝重量引起的造桥机下挠变形量预留,从而保证成桥线形,需要进行反复调节。梁段调节主要遵循以下几个方面的原则及顺序:小里程端节段→大里程端节段→端节段位置作为其他节段定位参考使用→跨中节段调节(两边往中间进行)。(1)端节段的安装及调节首先安装小里程方向端节段,梁段吊运到位后进行梁段横向端头的设计里程的调节,调节到位后再进行高程的调节,最后进行轴线位置调节,三维位置调节到位后进行支座的灌浆。(2)非端节段块的调节,原则同端节段的调整原则。(3)在端节梁段调整好后,每调整好一段就和前一已调节梁段进行少量的钢筋焊接,尽可能防止其有位移(同时做好吊架的防滑移措施),在砼箱梁和钢箱梁之间设置好横向螺旋可调支撑。(4)箱梁在完成湿接缝浇筑后桥面成形要求无下挠,故根据桥机荷载试验数据进行梁段预拱设置(按二次抛物线进行分配)。4混凝土箱梁的反弧和稀释4.1预应力筋张拉及解除约束箱梁反拱值的测定采用精密水准仪和全站仪配合进行,首先采用全站仪对箱梁进行断面划分,确定准确的测量参考点;在支座完成节段调节后测量一次支座中心线高程h1;完成湿接缝浇筑后测一次支座中心线及跨中高程h2并和相应的设计高程对比;张拉完成后测一次支座中心线及跨中高程h3;解除约束后测一次支座中心线及跨中高程h4。张拉完成后反拱值f1=h3-h2,解除约束后混凝土反拱值f2=h4-h2。铁路行车要求线路具有高平顺性,对桥梁预应力张拉反拱值较为敏感,随机抽取的此跨混凝土箱梁反拱值实测为39mm,根据钢箱梁在张拉后的下挠变形量看出钢箱梁的回弹量就是此时混凝土的起拱量,但是此时混凝土箱梁仍然受钢箱梁支撑作用,施工时一旦解除钢箱梁的支撑后混凝土箱梁的反拱值会大大减小而达不到设计要求(设计要求完成两次张拉后反拱值为14～17mm),在实际操作中预应力张拉解除约束后的累计反拱值在9～17mm之间,加上二期张拉反拱稍微偏大。4.2端节段边吊杆的解除预应力张拉完成后混凝土箱梁能够承受自重,并且能够承受造桥机过孔荷载,此时解除造桥机与混凝土箱梁之间的联系进行成孔落梁工序施工。成孔落梁的关键工序是节段吊杆的解除,混凝土箱梁经过预应力张拉后产生反拱,同时引起梁端产生转角位移,端节段的边吊杆受力增大,此时解除端节段边吊杆时危险性增大。经过实际操作,在解除端节段的边吊杆时千斤顶几乎满负载工作,这样在实际操作中非常危险,经过分析后认为,端节段的边吊杆作用轴线位于支座中心线外侧,也即是位于计算跨