一、工程概述
剑江大桥跨越剑江河、环西路,起点桩号为K0+249.5,终点桩号K0+819.5,桥梁全长570m,桥面总宽33米。桥梁位于直线上,本桥起点段位于2.767%的纵坡上,桥梁末端位于0.842%的纵坡上,中间为凸曲线,曲线半径为4200m。桥跨布置为4×30+(40+60+40)+2x(5×30)m预应力混凝土连续箱梁,共四联。其中,第一、三、四联为30m标准跨径的等高连续梁,箱梁为单箱双室截面,梁高1.8m,单幅桥顶板宽16.5m,底板宽9.885m,顶部厚度30cm,底板厚度28cm(局部变厚度为28~50cm),腹板厚度为50cm(局部变厚度为50~80cm),翼缘板悬臂长度2.3m,厚度20~45cm。箱梁顶横坡与路面横坡一致,底板水平。第二联跨径布置为40+60+40米变高连续梁,箱梁为单箱双室变高度截面,梁高为1.8m变化到3.8m,其余参数与第一联相同。
本文以第二联为例,对大跨径连续箱梁的设计和施工进行论述。
二、工程特点及难点
本座大跨径连续梁现浇支架的设计和施工主要存在以下特点和难点:
1.地理环境复杂,受限制条件多,支架需跨越既有道路、河流及地下各类管线,设计难度大。
2.支架沉降控制质量标准高。支架必须经过预压,消除非弹性变形,以免因支架的沉降造成现浇混凝土开裂等问题。
3.支架规模大,材料投入多,施工场地狭小,施工组织困难大。
4.工期紧,任务重。由于受拆迁和图纸的因素影响,工程开工较晚,从支架搭设到现浇梁施工完成只有3月。
三、支架设计
1.设计考虑因素
在本工程的支架设计时,通过对现场勘察,主要考虑了以下因素:
①剑江河为都匀市河道网的重要组成部分,洪水期的过水断面需得以保证;
②河床地基承载能力情况,选取适当持力土层作为支架基础承载土层;
③支架挠度控制要求高。
2.支架方案确定
在充分考虑了以上因素后,确定了支架结构为边跨采用碗扣支架,主跨采用梁式支架和碗扣相结合的结构形式。
主跨,为保证施工过程防洪要求,在第6跨即5#~6#墩之间,设置7个门洞。立柱顺桥向间距为6m+9m+9m+9m+9m+9m+6m。
箱梁形式为变高度连续梁桥,考虑到主梁标高的调整和梁体成型后承重梁拆除便利,承重梁采取下承式,在其上铺设120a的分配梁后搭设碗扣支架作为桥梁线形调整和卸载结构。
3.支架结构介绍
①基础结构。边跨,在河道外,采用碗扣式支架。碗扣支架基础采用1m砂夹碎石(三七灰土)换填分层压实,表层采用20cm混凝土进行硬化。
中跨在河道外部分,考虑到管线保护,采取填土后浇注钢筋混凝土垫层做整体处理,其上于适当位置布设条形基础,跨越管线。河中支墩基础为保证过水断面,通常采用钢管桩或钻孔灌注桩作为基础,在选择时须根据河流深浅、地质情况、施工难易程度、成本情况综合考虑。因支架支墩布置点受限,桩端支点反力过大,采用钢管桩打入深度过长,且后期拔出困难。通过技术经济安全风险分析,最终确定采用直径1.2m桩长40m的钻孔灌注桩基础(如遇岩石,嵌岩深度达0.5m以上即可终止);
②钢管支墩结构。河滩上部分钢管立柱采用直径620mm、壁厚10mm钢管;河中钢管立柱采用直径820mm、壁厚10mm钢管;平联钢管采用I40工字钢连接固定;剪刀撑采用I20工字钢;
③横梁。支墩顶横梁采用2HN600 X 200型钢,支墩与横梁结合部位采用2cm厚钢板作为牛腿进行支撑加强;
④贝雷纵梁。支架上部承重梁采用贝雷梁,根据门洞跨越距离的不同,布设不同数量和组合形式的贝雷梁。根据设计采用19排单层贝雷梁,为增强贝雷梁支点局部抗剪能力,在贝雷梁与主横梁相交部位增设下弦杆和双110竖杆;
⑤分配梁。贝雷梁顶面横向铺设I20a工字钢,纵桥向布置根据碗扣间距进行布置,布置间距为翼板处0.9m,底板位置0.6m,腹板位置0.3m;
⑥碗扣支架。分配梁上采用直径48mm,壁厚3.5mm的碗扣支架,碗扣搭设在分配梁之上,立杆分布为底板处0.6m×0.6m;腹板0.3m×0.3m;翼板处0.9m×0.9m,与分配梁腹板对应。利用顶托调节主梁底板标高。
四、施工关键技术控制
在支架施工中,我们应当严格地遵循有关的施工规范,另外还需结合大桥施工的情况,注意以下几点:
①承台上钢管柱须采用抱架与墩身连为整体,采用Ф32mmII级钢筋对拉,抱架对拉杆孔位垂直高度现场可根据墩身模板拉杆孔位进行调整,尽量使下对拉杆孔位靠近柱头和靠近承台;钢管连接系必须按照相贯线切割、下料、焊接,焊脚尺寸hf=8mm,保证焊缝质量;
②分配梁间采用L=200mm,e=500mm的断续角焊缝连接,焊脚尺寸hf=8mm;分配梁与分配梁加劲板之间的连接均采用焊脚尺寸hf=6mm连续角焊缝焊接。柱顶分配梁与柱头结构之间焊接牢固,焊缝高度hf=8mm,连续角焊缝,满焊,确保焊缝质量满足要求;
③贝雷梁安装到位后须用限位角钢(<100x63x6角钢)将每组最外两排贝雷梁与分配梁之间卡牢,防止贝雷梁在横桥向滑动,且采用槽20型钢将贝雷梁连成整体以增强支架的整体稳定性。当贝雷梁节点超出分配梁中心线10cm时,需在支承点处增设加强立柱,两端磨光,与贝雷梁上下弦杆顶紧;
④底模分配梁(I14型钢)至于碗扣支架顶托之上。分配梁上按中到中30cm摆放10×10cm木方。上布底模。
五、支架预压
支架的预压工作一般是在安装好支架后铺好底模方能进行,目的是检验支架及地基的强度及稳定性,消除整个支架的塑性变形,消除地基的沉降变形,测量出支架的弹性变形。支架通常采用大砂袋静压法,在加载过程中借助吊车将砂袋调至架顶,再由工作人员将沙袋摆好。支架预压荷载采用设计荷载(设计荷载=箱梁自重+内外模板重量+施工荷载)的1.1倍。为了将现浇直线段支架的沉降情况科学、准确的测出,我们需沿着纵桥向在现浇直线段两端及跨中布设3排观测点。
加载时按照设计荷载的60%,80%,110%分三级加载,每级加载后均测量一次观测点的沉降在最大荷载堆载下,每隔4h测量一次观测点的沉降,当每隔4h的沉降不超过1mm,且连续出现两次后,则认为支架沉降稳定。可进行卸载、卸载按照加载级别分级卸载,每级卸载后均测量一次观测点的高程。卸载完成后每隔4h测读一次观测点的高程,当每隔4h的高程变化不超过1mm,且连续出现两次后,可停止测量。加载或卸载每次测读数据时,均应记录加载或卸载量级、变形值、测读日期与时间、大气温度、天气情况、仪器编号等。最后由资料员统一整理后,交至现场专业监理工程师签字认可。以时间为横轴,以变形量为纵轴,画出每点的沉降曲线、根据测得的数据进行计算,得出各对应情况下的数值,并和计算值进行对照、分析,并据此对立模标高进行调整。
六、支架计算
1.计算荷载
混凝土自重:包括主梁混凝土、钢筋、钢绞线等材料重量,混凝土容重取26.5kN/m3。根据不同断面划分为5个断面取值。其他附加荷载包括模板自重、施工人员、机具荷载、振捣混凝土荷载、倾倒混凝土时产生的冲击荷载和支架自重。
2.设计工况及荷载组合
根据主梁主跨施工顺序,分为5个设计工况,见下表。
设计工况及荷载组合表
3.建模计算
采用有限元分析软件MADIS建模对每个梁段在工况下的受力进行计算分析,在建模时考虑贝雷为梁杆混合模型,同时根据贝雷实际受力状态,在上下弦杆销接处释放双轴弯矩和转矩。柱顶横梁与贝雷架建模时采用弹性连接,调整弹性连接刚度SDx,保持节点之间的距离并实现应力应变协调。钢管柱与柱顶横梁接触端释放双轴弯矩和转矩。