摘 要 柳州三门江大桥主桥为(100+160+100) m双塔双索面三跨部分斜拉预应力混凝土箱梁桥,桥面宽41 m。重点论述了该主桥墩身的总体施
工方案、施工工艺及施工要点等,同时对墩身大体积混凝土温度监测与裂缝控制进行了阐述。工程实践表明,该墩身施工方法合理,为同类工程施
工提供了借鉴。
关键词 部分斜拉桥 桥墩 大体积混凝土 施工技术
1 工程概况
柳州三门江大桥是一座双塔双索面三跨预应力混凝土部分斜拉桥。主桥横跨柳江,跨径组合为(100+160+100)m,塔、梁和墩固结。主梁采用分离
式双主箱断面,为三向预应力箱形截面,直腹板,梁底设置二次抛物线,梁顶宽41 m,桥型布置如图1所示。该超宽截面型式的部分斜拉桥为国内首
创。21号主墩处覆盖有0.5m厚的卵石夹沙层,河床向江心方向有15°左右的倾角;22号主墩处为光板河床,裸露岩层为微风化含泥碳质灰岩。下游
红花水电站蓄水后施工水深15m,水流流速在3m/s左右。
主桥21、22号墩墩身采用矩形钢筋混凝土双薄壁结构,墩身下部17. 2 m设有防护墙,每片薄壁墩宽10 m,厚1. 5 m,采用C40混凝土,墩高分别
为20. 78 m、21. 3 m。主桥20、23号交界墩墩身采用矩形钢筋混凝土结构,每个墩宽9 m,厚2. 5 m,采用C40混凝土,墩高分别为23. 68m、24.
74m。主墩及交界墩构造见图2。
2 墩身总体施工方案
由于主桥墩身模板均为定型钢模,选择合理的起吊机具对施工进度影响大,同时须采取措施进行墩身钢筋、模板的准确定位,防止施工中荷载作用
下产生位移。主墩和交界墩均位于水中,柳江水面宽,水中墩的中线和高程的高精度测量是施工的难点。墩身混凝土强度等级高,墩身厚度均1m以
上,属大体积混凝土结构,须采取措施防止温度裂缝产生。考虑到主墩墩身处于水中的施工环境、既有设备和周转材料的实际情况及薄壁高墩的
结构特点等因素,方案比选后采用钢管脚手架防护、主墩塔吊提升墩身模板、交界墩吊机提升模板的翻模施工方法。共设置三节模板进行循环上
翻施工,模板分节高度组成为4. 25 m+4. 25 m+0. 75 m。翻模循环频次为: 8. 5 m(累计8. 5 m)、5 m(累计13. 5 m)、4. 25 m(累计17. 75 m)
、5 m(封顶),共循环3次。
翻模施工起重设备使用频率高,故底节段施工中,直接采用浮吊吊装;并同步在系梁上安装塔吊,后续节段吊装采用塔吊,大大加快了施工进度;同
时,主桥箱梁施工也需塔吊。主筋接长连接采用直螺纹套筒技术。
承台施工完成后,进行承台面混凝土处理、墩身放样,及时搭设防护钢管脚手架。水中墩人工配合并作好底部防漏浆处理。钢筋采用劲性骨架进
行空中定位,施工测量采用三维坐标控制。由于墩身属大体积混凝土结构,为防止温度裂缝产生,布置冷却水管降低混凝土内部温度。水中主墩各
配备一台T013B型塔吊用作材料垂直运输,施工人员通过爬梯上下,混凝土采用HTB-60型拖泵泵送、人工振捣的方法。
3 施工工艺及施工要点
3.1 施工工艺流程墩身施工工艺流程如图3所示。
3.2 施工要点及注意事项
3.2.1 墩身钢筋施工
(1)主筋直螺纹连接及钢筋绑扎
墩身主筋连接采用螺纹套筒连接技术,克服常用的焊接施工受人员技能水平对钢筋连接质量影响大的弊端。按照主筋间距加工卡板,采用塔吊或
吊机提升,每次提升16根主筋,旋转丝扣对接,丝扣一定要上满且牢固,同时主筋接头错开至少1 m,严禁超过40%的主筋接头在同一截面上。水平筋
与主筋采用铁丝绑扎,其间距须符合设计要求。侧面净保护层厚度为2. 6 cm,保护层采用与结构混凝土同强度等级的预制砂浆垫块,上下错开布
置,间距1 m。
(2)钢筋骨架定位
由于墩身高度均超过20 m,受钢筋长度限制,主筋每次接高与混凝土浇筑高度相对应,接高后由于柔性较大,定位比较困难,同时考虑到施工风荷载
的影响,采用劲性骨架进行主筋定位。劲性骨架采用∠75 mm×5 mm角钢作主肢, 9 m一段在后场精加工。要求骨架平直,焊接牢固,骨架加工误差
要求控制在5 mm以内。骨架加工验收合格后运至塔吊(或吊机)起吊范围内,通过塔吊(或吊机)安装。每一节骨架安装前在前一段骨架四角焊测量
用的短角钢上放出该节段骨架底部位置,点焊上下节骨架,用2 m水平靠尺检测其垂直度,校正后用∠50 mm×5 mm角钢将骨架焊接成整体,并在其
顶端焊接角钢,以方便下一节骨架安装。为便于操作,在两侧模板背桁上焊钢管支架,上铺脚手架。
3.2.2 墩身模板施工
主墩墩身下部17. 2 m设有防护墙,模板设计时墩身模板与防护墙模板分开,先施工墩身,再施工端部的防护墙;由于墩身外露面要求美观、轮廓分
明,因此墩身内、外侧模板及防护墙外模板均采用大块钢模,防护墙内侧模板采用组合钢模组拼。其中主墩5 m×4. 25 m模板共6套12块,角模2.
5 m×4. 25 m共24块。大块钢模面板采用6 mm厚钢板, [6. 3和[12槽钢作背楞,同时模板背面采用[12和∠75 mm×6 mm型钢焊接成桁架式操作平
台,以方便模板装拆和主筋接长。平台顶部设护栏,底部安装活动式下吊笼。下吊笼用于拆卸锥形螺母、修补锥形螺母留下的孔洞以及墩身养护
。
3.2.3 墩身施工放样
墩身施工测量重点是保证墩身结构的垂直度、外形几何尺寸、平面位置、高程。
(1)导线网布设
柳江水面宽400余m,两主墩分别距东、西两岸堤120余m。根据工程测量规范要求,不需要在河中设置加密点,直接在两岸的堤坝上设置大地四边
形控制网,直接采用控制网导线点进行测量放样。主墩测设控制网布置见图4。
(2)墩身高程基准传递
高程基准传递分两步骤进行:第一步将设置在承台上的水准基点传递至底节段模板顶水准基点;第二步将底节段水准基点传递至上一节段水准基
点,依此类推至倒数第一节模板顶。高程水准传递方法以水准仪钢尺量距法为主,以徕卡TC702全站仪悬高测量法和EDM三角高程对向观测作为校
核。
(3)墩柱施工测量
墩柱施工首先进行墩柱钢筋主筋边框架线放样,然后进行墩柱截面轴线点、边界点放样及模板检查定位,各种定位及放样以全站仪三维坐标法为
主,以其它测量方法作校核。本工程采用两台高精度全站仪(TC702、TC2002)进行墩身施工测量,采用定期检定过的钢尺进行两墩柱模板间距丈量
,确保墩柱为了减少大气、日照、风力等外界条件对放样点位及墩柱模板检查定位的影响,测量作业一般选择在气候条件较为稳定、墩柱受日照
变化影响较小的时间段内进行。对测量外业放样计算数据、外业观测记录进行100%复核,确保正确无误。
3.3 墩身大体积混凝土温度监测与裂缝控制
由于本主桥墩身属大体积混凝土结构,为防止混凝土由于水化热温升而产生温度裂缝,保证大桥的长期安全使用,预先对墩身温度场和温度应力场
进行了计算。通过分析计算成果并结合已有的施工经验,提出了防止产生有害温度裂缝的温控标准和温控措施。
3.3.1 温控计算条件
(1)根据墩身结构特点,取任一侧(上游或下游)的1/4墩身进行空间有限元计算。
(2)墩身混凝土设计强度等级为C40。
(3)墩身混凝土浇筑分层循环浇筑,间歇期为6 d;墩身与0号块的浇筑间歇期为25 d。
(4)混凝土满足泵送施工工艺要求,其原材料及配合比分别为:墩身采用42. 5级普通硅酸盐水泥,一级粉煤灰, 5~31. 5 mm花岗岩碎石,中粗砂
水泥用量为310 kg/m3,粉煤灰用量为100 kg/m3水胶比为0. 43。
(5)根据水化热试验结果,等效考虑冷却水管初期降温效果,墩身混凝土绝热温升为42℃。
(6)混凝土其他物理热学性能见表1。
(7)施工时的平均风速按3级(4 m/s)考虑;墩身侧面用5 cm厚麻袋覆盖,并外包彩条布,其放热系数取6. 7 kJ/(m2·h·℃)。
3.3.2 计算成果及分析
采用有限元MIDAS/Civil进行温控计算。
(1)混凝土温度场主要特征
墩身混凝土内部最高温度约为62℃,发生在浇筑分界断面以下2. 5 m处,在混凝土浇筑后2 d左右出现。峰值出现后,内部温度开始逐渐下降, 15~
20 d后趋于平稳。
(2)混凝土内部应力主要特征
墩身各层混凝土内部各龄期即7、14、28、56、100、130及160 d的最大温度主拉应力分别为0. 5、2. 1、2. 8、3. 0、3. 2、3. 5及3. 2MPa。
(3)结果分析
根据有关掺粉煤灰C40混凝土劈裂前抗拉强度统计试验结果,可知墩身大体积混凝土在施工期内有1. 3~1. 4的抗裂安全系数,墩身在采取有效的
温控措施并合理施工后,可以防止混凝土产生有害温度裂缝。
3.3.3 温度控制标准
根据计算成果,在施工期内为保证墩身不出现有害温度裂缝,采取如下温控标准:
(1)墩身混凝土的浇筑温度不超过22℃;
(2)墩身混凝土在已浇筑混凝土基础上最大水化热温升不超过42℃;
(3)混凝土内表温差不超过26℃;
(4)混凝土降温速率不超过2℃/d。
3.3.4 混凝土内部温度检测及成果分析
(1)检测工作程序
检测工作的操作程序为:温度传感器标定→接长屏蔽电缆→预埋传感器→电缆保护→接驳仪器→实施检测→成果整理分析→温控效果分析
(2)主要检测仪器
主要检测仪器包括温度传感器和温度检测仪。温度传感器采用PN结温度传感器,温度检测仪采用PN-4C型数字多路巡回检测控制仪。
(3)测点布置及检测基本要求
在墩身混凝土分别布置了56个温度测点。根据结构特点,墩身测点布置在1/4结构范围内;布置时采取逐层、逐列、逐行布置,层距均取1 m;墩身
为矩形截面,测点布置时,沿厚度方向设两行,距混凝土表面10 cm,沿宽度方向的列间距与厚度方向的行距相等。在检测混凝土温度变化的同时,
还对气温、冷却水管的进出口水温、混凝土的出机温度、入仓温度、浇筑温度等均进行监测。
各项监测项目在混凝土浇筑后立即进行,连续不断。混凝土的温度监测,要求在升温阶段每隔2 h巡回监测各点温度一次,到达峰值后每隔4 h监测
一次,持续5 d,随着混凝土温差变化减少,逐渐延长监测间隔时间,直至温度变化基本稳定。
(4)主要温控措施
①优化混凝土配合比,降低水化热温升:合理选择混凝土原材料,即选择级配良好的砂石料、适量掺入粉煤灰、降低水泥用量,以及优化混凝土配
合比设计是降低混凝土内部水化热温升的重要环节。墩身混凝土施工的配合比为: 0. 43∶1∶1. 716∶2. 64(16~31. 5 mm的大石子占80%,
5~16 mm的小石子占20% ),其中水泥用量310 kg/m3,粉煤灰掺量100 kg/m3,外加剂掺量1. 1%, 21、22号墩身混凝土的28 d强度平均值分别为51
MPa和
52. 9MPa。
②混凝土浇筑温度的控制
每次混凝土开盘之前,量测水泥、粉煤灰、砂、石和水的温度,计算其出机温度,并估算浇筑温度。
③冷却水管埋设
根据混凝土内部温度分布特征,墩身因结构主筋密集,安装冷却水管较困难,采取加强覆盖养生的措施。
④混凝土保温、养护
大体积混凝土的保温和前期养护是温控工作的重要环节。为了达到混凝土强度的正常增长和减少收缩裂缝的目的,现场监控应十分重视混凝土的
保温和养护:墩身每层混凝土浇筑后,模板侧面吊挂麻袋保温;拆模后,立即用两层土工布、一层彩条布和一层麻袋覆盖保温;还可利用热水浇洒混
凝土表面,保证混凝土表面与内部温差基本控制在容许温差范围内,直至内部温度降至外界环境温度附近。
3.3.5 温控效果
在墩身大体积混凝土施工中,由于温控措施到位,温控效果良好。经检查,未发现有害温度裂缝、强度满足要求。
4 结语
柳州三门江大桥主桥墩身施工采用了钢管脚手架防护、主墩塔吊提升墩身模板、交界墩吊机提升模板的翻模施工方法。经检测,墩身钢筋定位
准确,模板中心位置与垂直度、预埋件位置及墩顶高程等各项误差均能满足设计要求,未发现有害温度裂缝。
工程实践表明,该墩身施工方法精细合理,操作方便,模板利用率高,施工成本较低,施工进度快,对同类型工程施工具有参考和借鉴作用。
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