南太湖大桥主梁挂篮悬浇施工技术

南太湖大桥主梁挂篮悬浇施工技术

刘德柱1,王 鹏2,周静波1

(1.浙江省湖州市建设工程质量监督站,浙江湖州313000; 2.浙江省湖州市城市

建设发展总公司,浙江湖州313000)

摘 要:南太湖大桥为预应力混凝土H 形独塔双索面斜拉桥,桥面全宽40.5m ,主梁采用双主肋形式。介绍该桥主梁采用的二次挂篮悬浇施工技术。

关键词:斜拉桥;预应力混凝土结构;主梁;挂篮;悬臂灌筑架桥中图分类号:U448.27;U445.466

文献标识码:A

Construction Techniques of Cantilever Casting by Form Traveler for Main Girder of South Taihu Lake Bridge

LIUDe zhu 1

,W ANG Peng 2

,ZHOU Jing bo

1

(1.Co nstr uctio n Pro ject Q uality Superv isio n Station,H uzhou City,Zhejiang Pr ovince,H uzhou 313000,China;2.U rban Constructio n Dev elopment Co rpor atio n,Huzho u Cit y,Z hejiang P ro vince,H uzhou 313000,China)

Abstract:T he So uth T aihu Lake Br idge is a prestressed concr ete cable stayed bridge w ith a H shape single py lon and double cable planes.The total deck w idth of the Br idge is 40.5m and the main g ir der is desig ned to have double m ain ribs.In this paper,the constr uction techniques of tw o time concrete cantilever casting by fo rm tr av eler for the main girder are described.

Key words:cable stayed bridg e;pr estressed co ncrete structur e;main g irder;form traveler;bridge cantilev er casting 收稿日期:2007-04-19

作者简介:刘德柱(1968-),男,工程师,19年毕业于石家庄铁道学院桥梁专业,2005年毕业于浙江工业大学土木工程专业。

1 结构概况

湖州南太湖大桥是湖州市三环北路东延项目的控制性工程,桥梁全长1319m,主桥为H 形独塔双索面混凝土斜拉桥和刚构协作体系,主桥跨径为边跨160m ,中跨为190m+38m 外伸孔(刚构协作体系),塔高108m,其桥面宽40.5m(在主塔根部局部变宽为42.5m )。斜拉索布置为竖琴式,主梁采用双主肋断面形式,建筑高度为3.055m (含6cm 桥面铺装)。主梁由主肋、桥面板和横隔板组成(见图1)。主肋标准高为2.7m ,宽1.7m ,两主肋中心距29.5m 。横隔板纵向标准间距为6m,为双悬臂结构,悬臂计算宽度为5.5m ,横隔板宽度为0.28m 。桥面板厚0.28m ,纵向坡度为0.93%,横向坡度为2%。1个标准节段混凝土为146m 3,悬浇节

段长6m,共23个节段。

图1 主梁标准断面

2 挂篮结构设计及试验2.1 挂篮设计思路

斜拉桥的悬浇挂篮通常采用前支点挂篮,借用工程的本身结构 斜拉索作为提吊挂篮的前支点,由已浇梁段和斜拉索共同承担待浇梁段的混凝土重力和挂篮自身重力[1]。其行走主要靠牵引挂篮两侧

挂腿向前移动,挂篮全部重量支承在挂腿上。由于南太湖大桥主梁悬臂净宽度为4.65m ,大悬臂挂腿受力复杂,挂篮一次性全断面悬浇到位将十分困难。为此,确定翼缘采用二次挂篮悬浇施工工艺,即主梁内侧(含主梁)部分32.2m 宽利用前支点挂篮悬浇,翼缘悬臂部分4.25m 宽延后利用挂篮主纵梁尾部向外延伸形成浇筑平台悬浇。这样超宽桥面40.5m 就变成了接近常规的边主纵梁斜拉桥前支点挂篮施工,此方案悬浇桥面仍然较宽,但是解决了大悬臂挂腿的受力问题,同时可以通过增加挂篮横向强度和刚度及横向联系来解决大跨径问题。

挂篮升降采用全液压升降拱架系统,施工中只升降模板系统,挂篮主桁只作轻微升降,以减少挂篮升降高度,确保挂篮施工安全。挂篮结构示意见图2

。

图2 挂篮结构示意

2.2 设计荷载

(1)混凝土荷载:箱梁标准节段重为365t;

(2)挂篮系统重量:1t;

(3)人群及施工荷载按 公路桥涵设计通用规范!取1.5kN/m 2;

(4)风荷载:挂篮工作状态风速13.6m/s(6级风),挂篮非工作状态风速28.9m/s(桥面处基本设计风速);

(5)索力:挂篮所受最大索力按3500kN 计。2.3 挂篮主要构造

本施工挂篮由承载平台、牵索系统、行走系统、定位系统、锚固系统、模板系统、操作平台及预埋件

系统等组成。

2.3.1 承载平台

承载平台是挂篮的主体结构,由支承悬浇荷载及模板体系的平面刚架、支撑挂篮行走的挂腿组成。平面刚架包括2根主纵梁,前、中、后横梁各1根,2

个翼缘后浇支架[2]

。承载平台上平面距主纵梁底面40cm,作为设置模板、张拉机构、止推机构、顶升机构的空间。两侧主纵梁前端开槽,在主纵梁上设置以锚固点为中心的圆弧形承力面(见图3)。

图3 1/2承载平台示意

2.3.2 牵索系统

牵索系统的功能是在挂篮悬浇施工时将斜拉索与挂篮连接起来形成前支点,以降低施工中主梁临时内力峰值;在悬浇完成后,将斜拉索与挂篮分离,实现索力的转换。牵索系统由张拉垫块、张拉机构及钢绞线斜拉索锚具组成。张拉机构中的张拉千斤顶通过撑脚固定在张拉垫块上,张拉垫块可沿主纵梁头部曲梁上下滑动,因而前支点空间位置可调整,以适应中跨、边跨节段斜拉索平面位置的变化[2]。

前支点定位完成后可由丝杆、螺母锁定。通过张拉杆、索力转化架实现张拉千斤顶与拉索锚具的连接与分离。

2.3.3 行走系统

行走系统主要实现挂篮空载前移功能,由牵引机构及行走反滚轮组成。由2台YC ∀150穿心千斤顶通过2根 32精轧螺纹钢筋同步牵引挂腿,从而带动挂篮前移[2]。挂腿直接在专门铺设的30m m 厚滑板上移动。挂篮行走时由行走反滚轮平衡前倾力,行走反滚轮在已浇主肋底面滚动。2.3.4 定位系统

定位系统主要实现挂篮浇筑前的初定位及微调定位功能,由顶升机构、止推机构、前后锚杆等组成。前锚杆和顶升机构相互配合实现挂篮的升降,升降行程34cm 。挂篮顶升到位后可机械锁定,以保证

2.3.5 锚固系统

锚固系统包括2组前锚杆组及分配梁、2组后锚杆组及分配梁、翼缘后浇段锚杆组及分配梁。前锚杆组设在主纵梁中部,其作用是将承载平台承受的施工荷载传递到已浇梁段上;后锚杆组设在主纵梁尾部,其作用是平衡挂篮斜拉索初张拉时产生的倾覆力;翼缘后浇段锚杆组设在翼缘施工缝处,其作用是将翼缘后浇支架承受的施工荷载传递到已浇梁段上。

2.3.6 模板系统

模板系统由主肋底模及侧模、横隔板底模及侧模、顶板底模、拱架、支撑等组成。主肋内侧模、横隔板内侧模上下端分别与顶板底模和承载平台采用铰连接,主肋侧模、横隔板侧模之间采用对拉螺杆连接[2]。前端模板支撑采用可调撑杆支撑在承载平台上。在挂篮前移前,拆除主肋内侧模、横隔板内侧模上端与顶板底模的连接铰,顶板底模及拱架下降适当高度;松开对拉螺栓,将主肋外侧模、横隔板前端侧模放置于承载平台上,将主肋内侧模、横隔板内侧模转动一定角度脱离混凝土,放置顶板底模上且随同拱架一起下降至挂篮行走时的定位高度。挂篮前移到位后,再将拱架提升到设计标高位置,立模,浇筑下一节段。拱架用千斤顶顶升到位,并用销轴定位,因而可方便地立模、拆模,并将模板系统整体移至下一待浇节段。翼缘后浇段模板则采用竹胶合模板,以减轻模板重量,每浇筑完成1个节段后,将其拆除,随碗扣式脚手架一起,放置在支架平台上随挂篮一起整体向前移动。

2.3.7 操作平台

挂篮操作平台包括主纵梁头部围栏及下平台、主纵梁尾端及内侧平台,前横梁走道以及主纵梁走道,能使施工人员处于一个相对封闭的作业环境。2.3.8 预埋件系统

预埋件系统主要包括止推机构预埋件,主纵梁前后锚杆预埋件,模板提升预埋件以及翼缘后浇段预埋件。

2.4 挂篮荷载试验

6m长平台牵索挂篮是南太湖大桥主梁悬浇施工的重要设备,挂篮所受荷载大、使用工况复杂。因此,在投入使用前必须对挂篮进行荷载试验,对挂篮设计、制作、安装的工作质量进行检验,通过检验发现并及时解决设计、制作过程中的问题,同时为主梁施工控制提供试验数据,为模板体系提供起拱的试验数据。

试验内容之一是通过模拟挂篮悬浇施工所受荷载,检验挂篮结构强度、刚度是否满足设计要求。二是通过千斤顶对挂腿施加作用力,检验挂腿及其与主纵梁的连接是否满足设计要求。三是通过对止推机构施加作用力,检验其连接及其预埋件是否满足设计要求。荷载试验分4级加载,即最大块重的50%、75%、100%、115%,试验结果均满足设计和使用要求。

3 前支点挂篮主梁悬浇施工

3.1 挂篮加工及拼装

为节约成本,方便加工以及运输,挂篮在现场加工制作,运至主桥0号块现场拼装。挂篮按永久结构的标准制作,严格控制焊接质量及机加工件,特别是张拉构件的加工质量,同时严格按照钢结构工程施工质量验收规范!(GB50205-2001)进行加工质量检验。

为方便运输且考虑到现场起重能力的以及加工质量,除前横梁加工分为2段外,其余构件全部整体加工成型运输至施工现场拼装。现场拼装平台要求平整,同时用型钢铺成轨道,以保证现场拼装焊接质量,挂腿与主纵梁采用高强螺栓连接。

由于南太湖大桥主塔施工现场均处于陆地,故挂篮拼装均在0号块下进行,整体吊装上桥并前移到设计位置。

3.2 混凝土浇筑状态施工工序

混凝土浇筑状态施工工序为:顶升机构千斤顶工作,放倒行走反滚轮#安装前锚杆组#缓慢同步提升前锚杆组,同时顶升机构螺杆下降,挂篮上升#安装止推机构,操作止推千斤顶,使挂篮纵向定位#安装后锚杆组和翼缘后浇段锚杆组#立模,测量标高,同时调整顶升机构千斤顶及锚杆组千斤顶,使挂篮精确定位,并满足预变形设置要求#连接张拉机构与斜拉索,形成挂篮前支点#按主梁施工控制要求分次浇筑混凝土,并张拉斜拉索,使各节段满足索力及变形双控的要求。

3.3 挂篮行走状态施工工序

挂篮行走状态施工工序为:脱摸#张拉千斤顶工作,拧紧拉索锚具上锁紧螺母,放松张拉千斤顶,使索力传至新浇梁段上,并拆除张拉机构与斜拉索的连接#拆除止推机构,轨道前移#拆除后锚杆组#缓慢同步下放前锚杆组,同时顶升机构螺杆上升,挂篮下降(34cm),挂腿落至滑板上#安装行走反滚轮,顶升机构螺杆下降#翼缘后浇段支架拆除并放置在施工平台上#安装牵引机构#牵引挂篮前移并初定位。

3.4 混凝土浇筑施工工艺

3.4.1 配合比设计

主梁为C50混凝土,配合比严格按照施工规范的要求,在试验室试配,掺入适量的早强减水剂和缓凝剂,试配强度R=R设+1.5 。混凝土初凝时间在15h左右,坍落度控制在14~16cm,采用5~25 mm级配碎石,各种原材料经检验合格后方可使用。

3.4.2 混凝土的浇筑

主梁各节段混凝土必须一次性浇筑完毕。挂篮悬浇必须对称进行,不平衡重量不得大于节段重量的1/4。混凝土的浇筑顺序为从前至后(即由梁端向已浇段),先主肋,后横肋,再浇顶板。上下游肋板交错均匀布料,两肋板混凝土面高差控制在50cm 以内,直至将肋板顶面及顶板倒角对称浇筑完成,然后浇筑中部顶板。两侧翼缘板滞后2个节段采用二次挂篮浇筑。每一悬浇节段应严格控制混凝土的超方,自重误差应控制在2%以内。为保证主梁混凝土的平整度和横坡,在顶板钢筋上焊接3排支撑钢筋,再利用 16圆钢焊接3条轨道,轨道间距根据刮尺长度而定,轨道顶标高即为顶板在该位置的实际标高,在顶板混凝土浇筑完毕时,利用刮尺将混凝土表面整平,要注意顶板混凝土需二次收面并扫毛,以防混凝土表面开裂。混凝土要振捣密实,无过振、漏振,振捣器要快插慢拔,振捣间距控制在20cm左右,直至混凝土表面无气泡为止,下料厚度按50cm 控制,第2层混凝土振捣时振捣棒应插入下一层混凝土内5~10cm。混凝土布料要均匀对称,保证挂篮受力一致。混凝土浇筑完成后及时养护。节段间竖向施工缝在混凝土强度达到2.5M Pa后,人工凿毛,注意避免损坏主梁外壁,影响美观。

3.5 主梁斜拉索施工流程

本桥斜拉索采用环氧喷涂钢绞线,OVM250-55平行钢绞线拉索体系。施工流程主要为:梁段模板安装#斜拉索转换装置安装#锚具安装# H DPE圆管安装#单根挂索并张拉#整索第1次张拉#混凝土浇筑一半时整索第2次张拉#混凝土浇筑完成#主梁预应力张拉#索力转换进行第3次整索张拉#减振器安装#锚头防护、索体防护管安装固定。

4 主梁悬浇施工中应注意的问题

4.1 混凝土质量的控制

由于主梁每次混凝土浇筑量均较大,须考虑混凝土的防裂措施,应不断优化混凝土的配合比,尽可能降低水泥用量和水灰比,选用质量稳定的外加剂;严格控制混凝土材料的计量和质量,延长搅拌时间,加强振捣控制;浇筑时,采用先周围后、薄层均匀上升的方法,以便散发早期水化热,减少混凝土内外温差。

4.2 主梁线形的控制

由于主梁采用桥面宽达40.5m的双主肋板式结构,每节段混凝土重量大,线形控制难度较大。在混凝土浇筑前,测出混凝土的弹性模量、容重以及混凝土的收缩系数,提供给施工监控小组;每节段模板立模标高严格按监控指令调整,标高的测量须经施工、监理、监控三方验证;线形控制按应力为主、兼顾线形的原则。

4.3 索力精度和平衡的控制

主梁的内力和线形与斜拉索索力密切相关,只有索力控制精确,主梁的内力和线形才能得到有效控制。为使每根索中各钢绞线索力均匀,采用等张拉值法进行张拉,即每根钢绞线的拉力以压力表读数控制,传感器读数监测,注意安装控制张拉力、锚固点计算相对变形量、环境温度变化的影响;整索一张、二张、三张及整体调索应严格按监控指令控制,施工过程中每根拉索索力误差控制在5%以内,终索力误差控制在2%以内。

5 结 语

南太湖大桥主桥为预应力混凝土H形独塔双索面斜拉桥和刚构协作体系,超宽主梁采用二次挂篮悬浇施工,在施工中桥梁线形和混凝土的质量都得到了有效控制,确保了大桥的工程质量。

参 考 文 献:

[1] 刘士林,梁智涛.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社,

2002.

[2] 武汉港湾工程设计研究院.南太湖大桥主梁施工挂篮

方案设计[Z].武汉:武汉港湾工程设计研究院,2004.