特大桥独柱墩预应力盖梁施工问题探讨
时间：2022-12-09 11:25:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
张小明
（南昌路兴交通工程监理咨询有限公司，江西 南昌 330009）
在当前国内各种形式的跨线桥、互通立交匝道、分离式立交等桥梁结构中独柱墩的应用愈发常见，但是独柱墩桥梁在运行过程中发生侧滑、侧倾及倾覆事故的可能性也较大。就当前可以采用的独柱墩桥梁抗倾覆加固技术来看，如果采用钢管支架法施工，搭设盖梁现浇支架前必须加强地基处理，避免因地基沉降过大而影响盖梁线性[1]和混凝土质量。此外，钢管支架法施工所需钢材量大，搭设过程相当耗时，预留变形量控制难度大，既不方便也不经济。而采用托架法进行独柱墩钢盖梁施工，既能缩短施工周期，降低劳动强度，又便于加强过程控制，景观性更好，对交通影响也小，且对独柱墩结构抗倾覆性能的改善效果也较为显著。
CZ高速公路第三合同段特大桥左线和右线分别为40跨和21跨，左跨长1210.1m，右跨长619.7m。桥梁上部按长度30m的预应力T梁设计，下部则采用重力式桥台以及扩大基础、桩柱式墩。桩基采用长度10～28m、直径2.8m的嵌岩桩形式；
墩柱为2.6m长、2.0m宽、2.0～25.0m高的八边形独柱墩，并将0.5m的倒角增设在四角。在桩柱过渡段分别设置长3.8m、宽3.8m、高2.0m的承台，后张法预应力盖梁设计长度为11.1m，高和宽分别为2.7m和2.0m。该桥梁位于重山丘陵地貌区，与相邻流域并行穿梭于山坡沟谷之间，且沟谷狭小，两岸岩壁发育，起伏较大。地面高程在150～385m之间，桥址处所覆盖第四系土层厚度不大，但存在十分强烈的构造切割现象。压碎岩基岩埋深大，溶洞发育。
该特大公路桥独柱墩预应力盖梁设计和施工具有一定的典型性和代表性，国内可借鉴经验不多，可参照的资料相当有限。该特大桥所在区域地形陡峭，左右幅高差较大，且线路紧邻河流，既无法为钢管支架搭设提供必要空间，也不利于材料设备到场通行，地质条件不良。如果采用常规的钢管支架法进行盖梁施工，则因墩柱高度大，必将增大钢管投入量以及钢管支架搭拆工作量；
桥址处地形陡峭，地质条件差，在支架搭设前必须大面积实施基础加固处理，必将对原地形地貌造成扰动和破坏。综合上述方面的考虑以及该特大公路桥实际情况，在墩身施工结束后在各墩柱上安装钢制抱箍以夹紧柱身，再在抱箍上设置工字钢以形成现浇盖梁托架结构，盖梁、支架及模板自重荷载及施工荷载等均由抱箍和桥墩之间的摩擦力承担；
同时在柱身上部预留孔洞，等混凝土达到设计强度后将钢棒穿入孔洞，再安装底座并安放工字钢，形成托架结构。通过这种“抱箍+托架”的操作代替常规的钢管支架法，能够在充分解决上述技术难题的基础上满足施工要求；
在最后一节墩柱施工时，还应进行托架拼装所用预留孔道的预埋设，并充分利用墩柱施工所用自制井架进行盖梁施工。该特大桥独柱墩盖梁抱箍设计见图1。根据预测，托架法与常规的钢管支架法相比，可整体缩短该特大公路桥独柱墩盖梁施工工期，节省施工成本。
图1 独柱墩盖梁托架抱箍设计
该特大桥独柱墩盖梁施工需配备1套JS-500型混凝土拌和楼、3台HBT60SEA-1816型拖式混凝土泵、2台混凝土振捣器、1台QY16～50型吊机，4把带响扳手、2台BX3-500F型电焊机、1台GW6-10B型弯曲机及1台GQ40-1型切断机。在施工开始前必须对到场机械进行全面性能检查及必要的标定。
3.1 抱箍及托架拼装
进行上截墩柱浇筑施工前必须埋设预应力孔道。以f32mm精轧螺纹钢为对拉螺杆，以f80mm钢棒为支撑梁，并在孔道埋设时将f40mm和f100mm两种尺寸的PVC管间距控制在390.75cm。待混凝土实际强度达到设计值的70%时将f80mm钢棒穿入f100mmPVC管中，同时在钢棒上支设两根支撑梁，通过M22高强螺栓将横撑和支撑梁与墩柱栓接。托架每侧均设置3块由角钢加工而成的三角杆件，考虑到该桥梁所处地区地势起伏较大，必须在平地上完成单个三角杆件的拼接以及抱箍加工，并在加工好的抱箍内侧黏结厚度为10mm的橡胶片。通过吊机逐个起吊三角杆件以及两块半圆形抱箍就位，在墩柱上拼接、固定，并将三角杆件和抱箍连接所用的M22高强螺栓全部拧紧，将螺栓拉力控制在100kN及以上。考虑到该高速公路特大桥所在地区地势起伏大，平曲线多且平面半径小，横坡陡峭、纵坡大，同一座桥内独柱墩盖梁横坡并不相同。为保证倒立三角支架能适应不同的横坡盖梁，且不影响受力结构的稳定性，采用高强销子连接该独柱墩预应力盖梁斜杆撑Ⅰ18工字钢上部和水平Ⅰ45b工字钢；
同时将下部斜撑形式调整为带丝杆钢管，以便于横坡调整。
3.2 托架预压及卸载
为尽可能减少对模板的调整，应当在架设好托架及模板安装前进行托架预压。预压期间应先搭接工字钢和方木，在托架上均布预压体沙袋，并将预压总重量控制在箱梁重量的85%及以上。在预压前按照3.0m间隔在杆件顶端增设测点，并使测点沿盖梁结构纵向布置，共设置三排，以实施沉降观测。观测开始后按照2h的时间间隔测量托架标高及托架沉降[2]，并据此进行托架弹性变形的控制，在立模过程中还应将相应变形量计入模板顶标高。根据所得到的预压加载重量和时间观测值进行杆件弹性压缩量的分析，以便为立模提供依据。
待托架达到沉降稳定状态且持续7d无沉降发生后进行托架卸载，卸载应采取与加载相反的次序分级进行、分级观测。多次观测结果显示，该桥梁托架沉降量最大值为4mm，满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）要求。
3.3 模板施工及钢筋制作安装
该特大独柱墩公路桥盖梁模板包括端模、侧模和底模等部分，各类模板均以厚度3mm的钢板为材料，侧模和底模通过螺栓连接，侧模以f25mm圆钢为加固栏杆，并确保模板接缝严密，避免漏浆。在安装模板之前必须根据盖梁实际尺寸进行装配图设计，并通过相应尺寸木模配补模数不足的空缺部位及转弯处。
该桥梁因所处区域地势特殊，施工场地受限，故应在地面加工盖梁钢筋，再通过吊机将钢筋起吊至盖梁底模处实施安装。如果在安装期间，钢筋位置与预先设置的预应力孔道和锚具位置出现冲突，则应进行钢筋位置的微调，并防止钢筋接头全部位于同一截面；
还应通过加焊骨架的方式提升盖梁骨架结构刚度。
3.4 混凝土浇筑
该独柱墩预应力盖梁一次浇筑混凝土方量达50m³，浇筑方量大且必须保持作业过程的连续性，为此应加强施工前混凝土材料的准备，同时还应全面检查托架、模板及钢筋结构的稳定性、尺寸及位置，查验托架接头是否与模板尺寸吻合，拼装是否紧密牢靠，模板脱模剂的涂刷情况等。为确保混凝土浇筑后张拉过程的顺利展开，还应检查预应力孔道、预埋件及波纹管等的设置情况。
采用输送泵连续浇筑的方式进行该独柱墩预应力盖梁混凝土施工，分层浇筑，循环进行，材料坍落度不得超出18～22cm范围。考虑到该特大桥独柱墩属于刚性支点，为避免混凝土浇筑施工期间发生托架沉降及施工缝，应从墩顶开始进行混凝土浇筑，并依次向两边拓展。此外，该特大桥独柱墩预应力盖梁高度平均在25m以上，为加速混凝土初凝，还应按设计比掺加减水剂。在盖梁混凝土浇筑施工的同时还应制备同期养生试件，以便为拆模提供依据。完成盖梁混凝土浇筑施工后按要求覆盖养生7d，在混凝土未达到设计强度前禁止受力扰动。
3.5 盖梁拆除
在预应力盖梁拆除过程中必须避免因托架拆除不当而引发较大瞬间动载，进而产生盖梁裂缝的现象，为此必须遵循设计程序拆除盖梁模板和托架。考虑到该独柱墩预应力盖梁底模属于承重模板结构，故应在混凝土实际强度达到设计值的100%后实施拆除；
而端模和侧模属于非承重模板，在混凝土实际强度达到2.5MPa时拆除即可。从墩顶开始拧松f32mm对拉杆，并依次卸除三角形杆件，最后将支撑梁卸落，将钢棒取出。在以上盖梁及托架拆除的过程中必须实时观测梁体结构应力及稳定性的变化趋势。
3.6 盖梁张拉
该特大公路桥独柱墩预应力盖梁张拉施工分两个阶段进行：第一阶段钢束张拉在完成盖梁混凝土浇筑、按设计要求覆盖养生7d且设计强度达到设计强度的60%后实施。张拉施工设备应根据张拉力设计、锚具及预应力筋类型进行选择，保证张拉设备吨位、压力表等规格完全满足施工要求；
在选择好张拉设备的基础上还应进行油压表、千斤顶等的标定，严格按照设计时间间隔实施设备校验。以标准抗拉强度1860MPa的ϕs15.2mm钢丝为该公路桥盖梁预应力钢束，并在混凝土浇筑后全面检查锚垫板及预应力管道质量，确保锚垫板安装准确、孔道清洁畅通的基础上将钢束穿入。
该桥梁独柱墩盖梁预应力张拉实施单端张拉，以张拉力为主控参数、以钢束实际伸长量为校核参数的双控，确保锚下预应力不超出1395MPa。设计张拉次序为30%N1-1钢束→50%N3-1钢束→50%N2钢束→80%N1-1钢 束→100%N3-1钢 束→100%N2钢 束→100%N1-1钢束[3]。第二阶段张拉施工在完成箱梁架设且体系转换后以及桥面铺装、护栏施工前进行，设计张拉施工次序为50%N1-2钢束→50%N3-2钢束→100%N1-2钢束→100%N3-2钢束。
在结束预应力盖梁张拉施工后通过混凝土泵实施孔道压浆及封锚处理。浆液主要使用P.O42.5水泥，且水灰比在0.40～0.45以内，泌水率不超出3%。为增强孔道密实性还应按水泥用量的7%掺加膨胀剂，并将浆液自由膨胀率控制在10%以内。通过挤压式压浆泵匀速缓慢压浆，各孔道最大压浆压力达到0.7MPa时应稳压5～10min；
待孔道另一头出浆饱满，并与设计黏稠度相同时停止压浆，按设计要求浇筑封锚混凝土。
综上所述，立柱较高的独柱墩桥梁施工如果采用常规的钢管支架法，必将增大施工难度，拖慢施工进度，不利于施工安全。改用抱箍三角形托架法能简化施工过程，增强结构受力的合理性。该高速公路特大桥独柱高墩盖梁施工中托架法显示出显著的技术优势，其工效比常规的钢管支架法提高了3倍，施工成本比钢管支架法低，工期提前了50d，且施工过程安全可靠。
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