1· 工程概况
本桥为四车道高速公路特大桥,设计荷载为汽车-超20级,挂车-120级,场地地震基本烈度6°,由于大桥属沉陷敏感的乙类建筑,应按7°考虑。实测地震参数计算地震力,设计风速按33.58m/s。横向桥面布置为0.5m(护栏)+11.5m(行车道)+2m(中央分隔带)+11.5m行车道+0.5m(护栏),全宽26m。
2· 地质情况
北引桥及高架桥区域覆盖层厚大约25m左右,中上部承载力低,不宜作桩端持力层。可作为持力层的粉细砂岩仅占50%左右,而疏松砂岩平均占34%,最高达54%~60%,黏土质粉砂岩占7%。极软层不宜做桩端持力层。南引桥区域覆盖层厚57~63.62m,在6~20m深度内存在振动液化问题,底部有较厚的砂卵石层。基岩在桩号K21+880以北为杂色砾岩,岩体条件好;以南粉细砂岩中含18%的黏土质粉砂岩,岩体条件差,但仍可选择较好的粉细砂岩作为持力层。由于桥位基岩主要为软岩夹极软岩,承载力低,桥梁桩基础宜采用摩擦形式,并注意选择有一定厚度的粉细砂岩作为桩端持力层[1]。
3 ·施工方案
3.1 基础工程施工
本桥基础全部采用钻孔灌注桩。桥墩为2Ф2m桩,全部位于岸上。
桩基的施工,均采用回旋钻孔和冲击钻常规方法施工,普通黏土泥浆或膨润土泥浆护孔。
3.2 主桥承台和下部结构施工
浅水区的主墩承台采用薄壁钢围堰围水施工方案。为解决大体积混凝土的水化热问题,采用内排外保的办法。该桥墩为钢筋混凝土独柱实体式桥墩,结构外形简单、美观、受力明确。设计采用底部和中部滑模施工,上部立模现浇施工方案。
3.3 主桥上部结构施工
3.3.1 设计特点
公路大桥南岸漫滩引桥及北岸堤外引桥上部结构形式为纵向分离双幅多跨等截面预应力混凝土连续梁,单箱单室箱形断面。根据受力情况采用二向预应力进行设计。正、负弯矩预应力钢束采用符合二向预应力进行设计。箱梁正、负弯矩主要由纵向预应力束在箱梁腹板竖弯和平弯满足箱梁受力要求,同时辅以少量顶板束。纵向预应力束在箱梁施工缝处通过连接器接长。腹板纵向预应力束每束张应力为3710.7kN及3124.8kN,布设在腹板范围内并集中锚固在箱梁施工缝处。
目前,我国大跨径预应力混凝土桥梁大多数采用悬壁浇筑法进行对称平衡施工,小跨径的桥梁多采用预制安装的简支梁或预制与现浇结合的先简支后连续的多梁式组合梁,上述两种类型的桥梁都已具备了工艺成熟、质量稳定、施工方便、容易控制等优点;而对于中等跨径的桥梁,特别是跨径在40~50m左右的桥梁,尚不具备以上优点。但由于各种自然条件,如通航要求、水利汇洪要求,以及经济性比较、又不得不采用此类中等跨径。此类桥梁若采用大跨径或小跨径桥梁的施工工艺均不能满足安全、经济、快捷的要求[2]。
目前,中等跨径的预应力混凝土桥梁的设计在断面尺寸拟定、预应力钢束配置、普通钢筋构造均能达到安全、经济、适用、美观的要求,关键是找出最佳的施工方法,以期达到工期短、进度快、质量好、节约施工费用的目的。
在保证安全的前提下,为节约工期,降低造价,按照逐跨施工方法进行设计,箱梁尺寸拟定,预应力钢束布置、锚具配套及张拉均考虑了施工过程和营运使用状态的受力要求。采用自行走式移动模架—俗称“造桥机”。使用此方法,先浇筑一跨,此后,每次浇筑一跨,逐步循环推进,一个循环即一跨的施工,包括行走模架、清理接头断面、立模、扎钢筋、浇混凝土、张拉预应力仅用14d就可以完成,保证了施工质量,节省了支架费用,保证了本桥的施工能够按计划完成[3]。
3.3.2 施工方案
箱梁施工方法采用墩顶移动模架逐跨现浇。箱梁无论是正弯矩还是负弯矩的预应力钢束,都采用一样的方法,从一端张拉,腹板与底板钢束张拉顺序要遵循先腹板后底板,腹板张拉顺序由高向低,也就是先从长束开始再向短束进行,底板束要按照由中间开始向两边扩展的顺序进行。左右腹板束张拉要对称,底板束以箱梁中心线为界,张拉要保证对称。
各阶段预应力束的张拉应在混凝土龄期要进行控制,一般要求在3d以上,并且控制抗拉强度,要求达到设计强度的80%以上[4]。
4· 结构分析与施工控制
计算模型链式平面杆系。一期恒载为预应力混凝土梁,容量为2.6t/m3。二期恒载为防撞护栏,灯柱,泄水管及桥面铺装等。桥面铺装8cm沥青混凝土,容量为2.6t/m3。桥面铺装7cm沥青混凝土,容量为2.5t/m3。汽车荷载多车道加载时的横向折减系数为:三列车:0.78,四列车:0.67。结构计算采用“桥梁结构分析综合程序”,施工阶段按模拟施工步骤分阶段计算,结构状态逐步累加[5]。
施工过程控制是在施工期间对累积扰动进行精确计算,主要因素有:箱梁重量、预应力、收缩徐变、施工荷载、施工等,这在模拟施工步骤分阶段计算中可以得到很好的解决。在施工的预拱度设置时,应做到:⑴将理论计算与实际观测相结合,以消除由计算理论直接引起的误差和前阶段施工偏差;⑵充分考虑不均衡温度变化对长悬臂施工结构状态的影响,确定温度基点,计算即时温度效应[6]。
5· 结语
该项目实施前,国内50m左右预应力混凝土连续箱梁多采用满堂支架或用挂蓝分段悬臂浇注。跨度超过40m的预应力混凝土连续箱梁支架施工,从施工的角度,也有很多问题:⑴支架的高投入;⑵落地支架现浇施工方法。箱梁施工前,应对支架进行预压,预压荷载为箱梁自重的80%,并随着箱梁混凝土的浇筑逐步减小预压荷载。这也是影响造价的因素。⑶占地较大,不利于环保。从结构分析及设计角度来看,其主要预应力束布置在顶板和底板,箱梁的应力状态不佳,主拉应力较大,使用中箱梁容易产生裂缝。箱梁内部设置了大量张拉槽口,给施工带来了困难。这些现象在国内桥梁设计中是很常见的问题。
跨径在50m以上的预应力混凝土连续箱梁施工如采用挂蓝分段悬臂浇注方法,虽和前者一样,属无支架施工,但是箱梁分段数量大,施工工期比较长。从箱梁构造、结构分析及设计角度来看,与前面分析结构类似[5]。
墩顶移动模架法设计应用于施工的成果,从施工角度来看,无支架投入,不需要对支架进行了预压,主要是设备的投资,虽一次性投入较大,但多次使用,其影响造价的因素会很小。另占地较小,有利于环保。从结构分析及设计角度来看,其主要预应力束布置在腹板,改善了箱梁的应力状态,使用中箱梁不产生裂缝。箱梁内部不设置张拉槽口,给施工带来了方便。同时,由于该设计方法,预应力布置简洁明了,箱梁构造简单,工程设计人员易于掌握,缩短了设计和施工周期,解决了生产力。