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高原极端气候下预应力连续刚构桥梁悬臂施工技术探讨

2018-02-17王笔飞李唐军

西部交通科技 2018年5期
关键词:主桥压浆温差

王笔飞,李唐军

(中交一公局第四工程有限公司,广西 南宁 530031)

0 引言

西藏藏嘎村(S306)至罗布萨镇朱麦莎村公路工程(以下简称本项目)中主要工程为罗布萨跨江大桥,主桥为(50+85+50)m+18 m=193 m预应力混凝土连续刚构+普通钢筋现浇混凝土箱梁,大桥横跨雅鲁藏布江,主梁设纵、竖向预应力体系,上构梁体采用挂篮悬臂浇筑施工,主桥上构施工期在2017年4~11月,项目所处地区地形条件复杂,沿线所在区域气候属高原半干旱季风气候区,光照充足,辐射强烈,气候恶劣,极端气候频繁,全年昼夜温差大,空气中氧气稀薄,地面干燥,地表降水量低和温度垂直分布明显。另外,在该地区位于背阳面和向阳面的温差也非常大,施工条件极其恶劣,项目施工时间基本贯穿全年,类似相关工程施工经验少,西藏地区为桥梁病害高发区,西藏雅鲁藏布江上已建成运营的同类型桥梁几乎全部为危桥或限制使用。

1 高原极端气候下悬臂施工技术保障措施

1.1 悬浇节段钢筋工程在低温时焊接要求

螺纹钢筋及圆钢在低温环境条件下,钢筋的力学性能发生相应变化,其抗拉强度和屈服点增加,韧性及伸长率指标下降。对应钢筋的脆性增加,因此在高原地区环境温度在负温度环境中,钢筋的焊接连接应尽量安排在室内进行。如因施工工艺等的限制(如悬浇节段纵向主筋就必须在现场焊接接长)在室外焊接,其周围的温度不宜低于零下20 ℃,当遇大风时应有挡风措施,焊后未冷却的接头要防止冰雪的接触。

1.2 混凝土工程施工时的保障措施

本项目悬臂浇筑箱梁采用拌合站集中拌制+罐车运输+提升料斗入模的方式,混凝土在低温及温差大的时期,主要对混凝土拌合、运输、浇筑、养护等几个主要工序采取对应保障措施。

(1)混凝土拌合站的应对方法有:拌合楼采用彩钢复合板全封闭并用暖风机对封闭楼内升温保温,楼内温度保持在10 ℃以上,上料口和进料输送带也采用彩钢板及篷布进行封裹。

(2)粗细集料仓保温:料仓彩钢板搭棚封闭料仓,进口处采用军用加厚篷布帘子封堵,并用暖风机对仓内进行长时间升温保温,确保混凝土拌制时集料温度≥5 ℃。

(3)蓄水池采用两层实心砖+蓄水池四周及顶面外包裹加厚棉絮进行保温,池内用定制的电加热棒对混凝土拌制时用水直接加热至常温,池中安装长尾温度计量控拌合用水的温度,对拌合用的外加剂也采用相同的方法进行保温。

(4)混凝土罐车的大罐采用防水加厚棉被全包裹控温,并保证运输通道的畅通,缩短运输时间。

(5)混凝土提升入模采用2 m3料斗对称浇筑悬浇箱梁,尽量减少混凝土在料斗的停留时间。

(6)注重改善主桥上构悬浇节段混凝土的抗裂性能,因西藏地区天气条件复杂、恶劣、干燥、昼夜温差大,主桥上构悬浇节段混凝土中添加一定量聚丙烯纤维材料,提高箱梁混凝土抗裂性能,保证桥梁的耐久性。

(7)对于箱梁混凝土的养护工作,采用加厚棉絮对箱梁顶面、两侧腹板外模进行贴盖,并对箱梁端头进行密封,箱室内生锅炉烧水保温保湿、顶板及腹板浇洒热水进行养护。另外,同条件养护试块的制作、养护和检测,严格按照《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2015)的要求进行。

1.3 预应力工程的保障措施

1.3.1 重视张拉时间、张拉时强度与弹模值的控制

项目主桥悬浇施工时间为2017年4~11月,针对项目所处的西藏地区昼夜温差大、悬浇施工时间所跨越月平均温度相差较大,极端气候(夜间极低温、风速极快)容易出现等特点,施工过程中对箱梁混凝土进行了5 d、6 d及7 d龄期的弹模试验,结合混凝土强度值,用于指导选取合理合规的预应力张拉时间。另外,在施工中对9月份以后的天气变化幅度较大的实际情况,分别每月做了3组弹模试件进行弹模试验,了解具体的弹模变化规律,结合对应龄期混凝土试件的试验强度值,为选取合理、合规的张拉时间提供必要的有力依据。

1.3.2 严控预应力管道压浆时的环境温度

依据月度对每天气温变化规律的统筹统计,每次预应力管道压浆作业时,提前预判作业时间段,严格按照《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011)对压浆作业温度的要求进行,确保管道注浆时环境温度>5 ℃。当环境气温<5 ℃时,在梁顶、梁侧面覆盖和粘贴保温材料,箱梁内采用蒸汽对梁体进行加热,确保预应力管道压浆过程中和压浆后的3 d,预应力孔道周围混凝土的温度≥5 ℃,保证预应力管道压浆施工质量。

2 对连续刚构桥合拢阶段的控制

考虑到极端大风对悬浇节段部不利影响,上构悬浇节段混凝土合拢前悬浇节段浇筑时必须两端对称进行,两端不平衡荷载不超过设计给出的限值,施工前和施工过程中监控好不平衡荷载的量值,绝不超限,提前做好预警;中、边跨合拢段施工时,按照设计图纸要求或设计无要求时需按力矩平衡计算出压重值,做好合拢前的平衡压重工作,确保在极端大风天气下桥梁建设的安全。

由于桥梁合拢的时间在2017年年末,气温偏低,且昼夜温差为全年的最大值,桥梁墩柱及悬浇节段受温度变化、混凝土收缩徐变等因素引起的次内力就会相当大,同时,上部梁体混凝土受钢束张拉和后期的收缩等影响,造成主桥各主墩间有向内缩,以致桥墩偏位,对主墩的受力产生不利影响。

为改善桥梁的受力状况,抵消由于高温差合拢造成的各种不利影响,决定在主桥梁部中跨合拢时采取顶推措施,顶推后改善桥梁受力状态,以减少温差较大及低温环境对合拢段的不利影响。在中跨合拢段对梁体施加水平顶推力,使墩顶产生与合拢温差引起的水平位移值相等的反向位移,这样就消除了各墩顶因合拢温差引起的水平位移,同时也部分消除了结构附加的温度应力。为了保证合拢顶推时的桥梁安全,合拢顶推采用力和位移值双控。在与设计单位充分沟通和结合现场施工实际的气温条件下,按照三跨一联的连续刚构桥手算的合拢顶推力公式:P=24EI1I3△AB/(I3l13+I1l33),顶推力和顶推位移呈线性关系,以及利用计算软件Midas 2011的空间Midas有限元模型,计算温度影响下刚构主墩墩顶相对位移值进行复核及顶推施工,顶推位移值与手算、电算结果及实际顶推位移值基本一致,具有良好的技术保障效果。

3 施工过程中加强桥梁上构的线形监控

温差较大及大风天气频发等因素可能会对连续刚构桥梁上构线形产生不利影响,在悬浇节段施工前,通过有资质的监控量测单位结合实际的环境温度等数据对施工过程的工况进行模拟计算比较,对比设计给出的立模标高,经充分沟通后调整理论的预拱度值。在实际悬浇节段施工中,与实际施工时的温度情况及前1~2个节段混凝土浇筑后的实测高程的对比,结合监测到的桥梁施工过程中阶段性的力学数据,不断进行下一个悬浇节段的立模高程数据调整,使得成桥后及运营阶段桥梁的线形平顺美观,符合设计及受力等要求。

4 结语

罗布萨跨江大桥连续刚构桥主桥悬臂梁段及现浇梁部分,位于西藏南部,雅鲁藏布江中游河谷区域,平均海拔4 000 m,属于高海拔地区,极端气候频现,昼夜温差大,气候干燥,桥梁病害极易发生,合理有效的技术保障措施显得尤为重要。根据罗布萨跨江大桥成桥后的桥检报告结论,各项指标良好。实际施工中由于极端恶劣条件,操作过程中也面临了许多的难题,对于特殊的高原地区桥梁工程的建设工作,需要我们牢牢把控每一道施工工序环节,尽量避免给桥梁的后期工作和未来投入使用后留下任何隐患,从技术保障措施入手,保证桥梁施工的质量。

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