預應力箱形連續板橋是近年來隨著施工技術日新月異、建筑材料研究不斷取得新成果的條件下,發展起來的一種新型橋梁結構,它與同長跨徑的預應力簡支梁(板)橋相比,具有材料省、自重輕、各部分材料受力均勻、伸縮縫少、節省投資等多方面優點,因而已越來越得到人們的青睞。本橋例是此種橋型的典型代表。為了能更好地總結經驗,進一步提高效益,促進推廣應用,現根據我們的施工實踐,就預應力箱形連續板橋的施工工藝及需注意的一些問題,介紹如下,不妥之處請有關專家予以指正。
1 大橋概況
1.1 大橋設計標準
設計車輛荷載為汽車—超20級、掛車—120,橋面凈寬2×凈12.2m,設計洪水頻率為1/100,流量為 1362m3/s ,地震基本烈度為 8度。
1.2 上下部主要建筑
本橋采用12~20m裝配式扁錨后張拉部分預應力連續箱板。下部為柱式橋墩和肋式橋臺;鉆孔灌注樁基礎,全橋共有鉆孔灌注樁90根;上部有預應力砼板共計216塊。
1.3 設計與施工的主要特點
與普通簡支板橋相比,預應力連續板橋有以下特點:
1、張拉工藝:普通預應力板一般為集束張拉一次到位,整個使用過程中有預拱度;而連續板橋為吊裝前先張拉底板預應力,吊裝就位后再張拉濕接頭預應力,且為單根張拉,工藝不同。
2、普通板內核大都為等截面,而連續板考慮受力均勻采用變截面,施工難度較大。
3、普通板在吊裝完畢乃至整個使用過程中均呈簡支狀態,而連續板橋要經過較為復雜的二次張拉,轉換受力體系,變為受力更為合理的連續結構。
4、從吊裝后施工工藝方面看,簡支板在吊裝完畢后即可進行橋面鋪裝及伸縮縫制作,使用過程中伸縮縫過多,造價既高,而行車舒適性差;連續板橋則通過臨時支座改變體系轉換為連續結構,僅在兩橋頭設有 2道伸縮縫,使橋面平整、美觀,行車舒適性大為增加。
2 箱形連續板橋的施工工藝
2.1 預制板及張拉工藝
2.1.1 預應力張拉孔及鋼絞線的布置
大橋橋板設計板壁很薄,底板厚為20cm,側壁14cm,且底、頂板都要施加預應力,故無法像普通板那樣布設集束鋼絞線,而只能在預制過程中預埋波紋管,布設位于同一平面上的扁平鋼絞線,見圖1。
板上頂部需預留出二次張拉用的孔并預埋波紋管及齒板,以備今后之用,而下部則需將鋼絞線與波紋管一齊預埋,其中鋼絞線預埋長度不小于90cm,并需將錨固端軋花 (見圖2 )。
圖2 平立面圖(部分尺寸未標出)
由圖2可看出,箱形連續板橋底部鋼絞線不像普通板那樣到張拉時才穿出,而是在預制時先行埋入,并在固結端保留必要的長度。
2.1.2 箱形連續板第一次張拉(底板)
與其他預應力板一樣,箱形連續板的首次張拉在吊裝前進行,但張拉工藝不同。前已述及,箱形板張拉不采用集束張拉(群錨),其鋼鉸線布設于同一平面上,故采用單根張拉錨固(如圖1)。根據我們實踐看,一次張拉完畢后板沒有明顯的預拱度。特別需要說明的是,因為板吊裝后要打濕接頭砼將其連接為整體,故一次張拉注漿后不得封錨。
2.2 臨時支座及體系轉換
箱形連續板橋與普通板橋最主要的區別,在于其正常使用狀態下受力體系不同,這種結構是先簡支后連續,施工過程需進行體系轉換。受力上連續板比普通簡支板各部分受力更為均勻合理。由簡支轉換為連續體系,是通過布設臨時支座來實現的,其成功與否,是能否實現體系順利轉換的重要環節,也是本橋施工的難點工序之一。
2.2.1 臨時支座的選定
連續箱板為一種裝配式結構,在吊裝完未轉換體系前,依靠臨時支座支撐,呈簡支狀態,這時需將板兩端預留的鋼筋網焊接成整體,澆鑄砼形成強度并經二次張拉后,下落歸位到永久支座上去,以使得板端(橋墩位置)可以承受動、靜荷載下的負彎矩。那么,首先要考慮的就是如何在吊裝前選定合理的臨時支座呢?
根據設計要求,用于短時支撐板的臨時支座要有以下特性:一在轉換前有足夠的支撐強度,保證在轉換前各項作業順利完成;二能在板歸落時操作方便,保證12孔216塊板同時沉落,同時要便于操作;三要考慮到經濟性。為此,我們根據有關資料的介紹,進行了硫磺支座的試驗,即依據硫磺在高溫時為流體,而常溫時為固體的特性,在熔化的硫磺中摻入一定量的砂子,待模冷卻成型,經壓力試驗,強度可滿足要求。但考慮到全橋共216塊板,按每塊板4個支座計,需800余個支座,如何保證其熔化同時熔化,成了最大問題,而板如不能同時下落,可能會造成三條腿現象,使板發生扭曲,這是板受力所忌諱的。此外,若采用硫磺支座,涉及到澆注濕接頭時底模的制作等問題,因此,硫磺砂漿方案工序復雜、經濟上也是不經濟的。
因此本著就地取材的原則,采用聚氯乙烯泡沫塑料固結砂子的辦法,可圓滿地解決這一問題。眾所周知,砂子在正常狀態下是不具備承載能力的,甚至無一定的形體,即所謂一盤散砂。而在有側限的狀態下,當水份充足且充分壓實時,可承受相當重量的荷載;聚氯乙烯泡沫塑料是一種基本無抗壓強度、但可承受一定拉力且價格非常便宜的材料,此二者的相互組合,有效而充分地解決了問題,經試驗壓力試驗證明,此方法完全可用。具體作法是:在橋墩頂部外邊沿牢固地粘一圈泡沫塑料作為側限,而中間填滿砂子加水擊實,頂面高度比泡沫塑料及固定支座高出5cm左右,以保證吊裝時泡沫塑料不受壓和體系轉換時板的沉降量。使用此種臨時支座的另一大優點是砂頂面為一平面,與板底接觸很緊密,還很好地解決了澆注砼濕接頭時底模的問題,實踐證明,這種方法是可行的、經濟的,宜于推廣使用。
2.2.2 二次張拉及體系轉換
箱形連續板橋最獨特而關鍵的施工工藝是二次張拉和體系轉換,只有此二項工藝的完成,才能使之成為真正的連續受力體系。當預制板吊裝在臨時砂支座上時,呈簡支狀態,此時需將板端間預留的鋼筋連接成網,并澆注砼使之縱向連續。
二次張拉是在現澆段達到設計強度后進行,其位于板的上部。澆注濕接頭時,預先埋入波紋管,二次張拉仍采用單根張拉和錨固。張拉結束后,在板間上部形成了足以承受負彎矩的結構。
體系轉換的目的是將板由簡支變為連續,即使原來并不承受彎矩的板端處(墩位)可承擔負彎矩,并以此減少在跨中出現的最大正彎矩。這個過程是在前述各工藝完成后,板由臨時支座轉化到永久支座來實現的。
前已述及,我們采用的臨時支座為聚氯乙烯泡沫塑料固結側限砂子的辦法,在此之前按設計要求已將永久支座安置在橋墩上,其標高比臨時支座約低5mm~10mm,因此體系轉換就非常便利,我們采取的方法為將周圍的泡沫塑料割開,使砂子勻速地自動流出,板得以平穩地沉降到永久支座上去,保證了體系轉換的順利完成。
箱形連續板橋的其他上下部施工基本與普通簡支板相同,本文不另贅述。
與普通板相比,箱形連續板橋所有建筑材料均有不同程度節省,鋼筋節省約40%,水泥節省約20%,吊裝重量比普通板輕約1/4,節約效益明顯,特別是其受力各部位相對均勻,伸縮縫少等優點,使其具有重大推廣價值。