混合梁斜拉桥主梁大体积混凝土关键技术

第１５卷第６期　重庆科技学院学报（自然科学版）　２０１３年１２月　混合梁斜拉桥主梁大体积混凝土关键技术　王继成　（江西省交通设计研究院有限责任公司，南昌３３０００２）　摘要：九江长江公路大桥为主跨８１８　ｍ的｝昆合梁斜拉桥，是国内最大的整体式混凝土箱粱断面混合梁斜拉桥，？昆凝　土箱梁采用顶底板带有小次梁的整体式单箱三室结构。介绍主梁设计及主梁大体积混凝土设计优化措施，详细分　析混凝土施工和水化热控制过程。　关键词：混合梁；大体积混凝土；横梁；水化热；收缩徐变　中图分类号：ＴＵ５２８　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—１９８０（２０１３）０６—０１０３—０５　随着大跨径、高墩柱桥梁的建设，大体积混凝土　结构在现代公路桥梁建设中占有越来越重要的地　阻尼约束装置，主塔与主梁侧设置横向抗风支座。　位。但其中也存在明显的问题：由于结构尺寸过大，　结构形式复杂，导致温度应力常常超过限值，产生温　度裂缝。温度应力以及由此带来的温度裂缝作为设　计施工中必须考虑的因素，温度应力在工程结构中　不可忽视。尽管工程人员在设计、施工中已经认识　２　结构设计　２．１　主梁设计　主桥主梁高３．６　ｍ，宽３８．９　ｍ，由２６０．６　ｍ预应　力砼梁＋８．１５　ｍ钢混结合段＋１　１３４．４５　ｍ钢箱梁　组成，梁高与中跨比为１：２２７．２２，梁宽与中跨比为　１：２１．０３。混凝土箱梁分４个施工段３８节段在支架　上现浇，混凝土数量１１　９４０　ｍ　。综合美观、抗风性　到这一问题，但许多问题依然存在，仍然需要做进一　步研究。跨径数百米、上千米的桥梁的承台、锚旋，　混凝土浇筑方量一般数千立方米，甚至突破上万立　能、抗扭刚度、第一体系、第二体系和第三体系受力　性能等因素，混凝土主梁采用扁平流线型整体式单　箱三室带纵次梁闭合箱形截面。标准断面宽度　３８．９ｍ。标准横断面中，顶板厚３０　ｅｍ，底板厚２８　ｏｎｌ；顺桥向端横梁处顶板倒角为２０　ｃｍ×１６０　ｅｍ，辅　方米，而大尺寸的主梁的箱梁、横梁等结构的高标号　混凝土方量数百立方米却很少应用，而且往往是一　次连续浇筑。本文对九江长江公路大桥大体积混凝　土箱梁的受力性能进行研究，并在设计和施工中进　行了优化。　助墩倒角为２０　ｅｍ×２４０　ｅｍ，其余均为２０　ｅｍ×６０　ＣＩＴＩ；横桥向顶板倒角为２０　ｃｍ×８０　ｃｍ，底板倒角为　２０　ｃｍ×４０　ｅｍ。　１　工程概况　九江长江公路大桥为福州至银川高速公路（福　银高速）重要控制工程之一，连接江西省九江市与　为改善箱梁局部受力，在湿接缝、辅助墩和索塔　附近区域，加厚了顶板底板尺寸。箱梁共两片腹板，　厚５０　ｃｍ。两片腹板中心间距１５．２　ｍ，其中心位置　湖北省黄梅县。主桥采用双塔单侧混合梁斜拉桥，　南边跨３跨，基本上在岸上，总跨度为２２９　ｒｎ，北边　跨２跨，总跨度为３５８　ｍ，主跨８１８　ｍ，桥跨布置为７０　＋７５＋８４＋８１８＋２３３．５＋１２４．５＝１　４０５　ｍ。斜拉桥　为密索半漂浮结构体系，辅助墩和过渡墩上采用纵　向滑动支座，并限制横向相对运动；在主塔横梁与主　梁间设置竖向承压的双向活动支座和纵向冲击荷载　收稿日期：２０１３～０７—１２　与钢箱梁纵隔板位置、端横梁竖向支座中心位置、辅　助墩竖支座中心位置以及索塔横梁竖向支座中心位　置对齐。主梁Ｃ５５高性能混凝土通过专题实验研　究，合理选择施工材料及配合比，试验确定混凝土基　本参数，包括不同龄期的混凝土收缩徐变系数、强　度、容重及弹性模量等，作为主梁施工监控的依据。　基金项目：湖南省教育厅资助科研项目（０８Ｃ１９３）。　作者简介：王继成（１９７９一），男，江西南昌人，工程师，主要从事桥梁工程设计。　・１０３・　王继成：混合梁斜拉桥主梁大体积混凝土关键技术　施工中还需采取充分的应对措施消除水化热对结构　不利影响，或降低至不影响结构开裂和安全的程度。　２．２主梁大体积混凝土　２０号辅助墩（靠近南索塔第一个桥墩）上布置　有两个横向支座，每个支座的最大和最小支反力分　别为２３　７７２　ｋＮ和４６７　ｋＮ，悬殊较大，所以该桥墩增　加了配重。横梁的实体部分纵桥向达到了８　Ｉｎ，混　凝土量达为８６８．９　ｍ。，配置了大量的横向预应力，要　求一次性浇筑，大体积混凝土浇注时较易产生裂缝，　对施工质量要求非常高。　２．３主梁大体积混凝土设计优化　对横梁配重区砼原设计的采用同标号混凝土和　混凝土箱梁一起浇筑的方法改为采用钢管和钢板内　模相结合的部分挖空方式，将挖空部分采用４０＃混　凝土和混凝土箱梁分两次浇筑，并对第一次浇筑的　箱梁和配重砼作适当钢筋补强，以减少一次性浇筑　大体积混凝土体积、增大散热面，确保混凝土的浇筑　质量。二次浇筑时的钢管和钢板内模不拆除。根据　计算结果对节段内的冷却水管进行优化调整。　３施工方法　为了减少箱梁实心段水化热，在箱梁设置钢箱、　钢管作为后浇段模板，混凝土分二次浇筑。第一次　浇筑方量为７７６　ｍ　，第二次浇筑钢箱及钢管内腔，　方量为９２　ｍ。。混凝土配合比如表１所示。　表１混凝土配合比　３．１混凝土施工　（１）混凝土浇筑。采用斜向推进、水平分层法，　分层厚度为５０　ｅｍ。先浇筑底板和斜腹板，再浇筑　顶板。浇筑顶面一层时，从本浇筑段的两端向中间，　从低向高浇筑，整个断面一次成型。顶板采用人工　摊平，二次收面。第一次混凝土浇筑完成，预应力张　拉完成后浇筑内腔混凝土。采用＋３０、＋５０振动棒　分区定人振捣。混凝土采用彩条布、土工布覆盖保　・１０４・　温、保湿养护，安排专人顶面不间断洒水养护。养护　时间不小１４　ｄ。采用木抹子或铝合金板按照标高线　将顶板表面收浆、找平，进行二次收浆。　（２）预应力张拉。砼强度达到６０％，张拉精轧　螺纹钢，并张拉１／２横梁ｈ，、ｈ　部分预应力，张拉力　为原设计的４０％，即：ｈ。张拉力１　７０６　ｋＮ，ｈ　张拉力　１　９３９　ｋＮ，张拉后不灌浆；浇筑５　ｄ后，强度达到　８０％以上，张拉顶、底板横向预应力，但施工缝处两　侧各１束暂不张拉；浇筑７　ｄ后，强度达到９０％以上　时，二次张拉１／２横梁ｈ　、ｈ：预应力，张拉应力为原　设计值，张拉后及时灌浆；浇筑２８　ｄ后，张拉施工缝　处顶底板各１束预应力；全部节段浇筑完成，并在腹　板、顶底板通长束张拉完成后，张拉横梁剩余１／２的　ｈ　、ｈ：预应力和全部ｈ　、ｈ　预应力。　（３）二次浇筑。混凝土浇筑７　ｄ，二次张拉１／２　横梁ｈ　、ｈ　预应力完成后，浇筑预埋钢箱、钢管空腔　部分混凝土。预埋钢箱通过预留的施工天窗进行布　料。二次混凝土浇筑方量为９２　ｍ　。图ｌ为主桥横　梁优化挖空二次浇筑示意图，图２为主桥横梁冷却　水管布置图。　３．２水化热控制　２０＃墩顶箱梁实心段结构尺寸大，混凝土方量　多，为典型的大体积混凝土结构，施工过程中应采取　有效的水化热控制措施。　（１）浇筑时间的选择。２０＃墩顶箱梁实心段混　凝土方量设计为８６８．５　ｍ　（设置内腔后，混凝土方　量为７７６　ｍ　），预计浇筑时间为１５～２０　ｈ。根据天　气预报尽可能选择阴天或降温天气浇筑。　（２）模板、钢筋及混凝土接缝湿润。浇筑混凝　土前，采用洒水方法对钢筋、模板及混凝土接缝进行　湿润以降低温度。　（３）混凝土缓凝时间。目前混凝土初凝时间已　经调整为２４～３０　ｈ。　（４）降低拌合水、原材料、运输车搅拌筒温度，　以保证人模温度。提前对水泥进行仓储，同时对水　泥存储罐喷淋降温。采用冷却循环系统对拌合水进　行降温，拌合水温能够恒定在５～１Ｏ　。开盘前采　用冷却水对碎石进行降温。对减水剂桶搭设阴凉棚　架进行遮盖，避免阳光暴晒。对混凝土运输车搅拌　筒的降温，在拌合楼设置喷淋装置，对罐车、水泥罐　进行喷水降温。　（５）设置冷却水管。在大体积混凝土内布设冷　却管，利用水的循环能有效降低混凝土的温升峰值。　王继成：混合梁斜拉桥主梁大体积混凝土关键技术　缩或温度应力作用下逐步发展成为可见裂缝）。张　境温度来估算浇筑温度。因砂、石、水的温度均受气　温影响，在胶材温度一定的情况下混凝土浇筑温度　拉完成后，混凝土又刚好开始温降而发生收缩，其预　应力损失必然很大。因此，建议首次张拉时，要求混　凝土的强度达到设计强度的７５％后且养护龄期不　少于３　ｄ。根据混凝土的强度和水化历程，３　ｄ龄期　混凝土的强度一般在４５　ＭＰａ左右，混凝土也已进入　主要取决于环境温度，因此选择合适的时间进行混　凝土浇筑比较重要。建议选择夜晚或降温天气浇　筑，另外对原材料进行降温。考虑到内腔混凝土周　边温度较高，可以在增加的内腔注水，以达到降低混　凝土内部温度的目的。对于大体积混凝土，由于水　化放热会使温度持续升高，在升温的一段时间内应　到温降一平衡阶段。拆模时的混凝土强度应符合　相关规定，拆模时的混凝土温度也不能过高，以免混　凝土接触冷空气时降温过快而开裂。尤其不能在此　时浇注凉水养护，以免造成冷冲击。混凝土内部开　始降温以前以及混凝土内部温度最高时不得拆模。　混凝土内部与表层之间的温差、混凝土表层与环境　之间的温差大于２０　ｑｃ时不宜拆模，大风或气温急剧　变化时也不宜拆模。在冬季，若环境温度低于０℃　加强内部散热，如加大通水流量、降低通水温度等。　计算显示实心段核心温度较高，内外温差较大。可　采取如下措施：尽可能晚拆除外模板，使混凝土保温　充分、时间足够长，让混凝土慢慢冷却，直到温差降　至允许范围。考虑到内外温差较大，对模板外侧进　行包裹覆盖。提前张拉纵横向预应力以增加压应　时不宜拆模。在炎热和大风干燥季节，应采取逐段　拆模、边拆边盖的拆模工艺。一般外模的拆模时间　宜控制在５　ｄ以后（或可提前至３　ｄ左右松开模板，　力，降低因内外温差引起的拉应力。根据计算混凝　土早期（３　ｄ）左右抗裂安全系数较低，可考虑在混凝　土强度达到５０％（２　ｄ），张拉纵横向部分预应力。　但不马上移开，仅为注水养护用），并且选择在环境　温度相对较高的白天拆模。延迟外模的拆模时间可　保证混凝土内外收缩一致，减小温度变化的影响，最　实心段３　ｄ温度应力较高且集中于上表面及侧面，　早龄期需加强其上表面及侧面的保温保湿养护，严　格控制内表温差，降低其表面的开裂敏感性；实心段　７　ｄ安全系数较高，抗开裂能力较强，但在内仓变截　面处存在应力集中，需加强此部位的表面保温保湿　大限度地控制了混凝土收缩裂缝的产生。拆模后要　及时进行覆盖保湿保温养护，待混凝土表面缓慢降　温后再洒水养护。内模的拆除时间一般控制在２～　３　ｄ，拆模后要及时保湿保温养护。　５　结语　养护，可在此时浇筑第二次混凝土，能有效减少应力　集中。　参考文献　控制混凝土的浇筑温度对控制混凝土裂缝非常　［１］吴宝诗，李微哲，王继成．九江长江公路大桥主桥混凝　土箱梁设计［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０１２．　［２］吴宝诗，魏建华．九江长江公路大桥主桥设计方案比选　［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０１２．　重要。对于相同混凝土，入模温度高的温升值要比　入模温度低的升温值大许多，尽可能降低人模温度　将有助于核心温度的控制。浇筑温度主要受原材料　温度和气温因素等影响。在混凝土浇筑之前，可通　过测量水泥、粉煤灰、矿粉、砂、石、水的温度，考虑环　［３］李强．桥梁大体积混凝土结构温度应力及其敏感性因　素分析［Ｄ］．西安：长安大学，２００９．　Ｋｅｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｌａｒｇｅ　Ｖｏｌｕｍｅ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｏｆ　Ｈｙｂｒｉｄ　Ｇｉｒｄｅｒ　Ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｇｉｒｄｅｒ　ＷＡＮＧ　Ｊｉｃｈｅｎｇ　（Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｎａｎｃｈａｎｇ　３３０００２）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｊｉｕｊｉａｎｇ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｍａｉｎ　ｓｐａｎ　ｏｆ　８１８ｍ　ｈｙｂｒｉｄ　ｇｉｒｄｅｒ　ｃａｂｌｅ——ｓｔａｙｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅｓｔ　ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｂｏｘ　ｇｉｒｄｅｒ　ｓｅｃｔｉｏｎｓ　ｈｙｂｒｉｄ　ｇｉｒｄｅｒ　ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｂｏｘ　ｇｉｄｅｒｒ　ｕｓｅｓ　ｒｏｏｆ　ａｎｄ　ｆｌｏｏｒ　ｗｉｔｈ　ａ　ｓｍａｌｌ　ｂｅａｍ　ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｓｉｎｇｌｅ　ｂｏｘ　３一ｒｏｏｍ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｍａｓｓ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｄｅｓｉｇｎ．ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｓｏｍｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ，ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｆｕｔｕｒｅ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｐｒ０ｊｅｃｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅ　ｍｉｘｅｄ　ｂｅａｍ；ｍａｓｓ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｂｅａｍｓ；ｈｙｄｒａｔｉｏｎ　ｈｅａｔ；ｓｈｒｉｎｋａｂｌｅ　ａｎｄ　ｃｒｅｅｐ　．１０７．