预应力箱形连续板桥是近年来随着施工技术日新月异、建筑材料研究不断取得新成果的条件下,发展起来的一种新型桥梁结构,它与同长跨径的预应力简支梁(板)桥相比,具有材料省、自重轻、各部分材料受力均匀、伸缩缝少、节省投资等多方面优点,因而已越来越得到人们的青睐。本桥例是此种桥型的典型代表。为了能更好地总结经验,进一步提高效益,促进推广应用,现根据我们的施工实践,就预应力箱形连续板桥的施工工艺及需注意的一些问题,介绍如下,不妥之处请有关专家予以指正。

1、大桥概况

1.1大桥设计标准

设计车辆荷载为汽车—超20级、挂车—120,桥面净宽2×净12.2m,设计洪水频率为1/100,流量为1362m3/s,地震基本烈度为8度。

1.2上下部主要建筑

本桥采用12~20m装配式扁锚后张拉部分预应力连续箱板。下部为柱式桥墩和肋式桥台;钻孔灌注桩基础,全桥共有钻孔灌注桩90根;上部有预应力砼板共计216块。

1.3设计与施工的主要特点

与普通简支板桥相比,预应力连续板桥有以下特点:

1、张拉工艺:普通预应力板一般为集束张拉一次到位,整个使用过程中有预拱度;而连续板桥为吊装前先张拉底板预应力,吊装就位后再张拉湿接头预应力,且为单根张拉,工艺不同。

2、普通板内核大都为等截面,而连续板考虑受力均匀采用变截面,施工难度较大。

3、普通板在吊装完毕乃至整个使用过程中均呈简支状态,而连续板桥要经过较为复杂的二次张拉,转换受力体系,变为受力更为合理的连续结构。

4、从吊装后施工工艺方面看,简支板在吊装完毕后即可进行桥面铺装及伸缩缝制作,使用过程中伸缩缝过多,造价既高,而行车舒适性差;连续板桥则通过临时支座改变体系转换为连续结构,仅在两桥头设有2道伸缩缝,使桥面平整、美观,行车舒适性大为增加。

2、箱形连续板桥的施工工艺

2.1预制板及张拉工艺

2.1.1预应力张拉孔及钢绞线的布置

大桥桥板设计板壁很薄,底板厚为20cm,侧壁14cm,且底、顶板都要施加预应力,故无法像普通板那样布设集束钢绞线,而只能在预制过程中预埋波纹管,布设位于同一平面上的扁平钢绞线,见图1.

板上顶部需预留出二次张拉用的孔并预埋波纹管及齿板,以备今后之用,而下部则需将钢绞线与波纹管一齐预埋,其中钢绞线预埋长度不小于90cm,并需将锚固端轧花。

2.1.2箱形连续板第一次张拉(底板)

与其他预应力板一样,箱形连续板的首次张拉在吊装前进行,但张拉工艺不同。前已述及,箱形板张拉不采用集束张拉(群锚),其钢铰线布设于同一平面上,故采用单根张拉锚固(如图1)。根据我们实践看,一次张拉完毕后板没有明显的预拱度。特别需要说明的是,因为板吊装后要打湿接头砼将其连接为整体,故一次张拉注浆后不得封锚。

2.2临时支座及体系转换

箱形连续板桥与普通板桥最主要的区别,在于其正常使用状态下受力体系不同,这种结构是先简支后连续,施工过程需进行体系转换。受力上连续板比普通简支板各部分受力更为均匀合理。由简支转换为连续体系,是通过布设临时支座来实现的,其成功与否,是能否实现体系顺利转换的重要环节,也是本桥施工的难点工序之一。

2.2.1临时支座的选定

连续箱板为一种装配式结构,在吊装完未转换体系前,依靠临时支座支撑,呈简支状态,这时需将板两端预留的钢筋网焊接成整体,浇铸砼形成强度并经二次张拉后,下落归位到永久支座上去,以使得板端(桥墩位置)可以承受动、静荷载下的负弯矩。那么,首先要考虑的就是如何在吊装前选定合理的临时支座呢?

根据设计要求,用于短时支撑板的临时支座要有以下特性:一在转换前有足够的支撑强度,保证在转换前各项作业顺利完成;二能在板归落时操作方便,保证12孔216块板同时沉落,同时要便于操作;三要考虑到经济性。为此,我们根据有关资料的介绍,进行了硫磺支座的试验,即依据硫磺在高温时为流体,而常温时为固体的特性,在熔化的硫磺中掺入一定量的砂子,待模冷却成型,经压力试验,强度可满足要求。但考虑到全桥共216块板,按每块板4个支座计,需800余个支座,如何保证其熔化同时熔化,成了最大问题,而板如不能同时下落,可能会造成三条腿现象,使板发生扭曲,这是板受力所忌讳的。此外,若采用硫磺支座,涉及到浇注湿接头时底模的制作等问题,因此,硫磺砂浆方案工序复杂、经济上也是不经济的。

因此本着就地取材的原则,采用聚氯乙烯泡沫塑料固结砂子的办法,可圆满地解决这一问题。众所周知,砂子在正常状态下是不具备承载能力的,甚至无一定的形体,即所谓一盘散砂。而在有侧限的状态下,当水份充足且充分压实时,可承受相当重量的荷载;聚氯乙烯泡沫塑料是一种基本无抗压强度、但可承受一定拉力且价格非常便宜的材料,此二者的相互组合,有效而充分地解决了问题,经试验压力试验证明,此方法完全可用。具体作法是:在桥墩顶部外边沿牢固地粘一圈泡沫塑料作为侧限,而中间填满砂子加水击实,顶面高度比泡沫塑料及固定支座高出5cm左右,以保证吊装时泡沫塑料不受压和体系转换时板的沉降量。使用此种临时支座的另一大优点是砂顶面为一平面,与板底接触很紧密,还很好地解决了浇注砼湿接头时底模的问题,实践证明,这种方法是可行的、经济的,宜于推广使用。

2.2.2二次张拉及体系转换

箱形连续板桥最独特而关键的施工工艺是二次张拉和体系转换,只有此二项工艺的完成,才能使之成为真正的连续受力体系。当预制板吊装在临时砂支座上时,呈简支状态,此时需将板端间预留的钢筋连接成网,并浇注砼使之纵向连续。

二次张拉是在现浇段达到设计强度后进行,其位于板的上部。浇注湿接头时,预先埋入波纹管,二次张拉仍采用单根张拉和锚固。张拉结束后,在板间上部形成了足以承受负弯矩的结构。

体系转换的目的是将板由简支变为连续,即使原来并不承受弯矩的板端处(墩位)可承担负弯矩,并以此减少在跨中出现的最大正弯矩。这个过程是在前述各工艺完成后,板由临时支座转化到永久支座来实现的。

前已述及,我们采用的临时支座为聚氯乙烯泡沫塑料固结侧限砂子的办法,在此之前按设计要求已将永久支座安置在桥墩上,其标高比临时支座约低5mm~10mm,因此体系转换就非常便利,我们采取的方法为将周围的泡沫塑料割开,使砂子匀速地自动流出,板得以平稳地沉降到永久支座上去,保证了体系转换的顺利完成。

箱形连续板桥的其他上下部施工基本与普通简支板相同,本文不另赘述。

与普通板相比,箱形连续板桥所有建筑材料均有不同程度节省,钢筋节省约40%,水泥节省约20%,吊装重量比普通板轻约1/4,节约效益明显,特别是其受力各部位相对均匀,伸缩缝少等优点,使其具有重大推广价值。