京滬高鐵濉河特大橋懸灌梁合攏段施工技術(shù)
2017-07-17
1.工程概況
濉河特大橋（DK754+432.93-DK754+570.59）跨正在修建的泗宿高速公路，線路與高速公路正交，橋跨布置為40m+56m+40m變截面預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁。梁頂寬度為12.0m，梁底寬度為6.7m,頂板厚度除梁端附近外均為0.4m，底板厚度0.4-0.8m，按直線形變化，腹板厚度0.48m-0.8m，按折線變化。該梁設(shè)計(jì)分為31個(gè)施工節(jié)段，梁高自0#塊底部線形按二次拋物線變化，其中0#塊長(zhǎng)度為9m，高度為4.35m，中跨和邊跨的合攏段長(zhǎng)度為2m、邊跨直線現(xiàn)澆段梁長(zhǎng)11.75 m,梁高為3.05m。
2.合攏段施工程序
根據(jù)設(shè)計(jì)要求本橋梁合攏順序?yàn)橄群蠑n1986#墩邊跨、后合攏1989#墩邊跨、再合攏中跨（如圖1所示），即先將T構(gòu)轉(zhuǎn)化為懸臂的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)再完成橋梁的最終體系轉(zhuǎn)換，由靜定的簡(jiǎn)支懸臂結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槌o定的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。合攏段采用掛籃合攏的方法合攏，中跨合攏時(shí)用平衡水箱進(jìn)行平衡，重量為合攏段梁體重量和施工人員重量之和。邊跨合攏后，卸除主墩處臨時(shí)支墩、邊跨現(xiàn)澆段支架以及梁頂?shù)膬啥藪旎@，使梁體處于完全簡(jiǎn)支狀態(tài)同時(shí)盡量減小中跨合攏前梁體在外力作用下產(chǎn)生的附加內(nèi)力。中跨合攏采用吊架施工，將底模架及內(nèi)外側(cè)模對(duì)稱吊在合攏段兩端的6’#梁段上進(jìn)行合攏施工；在中跨合攏時(shí)，對(duì)待合攏的兩懸臂端進(jìn)行平衡配重。而后，即可對(duì)待合攏兩端梁體進(jìn)行臨時(shí)鎖定施工，臨時(shí)鎖定完成后即可進(jìn)行鋼筋綁扎、混凝土澆筑施工。邊施工邊對(duì)平衡配重進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的95%，彈性模量達(dá)到100%，齡期5天以上進(jìn)行底板預(yù)應(yīng)力束張拉調(diào)整梁體內(nèi)力完成橋梁體系轉(zhuǎn)換。
3.合攏段施工準(zhǔn)備
T構(gòu)懸澆施工至4#節(jié)段以后對(duì)兩T構(gòu)頂?shù)装甯叱?、軸線進(jìn)行聯(lián)測(cè)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控分析，根據(jù)分析數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整最后3段的現(xiàn)澆預(yù)抬值以保證合攏線形精度。
對(duì)5#（5’#）、6#(6’#)節(jié)段砼輸送泵車泵送砼速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為確定中跨合攏段兩端在砼澆筑時(shí)配重卸載速度提供參考依據(jù)。
4.合攏段模板工程
4.1邊跨合攏段
邊跨合攏段模板由底模、外側(cè)模、內(nèi)模等幾部分組成。
底模:采用8cm的槽鋼加6mm厚面板的定型鋼模板，模板一端支撐在支架平臺(tái)方木上，另外一端支撐在掛籃上。
外側(cè)模：外側(cè)模利用現(xiàn)澆段模板，順橋向長(zhǎng)度為3.6 m。腹板及翼緣板部分一次支立并調(diào)整至正確位置。外模框架作為翼緣板施工時(shí)的支架。
內(nèi)模：內(nèi)模采竹膠板，內(nèi)模設(shè)有內(nèi)?？蚣?。
4.2中跨合攏段
邊跨合攏后，將中跨端掛籃主桁架即橋面桿件、軌道等全部拆除。對(duì)于下部模板體系，中跨合攏段兩端懸臂端也作相關(guān)拆除，僅留有1套掛籃底模架、1套長(zhǎng)2.5m的內(nèi)模架和1套長(zhǎng)度為2.5m的外模架作為中跨合攏段的施工吊架。將上述模板部件在中跨合攏段兩端懸臂梁段對(duì)稱吊掛，確保合攏施工時(shí)合攏段混凝土重量在兩懸臂端同比例分配，使得兩端梁變形同步，減小剪力差。
5.平衡配重
該梁中跨合攏段砼（包括跨中隔板）數(shù)量為10.271 m3,重量為26.704T。中跨合攏配重采用水箱蓄水方法，水箱由薄鋼板焊制而成，底部設(shè)置流速可達(dá)20 m3/h的出水閥，其總長(zhǎng)度為10m 、寬2m、高1.5，置于距6’#段梁端0.4m 處。1987#、1988#墩T構(gòu)分別在中跨合攏段一端設(shè)水箱蓄水13.35 m3(即13.35T)。水箱就位后，使用紅色油漆在水箱內(nèi)立面上自底部至上做出水平標(biāo)記線并以標(biāo)示刻度，線距為5cm，即卸載時(shí)水位每降低一個(gè)線標(biāo)記刻度卸載量為1T。合攏段兩側(cè)6’#段上水箱皆蓄滿13.35 m3水后，即進(jìn)行勁性骨架焊接與合攏束張拉相結(jié)合的待合攏T構(gòu)臨時(shí)鎖定施工。
6.臨時(shí)鎖定
6.1臨時(shí)鎖定設(shè)計(jì)
合攏段臨時(shí)鎖定分為兩部分：a、勁性骨架連接b、合攏束張拉。
本橋合攏口鎖定擬采用2I32a槽鋼組合，焊接為勁性骨架支撐（臨時(shí)外支撐）和張拉合攏口一定范圍內(nèi)的頂?shù)装迮R時(shí)預(yù)應(yīng)力束外拉的方式，將合攏段兩端臨時(shí)連接共同鎖定，用剛性支撐抵抗混凝土升溫時(shí)產(chǎn)生的壓力，用預(yù)應(yīng)力抵抗混凝土降溫時(shí)產(chǎn)生的拉力，以保護(hù)合攏段混凝土的完整性。
剛性支撐設(shè)置：邊跨現(xiàn)澆段及6#塊端部頂、底板各預(yù)埋4塊50×60×2cm鋼板，鋼板加焊錨固鋼筋進(jìn)行加強(qiáng)，沿梁頂、底板縱向設(shè)4根2I32a的組合槽鋼支撐。合攏段臨時(shí)鎖定設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。
圖2合攏段臨時(shí)鎖定設(shè)計(jì)立面圖
6.2臨時(shí)鎖定計(jì)算及分析
根據(jù)宿州市氣象局提供的2009年年6、7、8、9、10月氣溫，得到現(xiàn)場(chǎng)溫度統(tǒng)計(jì)表(見(jiàn)表1)
表1現(xiàn)場(chǎng)溫度統(tǒng)計(jì)表
項(xiàng)目名稱 6月 7月 8月 9月 10月
最低氣溫 25.4℃ 29.1℃ 27.2℃ 21.5℃ 17.2℃
最高氣溫 31.5℃ 34.6℃ 35.2℃ 30.1℃ 26.2℃
平均氣溫 28.5℃ 31.9℃ 31.2℃ 25.8℃ 21.7℃
本橋根據(jù)目前施工進(jìn)展，計(jì)劃在9月份進(jìn)行相應(yīng)的邊、中跨合攏。梁端到主墩27m，按梁體澆筑后灑水降溫，升溫后最大溫差取18℃考慮計(jì)算。在橋墩1987#和1988#主墩位置設(shè)置了臨時(shí)固結(jié)裝置，箱梁截面特性統(tǒng)計(jì)表，如表2所示。
表240+56+40m連續(xù)剛構(gòu)箱梁截面特性統(tǒng)計(jì)表
名稱 節(jié)段號(hào) 平均截面積(m2) 節(jié)段長(zhǎng)度(m)
懸臂長(zhǎng) 0 15.51 9 16.58
1 14.53 3.5 6.88
2 13.74 3.5 7.28
3 12.72 3.5 7.86
4 11.40 4 10.03
5 10.50 4 10.88
6 10.27 4 11.13
合攏段 7 10.27 2 5.56
邊跨現(xiàn)澆 8 11.75
依據(jù)中跨計(jì)算合攏段，對(duì)邊跨合攏偏安全，假設(shè)兩墩身無(wú)位移，則依變形協(xié)調(diào)原理，依據(jù)公式：
將L=56m，αh=10×10-6/℃，Lh=27m，Lg=2m，Eg=2.2×105Mpa，Ag=15.2×10-4m2，Eh=3.5×104Mpa，△t=18℃代入上式，計(jì)算得N=6028kN。
根據(jù)計(jì)算可知，梁因升溫所受的軸向力較大，此時(shí)只有邊跨合攏后對(duì)梁體有約束力，如果約束力小于梁因升溫所受的軸向力，梁體肯定會(huì)產(chǎn)生位移。
因?yàn)楹蠑n期短，可不計(jì)砼的徐變，由于溫度升高將會(huì)產(chǎn)生數(shù)千噸的溫度內(nèi)力，剛性支撐無(wú)法承受，故為方便施工，在合攏口鎖定后，立即釋放一側(cè)的固定約束，使梁一端在合攏口鎖定的連接下能沿支座自由伸縮。邊跨合攏的應(yīng)力分析圖如圖3所示。
圖3邊跨合攏應(yīng)力分析圖
根據(jù)力學(xué)分析原理和上述分析：令N=Q×f（N為合攏口剛性支撐所受壓力；Q為支座上的梁體重量；f為支座摩擦系數(shù)）
邊跨合攏時(shí)：依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，梁重取Q=3333.7kN，f=0.15
則N=Q×f=3333.7×0.15=500.06kN
中跨合攏時(shí)，梁重為T(mén)構(gòu)重與邊跨現(xiàn)澆段和合攏段重
依據(jù)圖紙取Q=24658.8kN,f=0.05
則，N=Q×f=1232.94kN
故中（邊）跨合攏段勁性骨架和臨時(shí)張拉預(yù)應(yīng)力按照中跨受力較大設(shè)計(jì)偏于安全，取N=1232.94kN,Ny=1232.94kN（Ny為預(yù)應(yīng)力束的張拉力）。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，在底板頂及頂板頂兩邊預(yù)埋2[32c槽鋼，在其上焊接2[32c沿梁向槽鋼，如圖4所示。
?、賱判凿摴羌苋菰S力計(jì)算
槽鋼[32C截面特性：
A=61.5cmq=48.3kg/mIx=8690cm4Wx=543cm3
t=14mm b=92mm d=12mm h=32cm a=6cm Z0=2.09cm Z=7.11cm
h1=h一2t=32―2×1.4=29.2(cm)
Iyo=1/3[hz03-h1(z0-d)3]+2/3×t×z3=643(cm4)
Izo=1/12[bh3-(b-d)h13]=8524(cm4)
Am=[bh―h1(b―d)]×2=121.6(cm2)
本橋梁勁性骨架采取外鎖式，槽鋼預(yù)埋在邊跨現(xiàn)澆段與邊跨懸臂端，壓桿長(zhǎng)度取2.4m進(jìn)行兩端焊接，勁性骨架壓桿驗(yàn)算時(shí)按μ=1進(jìn)行。
槽鋼2[32c截面組合后最大臨界力為：
Iz=2Iz0=2×8524=17048(cm4)
Iy=2Iy0+A(a/2+z)2=2×643+121.6×(6/2+7.11)2
=13715(cm4)
Iyry=(Iy/Am)1/2=(13715/121.6)1/2=10.62(cm)
λ=μ×L/ry=1*240/10.62=22.6，查取φ=0.932
則單個(gè)立桿徑性鋼骨架受力
[N]=φ×Am×[f]
=0.932×121.6×168=1904kN
每個(gè)合攏段共設(shè)置4根組合槽鋼，
則支撐力N=4×1904=7616kN＞1232.94kN
滿足安全要求，其安全系數(shù)Kf=6.2。
下面對(duì)桿件所受應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算，勁性骨架受溫度應(yīng)力和自重力影響，桿件的應(yīng)力驗(yàn)算模型如圖5所示。
圖5 合攏段臨時(shí)勁性骨架驗(yàn)算模型
L=2.4m，q為組合槽鋼自重，q=2×48.3×4=3.864(kN/m)
N=1232.94kN
根據(jù)分析，桿件在跨中1/3長(zhǎng)度范圍內(nèi)所受彎矩最大，最大彎矩計(jì)算如下：
M=ql2/24=3.864×2.42/24=0.93(kN•m)
rz=(Iz/Am)1/2=(17048/121.6)1/2=11.84(cm)
組合槽鋼構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比λ=αL/h×rz/ry=1.8*240/32*11.84/10.62
=15.05
查表可知φ2=0.9，μ=1.4
δ=N/Am+φ/μφ2×M／Wx=1232.94/(121.6*4)+0.932/(1.4*0.9)*0.93*(543*4)=1.5MPa
桿件的容許彎矩為φ2[δ]=0.9*140=126MPa。
δ＜φ2[δ]，滿足要求。
組合槽鋼預(yù)埋位置受剪力計(jì)算：
τ=N／Am=1232.94/(121.6×4)=2.53MPa≤85MPa，滿足要求。
根據(jù)以上驗(yàn)算可知選擇的槽鋼組合具有較大的安全系數(shù)，安全滿足要求。
?、陬A(yù)應(yīng)力張拉臨時(shí)束張拉力計(jì)算
邊跨合攏段臨時(shí)鎖定張拉頂板束T9(16-7φ5)、底板束B(niǎo)12（15-7φ5），左右各一束，共4束；
中跨合攏段臨時(shí)鎖定張拉頂束采T10(16-7φ5)、底板束B(niǎo)1（17-7φ5），左右各一束，共4束；
張拉力值?。?232.94kN/4=308.235kN。
6.3焊接施工
優(yōu)選八名專業(yè)焊工，每人配置一臺(tái)電焊機(jī)，電焊機(jī)都接上電源線就緒。進(jìn)行骨架焊接時(shí)，焊工分工明確、責(zé)任到人；一旦達(dá)到施工條件立即進(jìn)行作業(yè)。在臨時(shí)鎖定前先將骨架一端與預(yù)埋鋼板上的槽鋼進(jìn)行牢固焊接，待達(dá)到鎖定時(shí)間后，再按臨時(shí)鎖定設(shè)計(jì)要求將骨架另外一端與預(yù)埋固定鋼板滿焊，施焊時(shí)選用J502焊條，三角焊縫高度12mm。施焊過(guò)程中調(diào)整焊機(jī)電流，保證焊點(diǎn)溫度適中，既能形成有效焊縫又不燒傷被連接的鋼板和槽鋼。對(duì)于上層骨架的焊接，由具備較好仰焊技術(shù)的焊工完成。施焊過(guò)程應(yīng)連續(xù)快速，同時(shí)焊接應(yīng)符合設(shè)計(jì)和鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范要求。每完成一條焊縫，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢工程師對(duì)其進(jìn)行檢查，并認(rèn)真做好完整的焊接記錄；一旦發(fā)現(xiàn)已焊部分（特別是下部鋼板的仰焊部分）不能滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的，必須更換施焊人員對(duì)其重新進(jìn)行補(bǔ)焊。勁性骨架焊接完畢，立即進(jìn)行合攏束的張拉施工。
6.4合攏束張拉施工
在焊接施工前，將合攏束穿好。對(duì)于邊跨合攏， 4個(gè)YCW4000穿心千斤頂分別下放至合攏段6#段底板上和邊墩墩頂，再人工分別使其滑移至5#段和邊墩頂梁端T9束張拉槽口位置；對(duì)于中跨則將千斤頂安裝至6’#段T10束張拉槽口位置。因合攏束是頂板束，需在張拉齒板處搭設(shè)操作平臺(tái)，同時(shí)通過(guò)前段施工時(shí)的預(yù)留孔將穿心千斤頂從箱室底板吊起，安裝好錨具夾片并將千斤頂油管接好油泵接電，做好一切張拉前準(zhǔn)備工作。合攏束的張拉與梁體頂?shù)装蹇v向預(yù)應(yīng)力鋼束張拉相同，在鎖定施工中將頂板合攏張拉至3000KN(雙束)。根據(jù)回歸方程推算設(shè)計(jì)張拉力的油表讀數(shù)，兩側(cè)鋼束對(duì)稱同步分級(jí)張拉，認(rèn)真、準(zhǔn)確記錄鋼絞線伸長(zhǎng)值，對(duì)張拉過(guò)程進(jìn)行雙控。合攏段混凝土澆筑后，砼達(dá)到張拉強(qiáng)度，底板縱向鋼束張拉完畢，對(duì)頂板合攏束T9（T10）進(jìn)行二次張拉，此時(shí)將合攏束張拉至設(shè)計(jì)錨下控制應(yīng)力。T9（T10）束張拉完成后對(duì)管道壓漿，完成合攏段施工。
7.鋼筋工程
合攏段的鋼筋分兩次綁扎；即先綁扎底、腹板部分鋼筋，內(nèi)模組裝完成后再進(jìn)行頂板鋼筋的綁扎。
8.混凝土工程
合攏段砼澆筑時(shí)間選擇為一天溫度最低時(shí)，施工氣溫10-15℃。
合攏段施工前，應(yīng)做好近期天氣情況和氣溫變化記錄。氣溫變化測(cè)量應(yīng)連續(xù)3-5天，測(cè)量頻率為每一小時(shí)1次。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)匯出每日氣溫隨時(shí)間的變化曲線，擬定合攏段施工時(shí)間。施工當(dāng)日繼續(xù)測(cè)量氣溫，頻率為每30min一次，根據(jù)溫度變化趨勢(shì)再結(jié)合擬定的合攏段施工時(shí)間段確定具體施工時(shí)間。
9.預(yù)應(yīng)力施工
中跨合攏后，待張拉預(yù)應(yīng)力束除T10束為頂板外，均為底板束，按設(shè)計(jì)張拉順序進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工。因該梁體為變截面梁，而外輪廓的高度變化主要在于箱梁底板位置的變化較大，即箱梁底板沿橋梁縱向高程變化較大，所以底板鋼束的管道曲率半徑較小，張拉時(shí)鋼束徑向力較大。預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)應(yīng)嚴(yán)格分級(jí)張拉，適當(dāng)降低千斤頂加荷速度，尤其按設(shè)計(jì)要求最后張拉的鋼束。
10.中跨合攏吊架拆除
中跨合攏后底板束張拉壓漿完畢，全梁完成由簡(jiǎn)支狀態(tài)變成連續(xù)狀態(tài)的體系轉(zhuǎn)換。對(duì)中跨合攏施工吊架進(jìn)行拆除，拆除吊架時(shí)應(yīng)將施工區(qū)域封閉，使用吊車分別將外側(cè)模和底模拆除。內(nèi)模由人工拆除后從箱室內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)至梁體邊跨端部，再由吊車吊裝至地面。
11.施工過(guò)程注意事項(xiàng)和控制要點(diǎn)
施工前測(cè)試合攏段施工時(shí)期的最低溫度和最高溫度，以便確定合攏時(shí)間，并為合攏口鎖定提供依據(jù)，合攏口鎖定應(yīng)迅速，對(duì)稱進(jìn)行，剛性支撐安裝、焊接完成后，立即張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束；邊跨現(xiàn)澆段不需配重，中跨合攏口距梁端等距壓載合攏口砼重的一半，并隨砼的澆筑同時(shí)減載，減載量與砼的澆筑量相等。
合攏后，張拉前，支座附近10cm范圍內(nèi)砼及其他異物應(yīng)清掉；合攏段施工前，應(yīng)放出合攏段相鄰梁段的梁端線，并用墨線彈好，人工鑿齊，合攏段鎖定3-5天前按1h/次測(cè)出梁端梁腔內(nèi)氣溫、合攏段長(zhǎng)度、標(biāo)高、繪出氣溫-時(shí)間曲線、溫度-長(zhǎng)度、溫度-標(biāo)高曲線，確定鎖定時(shí)間。
合攏段砼施工后，應(yīng)采取降溫與通風(fēng)措施確保梁腔內(nèi)溫度不超過(guò)35度，混凝土養(yǎng)護(hù)不少于14天。
12.結(jié)束語(yǔ)
該技術(shù)方案得到了建設(shè)單位和監(jiān)理單位的認(rèn)可，合攏段在施工人員的精心組織下順利合攏，并進(jìn)行了體系轉(zhuǎn)換，兩端懸臂標(biāo)高及軸線偏差符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，合攏段與懸臂連接處未出現(xiàn)裂紋，節(jié)省了工程費(fèi)用，確保了工程質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
【1】《客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》（鐵建設(shè)[2005]160號(hào)）
【2】《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》（鐵建設(shè)[2005]160號(hào)）
【3】《京滬高速鐵路高性能混凝土施工實(shí)施細(xì)則》
【4】張繼堯、王昌江 《懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁》,2004
【5】林 哲《剛構(gòu)連續(xù)梁合攏段施工方案與鎖定計(jì)算》，企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2009（4）
