128 m大跨連續(xù)梁低溫合龍施工技術(shù)

王宏利

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222)

1 工程概況

京滬高速鐵路滄德特大橋跨南運河連續(xù)梁為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu),主墩為C38和C39、邊墩為C37和C40,梁部計算跨度為(80.6+128+80.6)m,里程為DK236+472.47～DK236+763.67,全長290.9 m。梁部截面采用單箱單室,變高度、變截面直腹板形式,箱梁頂寬12.0 m,底寬7.0 m。頂板厚度除梁端附近外為450～650 mm,按折線變化；腹板厚640～1 100 mm,按折線變化；底板厚由跨中的520 mm按二次拋物線變化至根部的1 200 mm。中支點截面中心處梁高9.6 m；中跨跨中9.0 m直線段、邊跨21.95 m直線段,截面中心處梁高5.6 m。

除0號、22號塊在支架上現(xiàn)澆外,1號～20號塊均采用掛籃懸臂澆筑,其中0號塊長18 m,懸澆段節(jié)段長度從2 m變化到3.5 m,兩邊跨現(xiàn)澆段22號長度為16.45 m。邊跨合龍為2段,分別為21號段和21′號段,21號段為C37墩側(cè)22號與C38墩側(cè)20號合龍段、21′號段為C40墩側(cè)22′號與C39墩側(cè)20′號合龍段；中跨合龍為1段,為21′號段,為C38墩側(cè)20′號與C39墩側(cè)20號合龍段；邊跨及中跨合龍段長度均為2 m。見圖1。

圖1 (80+128+80)m連續(xù)梁施工分段示意

2 低溫施工合龍段概述

2.1 合龍段概述

合龍段施工是懸灌梁體施工中的一道重要工序,在主梁懸臂灌注完畢后應(yīng)盡快完成與邊跨現(xiàn)澆段的合龍和中跨合龍段的現(xiàn)澆施工,使主梁由雙臂狀況轉(zhuǎn)化為連續(xù)整體,結(jié)構(gòu)體系發(fā)生變化。在合龍段施工過程中,因混凝土自重、溫度變化、施工荷載的作用,在懸臂梁段產(chǎn)生位移,影響合龍段混凝土與懸臂端的連接,易產(chǎn)生裂紋。因此滄德特大橋跨南運河(80.6+128+80.6)m連續(xù)梁邊跨、中跨合龍段施工采用勁性骨架支撐和臨時預(yù)應(yīng)力的撐拉作用將合龍口臨時鎖定,同時在灌注混凝土?xí)r在合龍口處增加等載壓重,保持合龍口兩端無相對位移,從而保證在灌注混凝土?xí)r合龍段混凝土與懸臂梁段之間不產(chǎn)生裂紋。

2.2 低溫施工

低溫施工合龍段采取措施：支座安裝時準(zhǔn)確設(shè)置預(yù)偏量；加熱、保溫保證合龍段混凝土的質(zhì)量；加熱、保溫和采用低溫型壓漿劑等措施保證壓漿的質(zhì)量。

3 支座預(yù)偏量設(shè)置

3.1 準(zhǔn)確計算合龍時間

在0號段施工時,準(zhǔn)確估算邊跨合龍、中跨合龍的時間,以便確定邊跨合龍月、中跨合龍月的平均氣溫。

3.2 支座安裝預(yù)偏量的計算

跨南運河連續(xù)梁C39為固定墩,因此在C37、C38和C40墩柱上安裝支座時均需設(shè)置縱向預(yù)偏量。該連續(xù)梁所在地區(qū)年平均氣溫為12.5℃；計劃合龍時間為2010年1月份,平均氣溫為-4.5 ℃。支座布置見圖2。

預(yù)偏量包括梁體收縮徐變和溫度影響兩部分,計算如下：各支座處的縱向預(yù)偏量公式Δ=-(Δ1+Δ2),式中負(fù)號表示按計算所得的偏移量反方向設(shè)置預(yù)偏量；Δ1為梁體收縮徐變量,設(shè)計圖紙已給出,直接取用。

Δ2=αΔtL

式中α——鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)線性膨脹系數(shù),取1.0×10-5；

Δt——合龍月均氣溫與該地區(qū)年均氣溫差值(注意固定支座側(cè)邊跨合龍段與另外一側(cè)活動支座要分開考慮,尤其2個T構(gòu)時間差距較大時)；

L——計算點到固定支座距離。

圖2 (80+128+80)m連續(xù)梁支座布置(單位：mm)

以C38為例計算：

設(shè)計圖紙給出Δ1=53 mm(指向固定支座)；

Δ2=αΔtL=1.0×10-5×(-4.5-12.5)×128≈

-21 mm(遠(yuǎn)離固定支座)

Δ=-(Δ1+Δ2)=-32 mm(方向為遠(yuǎn)離固定支座)

經(jīng)計算，各支座預(yù)偏量見表1。

表1 各支座預(yù)偏量

3.3 支座安裝

在0號段施工時,按計算的預(yù)偏量安裝支座。

4 合龍段施工方案

4.1 施工順序

合龍段按先邊跨后中跨的順序施工。(1)在20號、22號梁段澆筑完成后,拆除掛籃模板,安裝邊跨合龍段臨時剛性連接構(gòu)造,臨時對稱張拉2根頂板束T22以及2根底板鋼束B0,澆筑邊跨合龍段。(2)待合龍段混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后,張拉(或補拉)T22、B0～B3縱向預(yù)應(yīng)力束及橫向、豎向預(yù)應(yīng)力筋。(3)解除墩梁臨時固結(jié)措施,并將中墩活動支座的縱向約束臨時鎖定。張拉并錨固B4～B9縱向預(yù)應(yīng)力束及橫向、豎向預(yù)應(yīng)力筋。邊跨合龍段混凝土澆筑完成并張拉結(jié)束后,安裝中跨合龍段臨時剛性連接構(gòu)造,解除中墩活動支座的縱向臨時約束,張拉并錨固頂板臨時束2T21及底板合龍鋼束2D0。(4)采用懸吊支架現(xiàn)澆中跨合龍段混凝土。(5)待合龍段混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后,張拉(或補拉)并錨固D0～D13縱向預(yù)應(yīng)力束及橫向、豎向預(yù)應(yīng)力筋。預(yù)應(yīng)力筋布置詳見圖3、圖4。

圖3 邊跨合龍段勁性骨架立面(單位：mm)

圖4 中跨合龍段勁性骨架立面(單位：mm)

4.2 施工工藝

4.2.1 合龍段模板

利用掛籃模板在支架上進(jìn)行。

4.2.2 設(shè)置合龍段勁性骨架

合龍段采用外鎖定勁性骨架的方式進(jìn)行施工。每個合龍段由4根勁性骨架(勁性骨架由2[32a型鋼加工而成)與箱梁兩懸臂端的預(yù)埋鋼板焊接而成。頂板設(shè)置2道,底板設(shè)置2道。詳見圖5、圖6。

圖5 合龍段勁性骨架平面(單位：mm)

圖6 合龍段勁性骨架側(cè)面(單位：mm)

(1)邊跨合龍勁性骨架

邊跨合龍段采用勁性骨架措施鎖定后,由于中墩臨時支撐尚未拆除, 在溫度變化作用下,邊跨直線段梁體會產(chǎn)生微小的滑動,因此需要由勁性骨架來抵消邊跨現(xiàn)澆段混凝土與模板之間的摩擦力以及邊墩支座的摩擦力。邊跨現(xiàn)澆段施工完成后,邊支座處支頂方木要拆除,使支座能夠活動。

木模板與混凝土之間的摩擦系數(shù)μ1=0.15,活動支座摩擦力系數(shù)μ2=0.05，則:

合龍段剛性支撐所受軸力

N=μ1G+0.5μ2G=(0.15+0.5×0.05)×

8 276.3=1 448 kN。

其中,G為邊跨現(xiàn)澆段梁段的重力。

假設(shè)采用雙根[32a型鋼焊成支撐骨架,每個合龍段4個,則每個剛性支撐所受應(yīng)力

σ=N/A=1 448.4/(4×2×0.004 85)=

37 MPa <170 MPa

能夠滿足要求。

臨時張拉束：按受力及設(shè)計要求臨時張拉縱向預(yù)應(yīng)力束來抵消由于梁體移動產(chǎn)生的摩擦力,按設(shè)計要求選擇2T22與2B0(均為19根預(yù)應(yīng)力筋)。由于邊跨梁體最大摩擦力為1 448.4 kN,故每束鋼絞線張拉到1 448.4/4=362.1 kN即可。為確保不開裂,施工時對4束鋼絞線臨時各張拉到400 kN(此時預(yù)應(yīng)力的拉應(yīng)力為153 MPa,該預(yù)應(yīng)力束的張拉控制應(yīng)力為1 265 MPa)。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后, 按張拉順序張拉鋼束,將臨時張拉鋼束補張至設(shè)計張拉控制應(yīng)力。

(2)中跨合龍勁性骨架

中跨合龍段的勁性骨架焊接后,勁性骨架以及預(yù)應(yīng)力束來抵消滑動墩C38以及邊墩C37支座上的摩擦力。

此時摩擦力(等于合龍段剛性支撐所受軸力)為

N=μ2G=0.05×59 482.9=2 974.2 kN

其中G=0.5×(全橋梁體重力-中跨合龍段重力)

同樣采用2根[32a型鋼焊成支撐骨架,共布置4個,則每個剛性支撐所受應(yīng)力

σ=N/A=2 974.2/(4×2×0.004 85)≈

77 MPa<170 MPa

能夠滿足要求。

臨時張拉束：按設(shè)計要求選擇2T21與2D0(均為19根預(yù)應(yīng)力筋)。由于邊跨梁體最大摩擦力為2 974.2 kN,故每束鋼絞線張拉到2 974.2/4=743.6 kN即可。為確保不開裂,施工時對4束鋼絞線臨時各張拉到750 kN(此時預(yù)應(yīng)力的拉應(yīng)力為287.3 MPa,預(yù)應(yīng)力束的張拉控制應(yīng)力為1 265 MPa)。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后, 按張拉順序張拉鋼束,將臨時張拉鋼束D0補張至設(shè)計張拉控制應(yīng)力。

4個骨架所承受的平均力為:2 974.2/4=744 kN,單個骨架在鋼板上焊縫長度為112 cm。為保證焊縫牢固,每個骨架與預(yù)埋鋼板的焊縫均采用四周滿焊,焊縫寬度16 mm。

4.2.3 混凝土施工

為了使混凝土盡早達(dá)到設(shè)計張拉強(qiáng)度和防止混凝土收縮裂縫的產(chǎn)生,在混凝土配合比中摻加膨脹劑,強(qiáng)度比梁體混凝土設(shè)計強(qiáng)度提高一級。

規(guī)范及設(shè)計要求“滿足正常施工溫度的條件下,合龍段混凝土澆筑時間應(yīng)在一天中溫度最低時,并使混凝土澆筑后溫度開始緩慢上升為宜”,為此在合龍段施工前連續(xù)5 d測量當(dāng)?shù)氐臍鉁刈畹忘c,以便正確選擇合龍時間,并且根據(jù)天氣預(yù)報確保合龍段混凝土澆筑完畢后連續(xù)5 d不得有大幅度降溫天氣,實際合龍溫度為-5 ℃。

混凝土澆筑前采用巖棉與棉被將合龍段的底模、側(cè)模進(jìn)行包裹,混凝土澆筑結(jié)束后,及時對合龍段混凝土進(jìn)行覆蓋保溫,蒸汽養(yǎng)護(hù),溫度控制在20～25 ℃,達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度和彈性模量的100%后進(jìn)行終張拉。

4.2.4 預(yù)應(yīng)力施工

先按設(shè)計張拉順序先補拉合龍臨時約束,再張拉其余的預(yù)應(yīng)力束。張拉程序及工藝與懸澆段相同。

4.2.5 管道壓漿施工

用棉被嚴(yán)密封堵每孔箱梁的內(nèi)腔端部,在內(nèi)腔內(nèi)每2 m放1個火爐升溫,通過提高內(nèi)腔溫度來保證預(yù)應(yīng)力筋管道溫度在5 ℃以上(梁體混凝土澆筑時在預(yù)應(yīng)力筋管道處預(yù)埋測溫線,通過測溫試驗,確定火爐數(shù)量,確保溫度達(dá)到5 ℃以上)；采用低溫型壓漿劑保證壓漿的質(zhì)量。壓漿程序及工藝與懸澆段相同。

4.2.6 結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換

邊跨合龍完成后,待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后,張拉(或補拉)T22、B0～B3縱向預(yù)應(yīng)力束及橫向、豎向預(yù)應(yīng)力筋。解除墩梁臨時固結(jié)措施,并將中墩活動支座的縱向約束臨時鎖定,使結(jié)構(gòu)由雙懸臂狀態(tài)轉(zhuǎn)換成單懸臂受力狀態(tài)。張拉并錨固B4～B9縱向預(yù)應(yīng)力束及橫向、豎向預(yù)應(yīng)力筋。邊跨合龍段混凝土澆筑完成并張拉結(jié)束后,安裝中跨合龍段臨時剛性連接構(gòu)造,解除中墩活動支座的縱向臨時約束,形成連續(xù)梁受力狀態(tài)。張拉并錨固頂板臨時束T21及底板合龍鋼束D0。采用懸吊支架現(xiàn)澆中跨合龍段混凝土。待合龍段混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后,張拉(或補拉)并錨固D0～D13縱向預(yù)應(yīng)力束及橫向、豎向預(yù)應(yīng)力筋。

5 結(jié)語

京滬高速鐵路滄德特大橋跨南運河128 m大跨連續(xù)梁低溫合龍段施工,通過采取設(shè)置支座預(yù)偏量、設(shè)置勁性骨架、合龍段混凝土澆筑保溫和壓漿后漿體保溫等具體措施,成功實現(xiàn)了低溫條件下順利合龍。

[1]TZ213—2005，客運專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南[S].

[2]TZ210—2005，鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南[S].

[3]孫芳垂，徐 建.注冊結(jié)構(gòu)工程師設(shè)計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.