石武客運專線東孟姜女河特大橋(32+48+32)m預應力現(xiàn)澆連續(xù)梁跨新菏鐵路施工技術(shù)

王振巖,李 琳

(中鐵十九局集團有限公司第二工程公司,遼寧遼陽 111000)

1 工程概況

石家莊至武漢鐵路客運專線(河南段)東孟姜女河特大橋,其286號墩～289號墩的設計里程為DK610+215.52～DK610+329.12,其上部結(jié)構(gòu)為連續(xù)梁(32+48+32)m,采用懸臂法施工。新荷鐵路從287號～288號橋墩間穿過,與橋梁交角97°,既有線左線里程為K16+086。東孟姜女河特大橋287號墩、288號墩土質(zhì)主要為粉質(zhì)黏土、粉土、黏土、中砂、細砂,地質(zhì)承載力200～450 kPa,土壤最大凍結(jié)深度0.21 m。

2 工程特點和難點

2.1 連續(xù)梁懸臂灌注施工

懸澆梁段全部采用菱形掛籃懸臂對稱灌注,邊跨現(xiàn)澆段采用支架法施工。小型機具和鋼筋等材料垂直運輸采用汽車吊,混凝土澆筑采用泵送法施工。施工順序:中墩處搭設托架,立模,澆筑現(xiàn)澆段→混凝土強度達到設計要求強度時張拉預應力筋→拆除托架,安裝掛籃,對稱澆筑每一節(jié)段→搭設支架,澆筑邊跨直線段→拆除掛籃[1～3]。

連續(xù)梁0號塊施工。0號塊采取一次立模整體灌注的施工方案。連續(xù)梁0號塊施工順序:墩旁支架拼裝→支架預壓→永久支座、臨時支座安裝→底模、側(cè)模安裝→底模、腹板、隔墻鋼筋綁扎,預應力筋安裝→內(nèi)模安裝→綁扎頂板鋼筋、預應力筋安裝→安裝封端模板→混凝土澆筑、養(yǎng)護→施工縫混凝土鑿毛→預應力施工。

2.2 支架預壓(圖1)

圖1 托架預壓示意

為了消除托架和掛籃在混凝土澆筑期間的沉降,防止因彈性變形下沉而造成混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫,并保證梁段的線形與設計一致,應對托架和掛籃進行預壓。本工程采用土袋預壓。具體做法為:在托架搭設完成以后,應對托架進行預壓,預壓荷載不小于梁體鋼筋混凝土重力的1.2倍,預壓采用砂(或土)袋預壓,其荷載分布與現(xiàn)澆箱梁重力分布情況一致,預壓期間在每跨設置5個斷面15個觀測點,預壓前先測量復核支點高程,砂袋用吊機吊放到托架上,預壓分3次水平加載,第一次預壓重40%,第二次為40%,第三次全部加完,然后觀測7 d,卸載按3次進行,第一次按預壓重的20%,第二次為40%,第三次全部卸完,每個觀測點在每一次加載(卸載)完畢及全部加載完(卸載完)均要觀測,全部加載完成后先每天觀測1次,若連續(xù)7 d觀測結(jié)果在5 mm以內(nèi),則可以認為托架或掛籃沉降基本穩(wěn)定[4]。

2.3 模板制備

箱梁內(nèi)外側(cè)模均設計成框架式結(jié)構(gòu),主要由模架、模板、橫帶、豎帶等組成。外側(cè)模板面板采用大塊定型鋼模,以提高梁體表面光滑度。內(nèi)模面板采用30 mm厚的木板拼裝而成,設計為插板式,澆筑混凝土時,隨著梁體腹板混凝土澆筑高度的提高,逐步安插內(nèi)模面板。外模和內(nèi)模均可在陸地上預先拼裝成互為獨立的整體,既解決梁高立模定位困難,又可減少高空作業(yè),并保證模板精度。

2.4 混凝土澆筑施工

混凝土采用集中拌和,攪拌車運輸至現(xiàn)場泵送。由于梁段較高,在澆筑底板、腹板混凝土時,均采用減速漏斗下料。底板中因鋼筋布置不多,使用振動力大的插入式振搗器搗固,混凝土入模在托架部分由懸臂端向根部方向澆筑。腹板因高度大,厚度薄,且鋼筋密集,混凝土入模、振搗困難,腹板采用水平分層澆筑,分層厚度為30 cm。振搗時主要以插入式振搗器振搗為主,同時利用外模附著式振搗器輔助振搗。頂板混凝土入模與振搗,頂板厚度不大,混凝土入模時,先將承托填平,振實后再由箱梁兩側(cè)懸臂板分別向中心推進,混凝土振搗可分塊進行,根據(jù)具體情況,可啟動3個或6個振搗器振搗,待表面翻漿流平即屬振實。對承托部分混凝土輔以軟管軸插入式振搗器振搗。最后用平板振搗器在整個頂板面上振搗找平。停留1～3 h,收漿后,再予表面抹平[5]。

3 防護施工方案

3.1 防護棚架設計

為防止物件從高處墜落這樣的意外發(fā)生,在安全防護方案上除了對掛籃全封閉外,還必須在既有鐵路上方設置防護棚架,防護棚架示意如圖2、圖3所示。

圖2 防護棚架示意

圖3 防護管棚施工平面、立面布置(單位:cm)

(1)根據(jù)設計圖紙及現(xiàn)場實際測量情況,掛籃施工前對既有新荷鐵路安全防護距離16m,既有頂至防護棚底垂直距離6.8 m,滿足行車及掛籃施工限界需要。

(2)為保證鋼管支撐的穩(wěn)定,在既有線路兩側(cè)路肩位置澆筑高50cm×寬80cm×1600 cm的混凝土條形基礎(chǔ),混凝土基礎(chǔ)內(nèi)埋設鋼板與鋼管樁焊接成整體。

(3)棚架防護采用[30型鋼做承托梁,槽鋼與鋼管樁采有焊接加固形成框架結(jié)構(gòu),槽鋼上設[12型鋼按間距20 cm布置,槽鋼上與木板連接方式采用鋼絲綁扎。

(4)防護棚架施工是在鐵路限界內(nèi)進行,該防護工程施工必須要點進行。

3.2 防護棚施工注意事項

(1)線路開通條件必須道床豐滿,并備有充足的道砟。

(2)線路開通后加強巡檢。

(3)鄰線來車時,停止作業(yè),注意瞭望,防護人員及時組織下道避車。

(4)在有軌道電路的線路上施工,無論作業(yè)或休息,均應注意防止兩股鋼軌由于金屬器件搭連而導電,造成錯誤信號而影響正常行車。

(5)拆卸的材料,要放置在合適的位置,以防侵入限界而影響行車安全。

3.3 防護棚施工安全措施

東孟姜女河特大橋采用掛籃懸臂現(xiàn)澆施工,有效地減少了對既有鐵路線路的影響。在跨既有線施工中采取如下作業(yè)安全措施。

(1)為保證基礎(chǔ)施工過程中既有鐵路的運營安全,施工前先用鋼板樁防護,之后再進行基礎(chǔ)的施工。并對既有線進行位移、沉降檢測,發(fā)現(xiàn)情況及時采取措施,保證行車安全。

(2)跨既有線施工要與設備管理單位和行車組織單位分別簽訂施工安全協(xié)議書。安全協(xié)議書要明確雙方的責任和義務、施工責任地段和期限、安全防范內(nèi)容和措施、結(jié)合部安全分工等。當施工與行車發(fā)生矛盾時,要嚴格遵循“安全第一”的原則,服從行車安全的需要。參加施工的職工必須通過《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》、《鐵路行車線上施工技術(shù)安全規(guī)則》、《鐵路行車組織規(guī)則》、《鐵路工務安全規(guī)則》等內(nèi)容相關(guān)工種的應知應會考核。

(3)橋梁懸臂施工時,編制施工計劃與方案,并向主管部門和鐵路運營部門申報,既有線上空作業(yè)時,其凈空滿足鐵路限界要求,設置駐站和工地防護員,保證行車安全。施工結(jié)束后要認真清理現(xiàn)場,斷開臨時電源。機械、工具、設備和材料碼放在安全地帶,廢棄物統(tǒng)一清理干凈裝袋收回,確認安全后方可離開現(xiàn)場。

(4)既有線旁施工作業(yè),應設置距鋼軌外側(cè)不少于2 m的限界標志,機械設備運轉(zhuǎn)前應檢查是否處于良好狀態(tài),并派專人進行防護,檢查標志是否齊全無誤。對于在既有線等高的作業(yè)應加強對來往列車瞭望,當列車通過時應暫停機械設備移動伸臂等作業(yè)。防護人員平時應經(jīng)常檢查限界標志的設置情況,對作業(yè)中損壞的標志應及時修復或補齊。收工前工地負責人應組織專人對本工地進行一次詳細檢查,確認無事故隱患,才準撤除防護收工。

(5)加強對員工的安全教育,增強安全意識,提高防范能力。嚴格按照有關(guān)勞動保護法律、法規(guī)和鐵道部有關(guān)勞動保護條例、規(guī)定及鄭州鐵路局有關(guān)安全生產(chǎn)的要求執(zhí)行,確保安全生產(chǎn)、生產(chǎn)必須安全。施工人員跨越鐵路股道時,一定做到“一站、二看、三通過”,并在兩側(cè)設警示牌,嚴禁搶道;上道作業(yè)人員必須穿好黃背心,杜絕人身事故的發(fā)生。

4 連續(xù)梁掛籃懸澆施工工藝

為了加快懸臂施工進度,各梁段亦采取全斷面一次澆筑的施工方案。保證梁段混凝土一次澆筑,各梁段澆筑方法及工藝要求同0號塊。

4.1 掛籃拼裝及試驗

在墩頂現(xiàn)澆段現(xiàn)澆施工完成后(含預應力施工及壓漿),采用吊機進行掛籃構(gòu)件起吊和拼裝。安裝時注意橋墩兩側(cè)的掛籃應對稱同步安裝,按設計要求控制不均衡荷載。

新加工的掛籃采用試壓臺加壓法檢測桁架的受力性能和狀況,未經(jīng)試壓的掛籃不得吊裝上墩進行懸灌施工。通過試壓消除結(jié)構(gòu)的非彈性變形。試壓可采用在橋位附近(或在工廠)試驗臺加壓法進行[6～7]。

對拼裝就位待灌注混凝土的掛籃,采用水箱試壓法檢查掛籃的性能和狀況。加壓水箱設于菱形桁架的前上橫梁吊點處,計算試壓力后,分級進行灌水試壓,記錄全過程掛籃變化情況即可求得控制數(shù)據(jù)。

4.2 掛籃的前移

待已灌注梁段混凝土強度和彈性模量達到設計要求后,對縱向預應力筋張拉并壓漿,鋪設墊梁和軌道。軌道錨固后,放松底模架前后吊帶并將底模架后橫梁用2臺10 t倒鏈懸掛在后上橫梁上;拆除后吊帶與底模架的聯(lián)接,先放松所有后吊桿再放松前吊帶,按照同樣的方法松開外側(cè)模。用2臺5 t倒鏈牽引前支座使菱形桁架帶動底模側(cè)模前移,就位后安裝底模后吊帶,將底模吊起。解除外模走行梁的一個吊帶前移至預留孔,調(diào)整立模高程進入下一循環(huán)施工。

4.3 掛籃底模、側(cè)模高程調(diào)整及位置控制

當掛籃安裝完成后,即可進行模板高程及中線調(diào)整。模板控制高程=設計高程+施工預留拱度。設計高程由設計院提供。施工預留拱度由設計院提供的理論預留拱度結(jié)合現(xiàn)場掛籃試壓測試數(shù)值(如彈性變形值)等因素,通過編制的線形控制軟件計算而得。同時在每個承臺頂面上設水準點4個,觀測群樁的沉降;在墩頂現(xiàn)澆段頂面腹板位置處各設水準點4個,觀測墩身的壓縮[8～9]。

4.4 混凝土施工

本懸灌現(xiàn)澆梁全部采用泵送混凝土,為防止混凝土泵送過程中堵管和能耗加大,混凝土所選原材料的骨料級配,含砂率要滿足泵送技術(shù)要求,添加泵送劑等外加劑,以增強混凝土的流動性和和易性,加快懸灌施工速度。

為縮短工期,加快進度,確保一段梁體的施工周期在8～10 d,梁體混凝土配合比設計時摻入早強減水劑。由于梁段鋼筋及預應力管道較密,選用的混凝土配合比的坍落度控制在14～18 cm。

為了使后澆混凝土不引起先澆混凝土的開裂,箱梁梁段混凝土一次澆筑成型,并在底板混凝土凝固以前全部澆筑完畢,也就是要求掛籃的變形全部發(fā)生在混凝土塑性狀態(tài)之間,即可避免裂紋的產(chǎn)生[10]。

混凝土澆筑前,每個梁段均搭設工作平臺,人員和機具均在平臺上操作,以免壓壞鋼筋及預應力管道。灌注采用先梁節(jié)前端,后梁節(jié)后端,并從腹板向中間推進的方法。

4.5 預應力筋施工

縱、橫向預應力筋穿束前用通孔器疏通預應力管道,縱向預應力筋穿束時先將導線穿過孔道與預應力筋束連接在一起,由卷揚機牽引穿束;橫向預應力筋采用人工穿束。穿束后檢查預應力筋外露情況,保證兩端外露長度基本相同,滿足張拉要求,然后安裝錨具、千斤頂。

豎向預應力筋按設計下料直接加工成型,并在梁段混凝土灌注前直接安放在梁體豎向波紋管中。

鋼絞線的張拉在梁段混凝土強度和彈性模量達到設計要求的指標后,按設計要求的張拉方法和順序進行張拉。張拉程序為:0→初應力(0.10σcon)→σcon(持續(xù)3 min錨固)。

豎向預應力筋在縱橫向預應力筋張拉完成,掛籃前移后進行張拉,張拉程序為:0→初應力(0.10σcon)→σcon(錨固)。

孔道壓漿在預應力張拉完成、掛籃前移之前進行,壓漿采用真空輔助壓漿工藝施工,水泥選用42.5級普通硅酸鹽水泥,水灰比為0.40～0.45。為增強其流動性,可摻入FDN-5高效減水劑,摻量約為水泥用量的0.6%,此時水灰比可減小到0.35。為減少收縮,可摻入0.1%水泥用量的鋁粉作微膨脹劑。

4.6 邊跨現(xiàn)澆段施工

邊跨直線段支架安裝完成之后,必須做靜載壓重試驗,以消除結(jié)構(gòu)殘余變形。立模調(diào)整高程后綁扎鋼筋,安裝預應力管道及預埋件,澆筑混凝土。直線段混凝土應在懸臂段倒數(shù)第二節(jié)段施工結(jié)束前完成,以利控制最后節(jié)段的施工放樣高程,確保合龍段的施工精度和成橋設計線型。

4.7 連續(xù)梁合龍段施工

合龍段采用吊架法進行施工,按照先合龍邊跨、后合龍中跨的順序施工。施工步驟如下。

(1)焊接安裝合龍段體外固結(jié)勁性骨架,綁扎鋼筋,連接預應力管道并定位,并使勁性骨架與周圍鋼筋焊接,對中間跨合龍段須設體外鋼結(jié)構(gòu)勁性骨架及臨時預應力束并張拉鎖定。

(2)安裝吊架于合龍段上方,并調(diào)整就位,再安裝內(nèi)模,在梁體懸臂端采用磚砌水池充水配重,選擇日溫度最低的夜間澆筑合龍段混凝土,并逐級解除合龍段壓配重。

(3)待邊跨混凝土達到設計強度后,開始中跨施工。

(4)在混凝土強度達到設計張拉強度后,按設計張拉順序,對稱張拉梁體預應力束,先長束后短束,待預應力束張拉完畢后,將管道壓漿封錨。

(5)待中跨合龍完畢后,按設計要求張拉所有剩余的預應力束,全部完成體系轉(zhuǎn)換。

5 結(jié)語

石武客運線東孟姜女河特大橋現(xiàn)澆預應力混凝土連續(xù)梁已順利完工,施工過程中未發(fā)生任何安全質(zhì)量問題。施工實踐證明,連續(xù)梁的施工方案和跨既有線路的安全措施是科學的、合理的,可在類似現(xiàn)澆梁和跨既有線路的施工中可以借鑒。

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