武漢大道跨鐵路橋下橫梁塔梁混凝土施工關(guān)鍵技術(shù)

陳開(kāi)橋　余紹賓　王吉連　毛偉琦

【摘要】本文結(jié)合武漢大道跨鐵路橋工程下橫梁塔梁混凝土澆筑方案，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，較好地解決了主塔塔梁混凝土二次澆筑施工中存在的問(wèn)題，對(duì)類似橫梁施工具有一定的借鑒和參考意義。

【關(guān)鍵詞】斜拉橋；塔梁；施工方案；二次澆筑及張拉；支架設(shè)計(jì)；關(guān)鍵技術(shù)お

Wuhan Road railway bridge beams across the beam concrete tower key technologies

Chen Kai—qiao1，She Shao—bin2，Wang Ji—lian1，Mao Wei—qi1

（1.Seventh Railway Bridge Bureau Group Co.， LtdWuhanHubei430050；

2.MBEC Construction Design DivisionWuhanHubei430050）

【Abstract】In this paper， cross the railway bridge in Wuhan Avenue beams under the concrete pouring tower beam program， through the design and calculation， solved the main Tata second pouring of concrete beam construction problems， construction of a similar beams with a certain sense of reference and reference .

【Key words】Cable—stayed bridge；Tower beam；Construction program；Secondary placement and tension；Stent design；Key technologyお

1. 工程概況

（1）武漢大道是武漢市漢口地區(qū)南北向重要的城市快速路，是聯(lián)系城市一環(huán)線、二環(huán)線、三環(huán)線的放射線和快速出城通道；跨鐵路橋?yàn)橹骺?38m，邊跨（81+41）m的獨(dú)塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁斜拉橋，上跨金橋大道及京廣、合武等12股道鐵路線，是武漢大道的控制性工程。主塔順橋向?yàn)橹浇Y(jié)構(gòu)，橫橋向?yàn)椤癆”型，傾角4.384：1，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，塔高為101.7m，橋面寬由39.0m線性變寬至49.899m，主梁右幅截面不變，左幅截面高度線性變化，兩個(gè)邊箱寬度不變，橫向尺寸通過(guò)調(diào)整橫梁的跨度加以實(shí)現(xiàn)。

圖1武漢大道跨鐵路橋橋式布置圖

圖2橫梁斷面及預(yù)應(yīng)力鋼束布置

（2）下橫梁及塔梁固結(jié)段為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，雙層箱型截面，橫跨金橋大道節(jié)段長(zhǎng)42m，寬21m，在金橋大道現(xiàn)狀道路上空約15m，梁高6.80m，箱梁設(shè)雙向1.5%橫坡，混凝土方量為2303m3，橫梁設(shè)54束縱向預(yù)應(yīng)力鋼束。橫梁斷面及預(yù)應(yīng)力鋼束布置如圖2所示。

2. 橫梁及塔梁固結(jié)段施工方案

（1）跨鐵路橋工程主塔下橫梁及塔梁固結(jié)段設(shè)計(jì)要求采用一次澆筑一次張拉工藝，采用支架法現(xiàn)澆施工。橫梁箱室達(dá)16個(gè)，為便于施工及質(zhì)量控制，確定采用兩次澆筑及兩次張拉工藝，第一次澆筑高度3.8m，第二次澆筑高度3.0m。第二次澆筑混凝土前，按照計(jì)算控制要求對(duì)第一次澆筑部分施加部分預(yù)應(yīng)力鋼束，第二次澆筑的混凝土荷載由已成橫梁承擔(dān)一部分荷載，在下橫梁支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮二次澆筑的影響。

圖4預(yù)應(yīng)力束布置示意圖

圖5第一次砼澆筑，張拉預(yù)應(yīng)力后，支架反力

（2）下橫梁混凝土方量大，第一期張拉的預(yù)應(yīng)力的位置及量值合理選擇非常關(guān)鍵。在分層澆筑的過(guò)程中，為避免在第2層砼荷載作用下已成型結(jié)構(gòu)兩端上緣及跨中下緣出現(xiàn)過(guò)大拉應(yīng)力或支架反力增量過(guò)大，在第1次混凝土澆注完成并達(dá)到強(qiáng)度后張拉一定數(shù)量的底板或腹板鋼束，全截面形成后補(bǔ)拉一期鋼束和將剩余的鋼束張拉至設(shè)計(jì)噸位。考慮下橫梁是跨中截面承受正彎矩，兩端截面承受負(fù)彎矩的結(jié)構(gòu)，在另外一半梁高截面還沒(méi)形成時(shí)，張拉底板束能有效地增加截面下緣壓應(yīng)力儲(chǔ)備，同時(shí)第1期張拉的預(yù)應(yīng)力束也不宜過(guò)多，這樣會(huì)有效減少兩端截面上緣壓應(yīng)力的貯備。

橫梁澆筑分段示意圖如圖3所示。

圖3橫梁澆筑分段示意圖

表1各種型號(hào)桿件內(nèi)力值統(tǒng)計(jì)

桿件型號(hào) 2N1 4N1 2N3 4N3 2N4 4N4 2N5 4H3 4H6 4H7

容許內(nèi)力（t） —72.5 —148 —34.3 —68.7 29.5 60.8 15.2 91.5 —144 —116

最大內(nèi)力（t） —42.1 —112 —25.4 —64.5 21 46.7 14.5 —83.4 —131 —111

圖7下橫梁支架布置圖

圖6第二次砼澆筑時(shí)支架承受反力

3. 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1橫梁自重荷載分布。

橫梁混凝土自重荷載考慮取1.15的擴(kuò)大系數(shù)（含施工荷載、模板自重等）。

3.2橫梁預(yù)應(yīng)力束分布。

橫梁預(yù)應(yīng)力束從下到上分N1至N8八種，N1至N6為底板束，N7、N8為頂板束。下橫梁截面兩次成型，預(yù)應(yīng)力分次張拉，第一期張拉N1～N2按設(shè)計(jì)控制噸位（設(shè)計(jì)控制應(yīng)力0.72FPk），有效噸位3562t。全截面形成后補(bǔ)拉一期鋼束和將剩余鋼束張拉至設(shè)計(jì)噸位。預(yù)應(yīng)力束布置示意圖如圖4所示：

3.3橫梁第一次混凝土澆筑及張拉計(jì)算分析。

橫梁計(jì)算采用midas建模計(jì)算。第一次砼澆筑，張拉預(yù)應(yīng)力后，支架反力如圖5所示：

根據(jù)圖5可知第一次澆筑完畢，張拉預(yù)應(yīng)力后，支架上總荷載為2499t。

3.4橫梁第二次混凝土澆筑及張拉計(jì)算分析。

第二次砼澆筑時(shí)支架承受反力如圖6所示：

根據(jù)圖6可知第二次澆筑時(shí)，支架上總荷載為5069t。兩次澆筑混凝土總方量為2303m3，混凝土重量共計(jì)2303*1.15*2.65=7018t。由以上計(jì)算可知，第一次澆筑完畢后，進(jìn)行部分預(yù)應(yīng)力張拉，支架承受混凝土荷載僅為總荷載的5069/7018=72%。

因此在第一次澆筑完畢后，張拉部分預(yù)應(yīng)力，有效的增加了下橫梁截面巖應(yīng)力儲(chǔ)備，從而減小下橫梁支架的反力，對(duì)施工結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)均產(chǎn)生有利的影響。

4. 下橫梁支架設(shè)計(jì)

（1）主塔結(jié)構(gòu)為塔、梁固結(jié)體系，其順橋向承受橋面及斜索傳遞的巨大軸力、剪力、彎矩以及不對(duì)稱荷載產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)，橫橋向承受立柱產(chǎn)生的拉力及自身彎矩。施工地段跨越多條鐵路既有線，管線復(fù)雜，對(duì)于下橫梁施工構(gòu)成極大的阻礙。綜合考慮，下橫梁支架采用萬(wàn)能桿件以及鋼管樁組合拼裝而成。采用拼裝的萬(wàn)能桿件既能滿足承載力的要求，同時(shí)也很好緩解施工場(chǎng)地局限帶來(lái)的矛盾。下橫梁支架布置圖如圖7：

圖8模型圖及桿件最大內(nèi)力表

圖9萬(wàn)能桿件的撓度變形圖

圖10鋼管樁承載力

利用midas建立萬(wàn)能桿件支架模型，考慮二次澆注工況，支架所受荷載最大。模型圖及桿件最大內(nèi)力表如圖8所示：

各種型號(hào)桿件內(nèi)力值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

經(jīng)過(guò)計(jì)算得到，萬(wàn)能桿件各個(gè)桿件軸力滿足設(shè)計(jì)要求。由程序計(jì)算萬(wàn)能桿件的撓度變形，如圖9所示：

由圖9中得知：桿件最大變形為8.1mm14000/400=35mm，滿足要求。

下橫梁支架跨中處采用鋼管樁立柱承載，下橫梁鋼管樁（截面為630×8mm）采用Q235B鋼，設(shè)計(jì)抗拉、抗壓強(qiáng)度容許值：[σ]=170MPa。桿件由受壓控制。經(jīng)過(guò)程序計(jì)算，鋼管樁承載力如圖10所示：

（2）根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，軸向受壓桿件需進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算、穩(wěn)定驗(yàn)算和剛度驗(yàn)算。鋼管柱最大軸力為：N=920KN， 穩(wěn)定計(jì)算長(zhǎng)度 。經(jīng)過(guò)計(jì)算截面穩(wěn)定壓應(yīng)力61.3MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

沉樁時(shí)L0=6.359m，以控制樁尖設(shè)計(jì)標(biāo)高為主。當(dāng)樁尖已達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高，而貫入度仍較大時(shí)，應(yīng)繼續(xù)錘擊，使貫入度接近控制貫入度，即以最后十擊每擊的貫入深度不超過(guò)5mm進(jìn)行控制。貫入度已達(dá)控制貫入度，而樁端標(biāo)高仍未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)繼續(xù)錘擊100mm左右（或錘擊30～50擊）。樁打入時(shí)應(yīng)設(shè)置必要的定位裝置，確保樁的傾斜度及平面位置在施工規(guī)范允許范圍內(nèi)。鋼管柱的接高和連續(xù)系的焊接應(yīng)滿足鋼結(jié)構(gòu)加工規(guī)范的要求。支架處有既有車(chē)道和人通行，環(huán)境復(fù)雜，因此鷹架施工時(shí)必須做好交通疏導(dǎo)，同時(shí)上部結(jié)構(gòu)物施工時(shí)要做好全封閉施工，以防墜落物扎傷車(chē)輛和行人。

5. 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)澆筑方案研究，經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算，解決了主塔塔梁混凝土二次澆筑施工中存在的問(wèn)題及二次澆筑荷載對(duì)支架的影響，得出在此類工程中比較經(jīng)濟(jì)合理的方案，經(jīng)濟(jì)效益明顯，值得同類工程借鑒。

參考規(guī)范

[1]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017—2003）.

[2]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010—2002）.

[3]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2002）.

[4]《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè)》（黃紹金主編）人民交通出版社，2002.3

參考文獻(xiàn)

[1]陳善光·橋梁工程預(yù)應(yīng)力施工管理探討[J]·現(xiàn)代企業(yè)文化，2009，27.

[2]陶駿·預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工質(zhì)量探討[J]·硅谷，2009，（2）.

[3]葛霖新、徐增鵬、張海林·預(yù)應(yīng)力施工工藝在橋梁施工中的應(yīng)用[J]·中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2009，NO.8.