重載鐵路連續(xù)梁掛籃懸臂施工控制

馬 宏 浩

(中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司，山東 青島 266000)

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重載鐵路連續(xù)梁掛籃懸臂施工控制

馬 宏 浩

(中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司，山東 青島 266000)

結(jié)合工程實例，從0號段、懸澆段、合龍段三方面，闡述了重載鐵路連續(xù)梁掛籃懸臂的施工技術(shù)，探討了各施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制措施，為同類工程的施工積累了經(jīng)驗。

重載鐵路，掛籃，懸臂段，合龍段

0 引言

山西中南部鐵路通道橫貫晉豫魯三省，全長1 260 km，連接我國東西部的重要煤炭資源運(yùn)輸通道，是世界上第一條按30 t重載鐵路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的鐵路。本文介紹的是線路中的“上跨博萊高速公路特大橋”1-(48 m+80 m+48 m)雙線連續(xù)箱梁，梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)，采用懸臂灌注法施工，其中，主要介紹“80 m段”的施工控制。

1 “0號段”施工

1.1 支架施工

支架采用鋼管樁及型鋼托架。承臺施工時，在其頂部預(yù)埋鋼板，墩身施工完畢后，焊接安裝鋼管樁及型鋼支架，下端與承臺預(yù)埋件連接，托架采用塔吊安裝。

1.2 臨時支座安裝

該重載鐵路橋梁墩柱設(shè)計與箱梁體間為非剛性結(jié)構(gòu)，為避免懸灌梁施工時前后梁段荷載不平衡產(chǎn)生傾斜，且不使永久支座過早受力，在懸灌梁施工過程中設(shè)置臨時支座，將梁固結(jié)在橋墩上，使梁具有一定的抗彎能力。永久支座和臨時支座在“0號段”模板支立之前安裝完畢，且臨時支座較永久支座高3 mm～5 mm。

1.3 托架預(yù)壓控制

在模板施工前，為保證托架結(jié)構(gòu)安全，以及托架預(yù)拱度的計算，應(yīng)對托架進(jìn)行預(yù)壓。通過預(yù)壓可以取得托架的彈性變形值和非彈性變形值，并與托架理論變形值比較，檢驗托架結(jié)構(gòu)安全。預(yù)壓荷載采用沙袋預(yù)壓，為托架上方混凝土重量的1.2倍～1.3倍。預(yù)壓結(jié)束后對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出托架的預(yù)拱度，并調(diào)整模板標(biāo)高。

1.4 預(yù)應(yīng)力摩阻損失測試

根據(jù)以往經(jīng)驗，預(yù)應(yīng)力摩阻損失是后張預(yù)應(yīng)力混凝土梁的預(yù)應(yīng)力損失的主要部分之一。本橋在預(yù)應(yīng)力施工前，根據(jù)其具體施工條件進(jìn)行預(yù)應(yīng)力摩阻測試，包括管道摩阻、錨口摩阻、喇叭口摩阻三部分。

1.4.1 管道摩阻損失測試

為保證該重載鐵路連續(xù)梁測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，使用壓力傳感器測取張拉端和被張拉端的壓力，不再使用以往千斤頂油表讀取數(shù)據(jù)的方法，同時，在傳感器外采用約束墊板的測試工藝，保證了所測數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確反映管道部分的摩阻影響。經(jīng)試驗實測得管道局部偏差影響系數(shù)k=0.003 4，摩擦系數(shù)μ=0.256，設(shè)計值k=0.003，μ=0.26。

1.4.2 錨口及喇叭口摩阻損失測試

考慮到測試方便和準(zhǔn)確測試所確定的內(nèi)容，在地面上制作了其尺寸為4.0 m×0.8 m×0.8 m的混凝土長方體，錨口和錨墊板摩阻損失試驗具體測試步驟如下：

1)兩端同時充油，油表讀數(shù)值均保持4 MPa，然后將甲端封閉作為被動端，乙端作為主動端，張拉至控制噸位。設(shè)乙端壓力傳感器讀數(shù)為P1時，甲端壓力傳感器的相應(yīng)讀數(shù)為P2，則錨口和錨墊板摩阻損失為：ΔP=P1-P2；以張拉力的百分率表示的錨口和錨墊板摩阻損失為：η=(ΔP÷P1)×100%；2)乙端封閉，甲端張拉，同樣按上述方法進(jìn)行三次，取ΔP和η的平均值；3)兩次的ΔP和η平均值，再予以平均，即為測定值。經(jīng)試驗實測YJM15-7錨具，YJM15-14錨具和YJM15-17錨具的錨口及喇叭口預(yù)應(yīng)力損失分別為6.45%，6.57%和6.34%，設(shè)計值為6%。

2 懸澆段施工

2.1 掛籃結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)該重載鐵路連續(xù)梁的受力分析，考慮到懸澆段的最大梁段重量及其施工荷載，按最不利荷載設(shè)計，經(jīng)相關(guān)計算和驗算后，采用自錨平衡式三角形掛籃。根據(jù)對本橋掛籃的設(shè)計和加工，該連續(xù)梁使用的掛籃由主桁架、底模平臺、模板系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)及走行系統(tǒng)等六大部分組成。該重載鐵路連續(xù)梁施工掛籃的立面及側(cè)面分別如圖1和圖2所示。

2.2 掛籃的試拼、安裝及預(yù)壓

2.2.1 掛籃試拼

該重載鐵路連續(xù)梁施工所用掛籃數(shù)量為2套4個，掛籃在上墩安裝前先在地面試拼，以驗證掛籃各部尺寸是否正確無誤，拼裝精度是否符合要求。

2.2.2 掛籃安裝

掛籃試拼合格后，以及墩頂“0號段”完成并達(dá)到要求，預(yù)應(yīng)力施作及壓漿完成后，采用塔吊進(jìn)行掛籃吊裝。墩兩側(cè)的掛籃對稱同步安裝，嚴(yán)格按設(shè)計要求控制不均衡荷載。

掛籃拼裝程序：走行系統(tǒng)→三角形桁架→錨固系統(tǒng)→底模板→外側(cè)模。

2.2.3 掛籃預(yù)壓

掛籃主桁架和底籃安裝完成后即可進(jìn)行預(yù)壓，以消除結(jié)構(gòu)的非彈性變形，并量測彈性變形。掛籃預(yù)壓采用護(hù)樁上預(yù)埋的連接在掛籃底籃縱梁上的φ15.24鋼絞線進(jìn)行分級張拉預(yù)壓。兩腹板下方各均勻布置5根鋼絞線，兩腹板間共布置6根鋼絞線，一套掛籃共16根鋼絞線。

掛籃預(yù)壓重量以“1號梁段”腹板、底板及混凝土重量的1.2倍為計算依據(jù)，并平均分配到16根鋼絞線上。腹板和底板的模板自重荷載：33.5 m2×100 kg/m2+29.4 m2×80 kg/m2=5 702 kg=57.02 kN；混凝土自重荷載：123.606 m3×2.6 t/m3×1.05×1.1=371.19 t=3 711.9 kN，其中1.05為混凝土超載系數(shù)；1.1為沖擊系數(shù)。每根鋼絞線的最大張拉力為：F=1.2×(3 711.9+57.02)/16=282.67 kN。

采用4臺液壓千斤頂按0，0.5，0.8，1.0，1.2分級同步對稱進(jìn)行張拉預(yù)壓，各級張拉力分別為0 kN，141.33 kN，226.13 kN，282.67 kN，339.20 kN。

每級施壓前后均進(jìn)行了變形觀測，并記錄，且各級施壓之間均穩(wěn)壓一定時間，使各桿件充分變形。鋼絞線張拉力達(dá)到最大張拉力并穩(wěn)壓后進(jìn)行卸載，卸載也按分級同步對稱進(jìn)行，每級卸載后均進(jìn)行了變形觀測，并記錄。

2.3 懸臂灌注法施工

2.3.1 懸臂段立模標(biāo)高控制

在該重載鐵路連續(xù)梁懸灌施工前，根據(jù)施工方案、工藝和工期的要求，模擬施工過程，收集整理有關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)行線型控制軟件，計算梁體在受自重、施工荷載、預(yù)應(yīng)力張拉及預(yù)應(yīng)力損失、混凝土收縮及徐變、體系轉(zhuǎn)換等因素影響下而產(chǎn)生的內(nèi)力和變形，定出各梁段的施工立模標(biāo)高。

2.3.2 鋼筋及波紋管道施工控制

根據(jù)本連續(xù)梁懸臂灌注的施工工藝，其鋼筋及波紋管道的安裝順序如下：先安裝底板端頭模，綁扎底板、腹板鋼筋，并安裝豎向預(yù)應(yīng)力筋、底板波紋管道；待內(nèi)模前移到位后綁扎頂板底層鋼筋，安裝頂板預(yù)應(yīng)力管道，綁扎頂板上層鋼筋，安裝頂板預(yù)埋件。在安裝過程中，出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力管道位置與構(gòu)造鋼筋位置矛盾時，選擇移動構(gòu)造鋼筋的位置。

2.3.3 懸臂灌注混凝土施工控制

在本橋箱梁混凝土的施工控制中，為了使后澆混凝土不引起先澆混凝土的開裂，采用一次澆筑成型，并嚴(yán)格按照底板混凝土凝固以前全部澆筑完畢，達(dá)到了掛籃的變形全部發(fā)生在混凝土塑性狀態(tài)之間的目的，避免了裂紋的產(chǎn)生。

2.4 預(yù)應(yīng)力施工

2.4.1 張拉

按照設(shè)計及施工規(guī)范要求，在梁段混凝土強(qiáng)度和彈性模量達(dá)到設(shè)計要求的指標(biāo)時，先用預(yù)應(yīng)力拉伸機(jī)單根預(yù)張拉后，再用4臺千斤頂兩端對稱張拉。在張拉施工控制中，以張拉噸位控制為主、伸長量校核為輔的控制原則。

2.4.2 孔道壓漿

首先采用真空泵抽吸預(yù)應(yīng)力管道中的空氣,使孔道達(dá)到負(fù)壓0.1 MPa左右的真空度，然后在孔道的另一側(cè)再用壓漿機(jī)以不小于0.7 MPa的正壓力將水泥漿壓入預(yù)應(yīng)力孔道，以提高孔道壓漿的飽滿度，減少氣泡影響。

3 合龍段施工

3.1 支架系統(tǒng)

邊跨及中跨合龍段選擇單只掛籃前伸合龍，底模和側(cè)模系統(tǒng)直接利用掛籃底側(cè)模系統(tǒng)。先合龍兩個邊跨再合龍中跨。

3.2 合龍段鎖定

本重載鐵路連續(xù)梁的合龍段臨時鎖定控制中，邊跨合龍段臨時鎖定采用“外勁性骨架+臨時張拉鋼束”方案，中跨合龍段臨時鎖定采用“內(nèi)勁性骨架+臨時張拉鋼束”方案。在此著重介紹邊跨合龍段鎖定施工控制。

3.2.1 勁性骨架計算

1)Ng=NGμ，其中，Ng為合龍段勁性骨架所受摩擦力;NG為邊跨現(xiàn)澆段自重;μ為模板與混凝土摩擦系數(shù)，取0.15，則Ng=NGμ=0.15×254×10=381 kN；

2)邊跨合龍段勁性骨架采用HW250×250×9×14 H型鋼,每個合龍段設(shè)置4根,每根長3 m，則每根H型鋼勁性骨架所受應(yīng)力σ=N/A=381 000 N/(4×8 998 mm2)=10.58 MPa；

3)材料參數(shù)Q235鋼：[σ]=205 MPa，[τ]=110 MPa，E=2.06×105MPa；所以，安全系數(shù)為205÷10.58=19.8，滿足要求。

3.2.2 臨時鋼束張拉控制

在連續(xù)梁邊跨合龍段勁性骨架焊接鎖定完成后，立即進(jìn)行臨時鋼束的張拉。本邊跨合龍段選擇臨時張拉2T13和2S16縱向預(yù)應(yīng)力束。根據(jù)“3.2.1勁性骨架計算”中得出最大摩擦力為381 kN,故每束鋼絞線張拉到381/4=95.25 kN即可，施工時對四束鋼絞線臨時各張拉到9.525 t的力，待合龍段混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后,再將臨時鋼束2T13和2S16張拉至設(shè)計噸位。

3.3 邊墩支座約束的解除

按照連續(xù)梁設(shè)計要求，邊跨合龍段臨時鎖定后，立即解除邊墩上下支座板臨時錨板約束。

3.4 邊跨合龍段混凝土的澆筑

該重載鐵路連續(xù)梁的邊跨合龍段混凝土澆筑施工，選擇在當(dāng)天溫度最低且澆筑完畢后溫度緩慢上升的時候進(jìn)行，采用微膨脹混凝土，且混凝土強(qiáng)度等級提高一級。邊跨合龍段混凝土澆筑后，嚴(yán)防施工擾動，采用土工布覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)語

本文不僅從0號段、懸澆段以及合龍段的施工過程做了介紹，還分別對“0號段施工”中的“預(yù)應(yīng)力摩阻損失測試”、“懸澆段施工”中的“掛籃預(yù)壓”以及“合龍段施工”中的“邊跨合龍段臨時鎖定”等相關(guān)計算進(jìn)行了分析，為今后相關(guān)重載鐵路連續(xù)梁的掛籃施工控制積累了經(jīng)驗。

[1] TB 10002.3—2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 鐵建設(shè)[2010]241號,鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南[S].

Cantilever construction control of continuous beam suspended basket of heavily loaded railway

Ma Honghao

(ChinaRailway20thBureauGroup4thEngineeringCo.,Ltd,Qingdao266000,China)

Combining with engineering examples, starting from three aspects of No.0 section, suspended-basket-grouting segment and closure segment, the paper illustrates cantilever construction technologies of continuous beam suspended basket of heavily loaded railway, and explores construction quality control measures, which has accumulated experience for similar engineering construction.

heavily loaded railway, suspended basket, cantilever, closure segment

1009-6825(2016)26-0170-03

2014-11-14

馬宏浩(1984- )，男，工程師

U448.214

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