大跨度預應力混凝土框架墩結構受力特性及施工措施

袁書強

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西 太原 030024）

大跨度預應力混凝土框架墩結構受力特性及施工措施

袁書強

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西 太原 030024）

在橋梁工程施工建設中，大跨度預應力混凝土框架墩結構是一種常用的下部結構形式。以實際工程為例，首先對大跨度預應力混凝土框架墩受力特性進行分析，并對施工中改善框架墩結構受力的方法進行分析，然后對大跨度預應力混凝土框架墩結構的施工措施進行分析和探討。

預應力混凝土；框架墩結構；碗扣支架搭設

1 工程概況

新建濟青高速鐵路跨海青鐵路特大橋286～288號墩跨天然氣管道里程為 DK265+740.27～DK265+781.67，286～288號墩采用3個門式框架墩2～20 m簡支箱梁跨越天然氣管道。286～288號框架墩基礎為直徑1.25 m和1 m的鉆孔樁，樁長24.5 m，共計34根；承臺結構平面尺寸采用9.1 m× 5.7 m，7.6 m×4.8 m兩種，高度均為3 m，與天然氣管道邊沿最近距離5.1 m；框架墩墩柱為2.8 m× 2.8 m的方形立柱，墩高11 m；框架墩采用后張法預應力橫梁，橫梁尺寸為3.1 m×3.2 m×24.4 m，其凈跨為21 m，橫梁預應力鋼絞線采用雙端同步張拉。樁基和承臺采用C35混凝土，橫梁及立柱頂部1.5 m采用C50混凝土，立柱頂部1.5 m以下部分采用C45混凝土，封錨采用C50補償收縮混凝土。

2 受力特點及改善措施

2.1 受力特點

2.1.1 框架整體剛度分配的影響

一般來說，框架墩墩梁連接構造主要是墩梁鉸接、墩梁固結。在進行墩梁固結時，墩柱和蓋梁之間的相對剛度會對整體荷載的分配造成比較大的影響[1]。如果橋墩剛度比較大，那么蓋梁受到的彎矩會比較?。蝗绻麡蚨談偠缺容^小，那么蓋梁受到的彎矩會比較大。

2.1.2 空間受力體系

對于大跨度預應力混凝土框架墩來說，除了需要承受順橋向荷載，還需要承受自身平面內的荷載效應，因此需要對框架墩的空間受力情況進行分析。

2.1.3 基礎剛度的影響

在框架墩設計過程中，如果基礎剛度過大，會使墩柱驗算無法通過，影響蓋梁設計的安全性；相反，如果樁基剛度模擬值過小，亦會使蓋梁驗算無法通過，影響墩柱的結構安全性。

2.2 改善措施

在大跨度預應力混凝土框架墩施工和運營過程中，受蓋梁上部恒、活載支反力、蓋梁自重、預應力鋼束等因素的影響，在邊墩柱柱頂位置會產生偏向內側的水平位移，后期收縮徐變會使用此變形進一步加大，從而使邊墩產生偏位，影響邊墩受力情況[2]。為了使結構受力情況得以改善，可以在施工時向邊墩施加一個向外的水平頂推力，從而將上述因素造成的邊墩水平位移抵消掉，降低邊墩柱底彎矩效應。

3 框架墩結構施工技術

3.1 承臺的施工

286～288號框架墩的承臺分別開挖深度是6.2 m、4.9 m和6.5 m，承臺距離天然氣管道約為5.5 m，承臺基底超過地下水位，以粉質粘土為主，通過計算得出：選用放坡開挖方式完成承臺的施工，基坑開挖施工后需馬上進行臨時防護，并安排相關人員開始施工，2#加工廠內統(tǒng)一加工的承臺鋼筋在運送至現(xiàn)場后進行綁扎成型，并進行立柱鋼筋的預埋設。承臺模板為定型鋼模板，一次性完成澆筑施工。

3.2 立柱的施工

立柱施工前期，需使用全站儀完成立柱中心和輪廓的放線，并清除承臺頂面墩柱預設范圍內的浮漿，及時進行連接鋼筋的整修。施工選用兩排碗扣式腳手架，控制腳手架步距為60 cm，高程至墩柱模板頂端距離不低于50 cm，并布設防護網(wǎng)。立柱模板采用了定型大塊鋼模板，標準節(jié)和調整節(jié)分別是2 m和1 m，使用25 t吊車完成立柱模板單塊的吊裝，因立柱鋼筋密集度較高，結合混凝土自由落體高程不超過2 m，故選用翻模法完成立柱施工。當完成立柱鋼筋2 m的綁扎后，需安設第一節(jié)2 m模板，后澆筑第一層混凝土。當混凝土強度＞2.5 MPa時，采用人工鑿毛，之后進行第二節(jié)段的鋼筋綁扎施工，并安設第二節(jié)2 m模板；當混凝土強度＞2.5 MPa后，進行人工鑿毛及清潔表面浮漿，而后拆卸第一節(jié)2 m模板，保留第二節(jié)2 m模板，接著綁扎第三層3 m節(jié)鋼筋，安設模板后澆筑混凝土，完成施工后實時對立柱混凝土灑水養(yǎng)護。

3.3 搭建支架

圖1 現(xiàn)澆支架正面布局圖（單位：cm）

3.4 安設橫梁

橫梁長4.5 m，使用3根40b工字鋼并焊形成。橫梁吊裝施工前，需將40b工字鋼焊接成橫梁體，之后準確標注鋼管柱頂端的橫梁位置，使用人工和吊車配合完成橫梁安裝。工字鋼吊裝后滿焊將橫梁底端和鋼管柱頂板進行連接。貝雷梁由雙排加強型貝雷片組合而成，控制貝雷梁和橫梁間距為30～45 cm，使用標準桿件完成其連接，詳細布局圖如圖2。當完成貝雷梁的安裝后，使用吊車進行31根分配梁的吊裝，分配梁布局間隔為60 cm，長5 m。分配梁吊裝前，使用墨線或粉筆準確標出貝雷梁上分配梁的位置，選用人工和吊車配合的方式完成分配梁安裝。

圖2 現(xiàn)澆支架平面布局圖（單位：cm）

3.5 搭建碗扣支架

結合立桿和橫桿的設計要求，由底部至頂部依次完成立桿和橫桿的安裝，安裝時要控制立桿始終位于墊塊中心。通常先完成一個作業(yè)面底端的立桿和部分橫桿的安設，后逐層進行安設，并安設所有橫桿，待完成立桿和橫桿的安設后進行斜撐桿的安設，以此保障支架結構穩(wěn)定。使用48 mm鋼管和扣件連接斜撐，安設時連接結構需盡量布設于框架節(jié)點上，并于碗扣支架的立桿頂端布設頂托，頂托超出梁高度不超過25 cm；于頂托上順著蓋梁橫向和縱向布設2層方木，并調平，控制上層方木間距為30 cm；于方木上端安設橫梁底模，并搭建上層鋼管的防護欄桿，施工平臺搭設于上層防護欄桿和橫梁底模之間。

3.6 支架的預壓施工

為減少基礎沉降和支架變形給現(xiàn)澆橫梁結構帶來的影響，需于底模和支架結構搭設完工后及時進行支架的預壓。使用砂袋完成支架預壓，控制單個砂袋重量約1 t，總重需超過橫梁總重的1.2倍，預壓前需完成砂袋稱重，為防止雨水對砂袋的影響，雨天時需用防水篷布覆蓋砂袋。預壓加載順序如下：

（1）加載順序：預壓加載按照（荷載總重）0→60%→100%→120%→100%→60%→0完成砂袋的加載和卸載，并及時測量和記錄每個級別下荷載觀測點的變形值，卸載原則是分層逐級卸載。

（2）預壓觀測：觀測點設于L/4、L/2跨處，以及墩部處，每組測點包括左右兩點，觀測標需固定于點位處。加載前、加載60%、100%、120%時，分別測量1次，后間隔3 h測量一次，詳細記錄各測點的數(shù)據(jù)值。壓重1 d后再次測量各測點數(shù)據(jù)，若最后兩次沉降量平均值不超過2 mm則可卸載。

3.7 穿束、張拉施工

橫梁鋼絞線穿束方法采用鋼套牽引法，穿束時選用膠帶裹纏鋼絞線頭，防止絞線頭鉤掛。張拉施工前，需認真檢驗張拉設備，標定合格后可投入施工。嚴格按照設計圖紙要求和相關規(guī)范完成張拉施工，張拉前需清除管道中的積水和雜物。使用4臺千斤頂由兩端分別進行左右對稱的同步張拉施工，張拉順序為0→0.1δk(做伸長量標記)→δk（靜停5 min）→補拉δk（測伸長量）→錨固。

張拉時要張拉和伸長值測量同步開展，使用應變和應力同時控制的方式進行張拉施工過程的控制，控制理論伸長值和設計伸長值誤差不超過6%，張拉時要統(tǒng)一指揮，若出現(xiàn)異常情況需馬上終止。完成張拉后24 h內要檢驗有無斷絲、滑絲現(xiàn)象的發(fā)生。

3.8 孔道的壓漿處理

張拉施工完成后，需在2 d內完成管道的壓漿操作。壓漿操作前期需保障管道壓漿流暢，與孔壁及漿液的結合性非常好，使用高壓水完成孔道沖洗，采用真空灌漿方式完成灌漿施工。管道壓漿施工時，拌和和壓漿需同步開展，當新鮮水泥漿經(jīng)由出口冒出，與已壓漿注的稠度一樣時可停止作業(yè)[3]。此過程需控制水泥漿攪拌停止至壓入管道的間隔在40 min內，水泥漿液的質量要求密實飽滿，完成壓漿后需進行封錨混凝土的施工。

3.9 卸架施工

當?shù)谝慌A應力施工完工，且壓漿強度滿足設計需求后，可進行支架的拆卸作業(yè)，拆卸支架的順序是先跨中后兩邊，均勻拆卸，盡可能控制兩側支架拆卸進程一致，并合理安置拆卸的支架。

4 結語

綜上所述，本文以實際工程為例，對大跨度預應力混凝土框架墩結構受力特征進行分析，然后對大跨度預應力混凝土框架結構的施工技術進行了分析和探討，工程施工后施工質量達到了預期要求，值得類似工程借鑒和參考。

[1]JTG D63-2012,公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范[S].

[2]余江.高速公路大跨徑框架墩的設計研究[J].公路交通科技，2011(03)：56-58.

[3]萬明.剛度在框架墩計算中的影響[J].鐵道勘察，2010(09)：129-131.

廣東梅大高速公路梅州東環(huán)支線項目開工，預計2020年建成通車

廣東梅大高速公路梅州東環(huán)支線項目已全面開工，預計將于2020年建成通車。梅大高速公路梅州東環(huán)支線項目起點位于梅州市梅縣區(qū)丙村鎮(zhèn)丙村互通立交，與梅大高速公路相連，終點位于城東鎮(zhèn)竹洋互通立交，與天汕高速公路相接。路線全長15.08 km,全線雙向4車道，設計速度100 km/h。項目于2017年7月全面開工建設,預計2020年底全線建成通車。

該項目的建設將使梅州環(huán)城高速閉合成環(huán)，與梅大高速公路、長深高速公路及濟廣高速公路共同構筑粵東地區(qū)及粵東北地區(qū)的高速公路通道，進一步完善區(qū)域高速公路網(wǎng)。

U445

B

1009-7716（2017）09-0117-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.09.034

2017-05-02

袁書強（1980-），男，山西太原人，工程師，從事預應力混凝土施工技術工作。