播丫河特大橋懸澆連續(xù)梁合攏段施工技術探討

賴世英

摘要： 通過播丫河特大橋的施工實例，闡述了掛籃懸澆連續(xù)梁合攏段施工時的力學分析理論依據(jù)及分析過程，合攏段勁性骨架的設計方案及檢算方法，合攏段臨時預應力施加設計，及合攏段施工質量控制要點等。以期能夠給其它相似項目合攏段的施工方案設計起到一些啟示與借鑒作用。

Abstract： Based on the construction example of Daya River Bridge， this paper expounds the theoretical basis and analysis process of mechanical analysis during the construction of cantilever continuous beam closure section， and the design scheme and checking method of stiffness skeleton of closure section， the design of temporary prestressing force in closure section and the key points of construction quality control in closure section etc， in order to provide some inspiration and reference to the construction scheme design of other similar project closure section.

關鍵詞： 連續(xù)梁；掛籃懸澆；合攏段；力學分析；勁性骨架；施工控制要點

Key words： continuous beam；basket cantilever；closing section；mechanical analysis；stiffness skeleton；construction control points

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）19-0125-03

0 引言

合攏段施工是連續(xù)梁掛籃懸澆施工中非常關鍵的一個工序，在連續(xù)梁主梁掛籃節(jié)段澆注完成后均要盡快施做邊跨合攏段及中跨合攏段，使主梁由原在主墩上的雙懸臂靜定結構體系轉化成超靜定的連續(xù)整體結構。連續(xù)梁在體系轉換的過程中，由于砼自重荷載，砼的收縮與徐變，外界溫度變化，墩身沉降及施工荷載等多種復雜因素的共同影響下，使得橋梁結構的內力分布狀態(tài)發(fā)生了變化，內力的不合理重分布往往出現(xiàn)局部應力集中的現(xiàn)象，將嚴重影響連續(xù)梁結構的正常安全使用及梁體的幾何線型。因此連續(xù)梁合攏段施工時須對中邊跨的合攏順序、時間、溫度、勁性骨架方案及鎖定時間等系列問題上進行仔細研究，并科學設計，盡可能使連續(xù)梁建成后結構內力合理分布，增強結構使用的安全可靠性。

1 工程概況

黃桶至織金鐵路播丫河特大橋上構連續(xù)梁全長257.2m，計算跨度為48+2×80+48，箱梁頂建筑總寬7.0m，底寬4.0m。連續(xù)梁跨的主墩為22#、23#、24#，邊跨墩為21#、25#。

中支點處截面梁高6.0m，跨中及邊跨直線段梁高3.3m，梁底下緣按二次拋物線Y=3.3+X2/311.481（m）變化，邊支座中心至梁端0.6m。

中跨、邊跨合攏段長度為2.0m，梁高為3.3m，頂寬7m，頂板厚度40cm，腹板厚度30cm，底板厚度35cm。

2 合攏段施工時結構力學分析

采用先合攏中跨，再合攏邊跨的施工順序。

合攏口設置勁性骨架及施加臨時預應力是為了克服梁體溫差變化產生的軸向力和合攏段砼作用下產生彎矩的不利影響。梁體降溫時，砼發(fā)生收縮變形，對合攏段產生軸向拉力，由此確定臨時預應力的張拉力；梁體升溫時，砼發(fā)生膨脹，對合攏段產生軸向壓力，由此確定剛性支撐的承載斷面尺寸。

為簡化計算，將溫差對梁體產生的軸向力按線性膨脹進行計算，懸臂節(jié)段截面面積按平均值計算。在兩端固結情況下，梁體溫升（或降溫）后產生的軸向力按（1）式進行計算[1]。

式中：N為梁體溫差產生的軸向力；？駐t為升溫（或降溫）值；α為在兩端約束的情況下鋼筋與砼的線膨脹系數(shù)，均為1×10-4；l、lh、lg分別為合攏段長度、懸澆段長和合攏段鋼支撐長度；Eg、Eh分總別鋼筋及砼的彈性模量，本項目C50砼彈性模量為35GPa，鋼筋取值200GPa；Ahi為梁體第i節(jié)段的平均截面面積；lhi為梁體第i節(jié)段的長度。

預計本橋進行邊跨合攏的溫差最大值為15℃（升溫），將本項目數(shù)據(jù)代入式（1）進行計算，得出溫升產生的梁體軸向壓力高達30867kN（計算過程略）。計算所得軸向壓力非常大，通常的型鋼勁性支撐難以承受，因此需對合攏段兩側梁體的約束情況進行調整處理，以確保合攏段的安全施工，這一措施是非常重要，采取的處理措施如下。

當中跨兩處的合攏段鎖定臨時支撐后，立即釋放22#墩和24#墩的多向、縱向支座臨時約束，即使梁體能夠相對22#、24#墩產生滑移，從而大幅減少溫差對梁體產生的內力。完成中跨合攏后拆除22#、23#、24#墩上臨時支座。當邊跨合攏段鎖定臨時支撐后，立即釋放21#、25#墩多向、縱向支座約束。

當合攏段臨時支撐鎖定，解除墩頂支座的臨時約束后，梁體能夠在支座上縱向滑移，則因溫差變化而施加給合攏段的剛性支撐的軸力產生了變化，其最大值由式（2）、（3）進行計算。

上式中：N為溫差產生于合攏段剛性支撐的軸力；f為支座與梁體間的摩阻系數(shù)，取值f=0.03；Q為該支座所承受的梁體重量；Ny為合攏段臨時預應力束的張拉力。

對公式（2）（3）分析可得，施工時要根據(jù)實際情況預測合攏段砼澆灌至砼達到足夠強度時的溫差Δt，計算出降溫對梁體產生的軸向拉力，為滿足砼抗裂要求，需設置臨時預應力束，所需的預應力值Ny=Q×f。

同時根據(jù)預測的升溫差值，先按（1）進行計算，如果計算值大于式（2），則按式（2）計算值進行勁性骨架的承載設計。否則按式（1）算值進行勁性骨架的承載設計。

3 臨時預應力設置計算

本項目在合攏段砼澆灌至砼達到足夠強度時的預測最大降溫溫差Δt為8℃，假設在兩端固結的情況下，按式（1）進行計算，得出降溫對合攏段產生的軸向拉力為N拉=16462.4kN。但合攏段兩側梁體的墩頂縱向約束已解除，降溫時，合攏段承受的最大軸向拉力等于梁與支座的摩擦力[2]：

N拉=27254.5×0.03=817.635KN。

合攏段砼的抗裂安全系數(shù)（Kf）取值為1.2。則臨時預應力值要大于1.2×N拉=1.2×817.635=981.16kN。

連續(xù)梁在底板、頂板處設置的預應力筋為9-15.24mm高強度低松馳鋼絞線，預應力張拉時的控制值為1395MPa，則單根預應力筋張拉力控制值為：3.14×（0.01524/2）2×1395×103=254.3kN。

本項目擬于頂板及底板內各對稱張拉兩孔預應力筋提供合攏段的臨時預應力。則要求單根預應力筋的預張拉值為981.16/（4×9）=27.3kN，實際臨時預應力筋張拉時按單根28kN進行。臨時預應筋張拉力小于控制值，是合理可行的。

4 勁性骨架承載檢算及設置方案

4.1 勁性骨架需承受的升溫壓力計算

根據(jù)南寧地區(qū)在施工期間的氣溫變化情況，及本項目邊、中跨合攏的施工期間氣候情況，并考慮對澆灌的合攏段砼進行灑水降溫等措施的影響，按最大升溫值為Δt=15℃進行計算。

前述經過試算，在不解除墩頂約束的情況下，溫升時于梁體產生的軸向壓力過大，僅通過剛性支撐難以承載，故本項目是邊、中跨合攏施工時，均解除了相應墩頂?shù)募s束，使得溫差引起的部分軸向力因梁體與支座間的滑動而得到釋放。梁體因溫差而產生的軸向應力與梁與支座間的摩擦力相等。本項目中中跨合攏時勁性骨架所承受的升溫壓力為最大，按式（2）進行計算。將各項數(shù)值代入，得：

N=27254.5×0.03+4×28=929.635kN。

4.2 勁性骨架設置方案

本項目邊跨與中跨合攏的勁性支撐結構是相同的，采用體外支撐方式，在箱梁頂板及底板上部各設置2處支撐。每處勁性支撐采用2根[40c槽鋼束構成，槽鋼與箱梁頂板（底板）處預埋的40cm×25cm×2cm鋼板通過焊接連接，同時在槽鋼束兩端設置阻移板，阻移板為預埋在箱梁相應位置的80cm×25cm×2cm鋼板，出露高度為40cm，槽鋼與阻移板間空隙采用合適厚度的鋼板楔緊，阻移板、楔塊相互間焊接固定。每束槽鋼上設置3處24cm×15cm×1cm綴板進行聯(lián)結加固，以使槽鋼鋼束形成穩(wěn)固的支撐整體。

合攏段勁性骨架構造如圖1、圖2、圖3所示。

4.3 勁性骨架承載驗算

本項目邊跨與中跨合攏的勁性支撐結構是相同的，故取上述中跨合攏時的較大值進行安全檢算N=929.635kN。

合攏段勁性骨架支撐采用2[40c槽鋼，[40c槽鋼的相對位置及受力模型如圖3所示。

對槽鋼的驗算如下：

槽鋼[40c截面特性：截面面積A=91.04cm2，每米重量q=71.47kg/m，慣性矩IX=19711.2cm4，IY=687.8cm4。抗壓強度f=170MPa。

組合截面：

IX=2×19711.2=39422.4（cm4）

IY0=2×[687.8+91.04×（8/2+2.42）2]=8880.3（cm4）

因IY

ry=（IY/A）1/2=[8880.3/（2×91.04）]1/2=6.98（cm）

λ=μ×L/ry=1×200/6.98=28.6，查取Φ=0.974

則單個立桿勁性骨架受載能力：

[N]=Φ×A×[f]=0.974×（2×91.04×10-4）×170×106=3014881N=3014.9kN

每個合攏段設置了共有4根組合槽鋼，則總支撐力為：

N=4×3014.9=12060.0kN>929.635kN

即滿足安全，安全系數(shù)k=13.0。

綜上所述，勁性骨架強度滿足要求。

5 施工注意事項和質量控制要點

5.1 施工前準備

合攏段施工前持續(xù)20d對每天各時段氣溫進行測量及記錄，以獲得合攏段施工時的最低溫度和最高溫度，為確定合攏段勁性骨架的安裝鎖定時間，合攏時間及施工時溫度等提供依據(jù)。

5.2 模板及支撐系統(tǒng)

中跨合攏梁段采用合攏吊架法施工，合攏吊架和模板采用施工掛籃的底籃及模板系統(tǒng)。

邊跨合攏段利用現(xiàn)澆段支架。模板同現(xiàn)澆段。

5.3 合攏段的配重及換重

為了確保在合攏段澆注砼時兩側懸臂的豎向不產變形及線形與砼澆注完成后相同，在砼澆注前，每側懸臂端按合攏段砼的50%進行配重。本項目中跨合攏段砼數(shù)量為32.6m3，故每側懸臂端的配重為32.6×26×50%=42.4t。本項目在箱梁端頭處設置水箱進行配重，邊澆筑砼邊卸載配重，本項目分8次均勻卸載，預先在水箱壁上標畫出每次卸載后的水面線，以確保準確卸載。

5.4 勁性骨架鎖定

勁性骨架鎖定前，槽鋼束一端與預埋鋼筋焊接固定，另一端尚處于松動狀態(tài)。至預定的鎖定溫度后，將松動端槽鋼端頭與阻移板間鋼鍥打緊，隨后將槽鋼與預埋鋼板焊接牢固，最后按先底板后頂板的順序張拉臨時預應力筋，完成勁性骨架的臨時鎖定工作。

本橋合攏段的鎖定設計溫度為18～22℃。根據(jù)氣溫的觀測結果，并結合天氣預報情況，于6月5日完成了勁性骨架的鎖定施工。鎖定時間為凌晨1：25～3：10，此時段溫度為當天最低，且變動幅度較小，鎖定溫度為19℃。

5.5 鋼筋綁扎、預應力管道安設

因合攏段結構復雜，且其中的鋼筋及預應力管道密集，進行鋼筋綁扎、預應力管道安設時需嚴控施工質量，確保鋼筋、預應力管道定位準確。

預應力波紋管接口用膠帶嚴密纏繞，以避免砼漿液漏入。澆筑砼時，在波紋管中穿插橡膠條，并派人往復抽動，以確保管道暢通不被漏漿堵塞。

5.6 合攏段砼施工

合攏段砼澆筑需選擇在一天中最低溫度，日氣溫變化幅度較小的時間段內進行，本橋中跨合攏段砼澆筑時間選擇在6月11日清晨1：00至5：00間。實際施工時間為當日1：25～3：50，當時氣溫為18℃。

合攏段砼初凝后，在合攏段梁面上覆蓋兩層濕潤的無紡布。安排專人灑水養(yǎng)護，灑水次數(shù)以梁面保持濕潤為宜，養(yǎng)護時間不得低于14d，當拆除側模、底模、內模后，需立即對外露砼實施灑水養(yǎng)護。

合攏段養(yǎng)護期間，合攏段砼土內部最高溫度不宜超過65℃，砼內部溫度和砼表面溫差、表面與環(huán)境溫差不宜大于15℃，養(yǎng)護用水溫度與砼表面溫差不得大于15℃。

本項目為了確保合攏段砼澆筑質量，提高新舊砼的結合，采用微膨脹砼，將設計砼強度由C50提高至C60。

6 結束語

在進行播丫河特大橋連續(xù)梁合攏段施工時，根據(jù)施工實際溫差情況、梁體結構特點及合攏方案進行力學分析，根據(jù)分析結果，采取了解除部分支座縱向約束的辦法大幅降減低了溫升及溫降產生的壓力一拉力。同時，根據(jù)調整溫升壓力后的實際情況科學設計了勁性骨架方案。并在施工階段精心實施，嚴控質量，圓滿完成施工。

參考文獻：

[1]呂華.馬家湖特大橋連續(xù)梁中跨合攏段施工[J].四川水利，2013（5）.

[2]梁建平.連續(xù)梁體系轉換及合龍段施工技術研究[J].創(chuàng)新與實踐，2014（9）.

[3]建設部.GB 50017-2003，鋼結構設計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2003，12.