滬昆高速鐵路多線變寬道岔連續(xù)梁施工技術(shù)

楊 潤(rùn) 基， 王 煥 強(qiáng)

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 工程概述

上院子變寬多線大橋設(shè)計(jì)里程范圍為：DK437+918.5～DK438+162.65，橋梁孔跨布置為4×32+(32+40+32)m變寬連續(xù)梁。梁體截面類型為單箱多室直腹板等高截面箱梁，防護(hù)墻內(nèi)側(cè)凈寬18.8～24.68 m，橋 面 板 寬 22.04～27.88 m，底板寬16.74～22.58 m；梁體全長(zhǎng)105.1 m，邊支座中心線至梁端距離為0.75 m，橫向支座中心線距為3.27～6.67 m；全梁等高，梁高為3.05 m，頂板厚35 cm ,邊跨端塊處頂板厚度由35 cm漸變至60 cm；底板厚30 cm，邊跨端塊處底板厚度由30 cm漸變至60 cm，腹板厚40～60 cm。梁體混凝土采用C55混凝土澆筑，現(xiàn)澆連續(xù)梁混凝土總方量為2 750 m3。

2 施工重、難點(diǎn)問(wèn)題的控制

根據(jù)施工工期及梁類型特點(diǎn)，該橋第5～7跨為六線變四線道岔連續(xù)梁，橋面寬27.88～22.04 m，梁體全長(zhǎng)105.1 m，箱內(nèi)結(jié)構(gòu)由單箱四室漸變?yōu)閱蜗淙?。結(jié)合上院子大橋所處山區(qū)高墩、高邊坡橋址地形狀況，第5、6跨采用梁柱式支架、第7跨采用滿堂支架相結(jié)合的方案現(xiàn)澆法施工梁部。

為檢查并驗(yàn)證梁柱式支架及碗扣式支架的安全性及整體穩(wěn)定性，為現(xiàn)澆梁施工提供安全及技術(shù)保障，該橋施工的首要重難點(diǎn)控制工作是支架預(yù)壓。由于其基礎(chǔ)受壓后具有一定的沉降，支架桿件之間存在縫隙等非彈性變形。為消除以上非彈性變形，得到實(shí)際的彈性變形用以調(diào)整施工預(yù)留拱度，保證成橋后梁體的線型，必須對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓。

上院子大橋六線變四線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一次性澆筑混凝土方量大，設(shè)計(jì)方案為2 750 m3高性能C55混凝土一次性澆筑。大橋施工現(xiàn)場(chǎng)狹窄，線路左側(cè)臨近舞陽(yáng)河畔，線路右側(cè)為高邊坡、沖溝，需對(duì)設(shè)備的性能、機(jī)械停放及調(diào)頭等進(jìn)行綜合考慮、準(zhǔn)確計(jì)算，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的組織管理要求高。

該橋設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力為全橋通長(zhǎng)張拉，預(yù)應(yīng)力管道線形精度要求高、穿束難度大且需事先先分段澆筑完成后、再進(jìn)行全橋穿預(yù)應(yīng)力穿束，最后再進(jìn)行整體張拉。該梁縱向預(yù)應(yīng)力束最長(zhǎng)達(dá)114.5 m，因此，如何保證預(yù)應(yīng)力管道線性、順利穿束、張拉等的工藝質(zhì)量是其施工的重難點(diǎn)。

3 現(xiàn)澆多線變寬道岔連續(xù)箱梁關(guān)鍵技術(shù)

3.1 支架、模板的施工及靜載預(yù)壓

3.1.1 支架地基的處理

根據(jù)對(duì)該橋所處位置的地質(zhì)資料及靜力觸探數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形地貌，支架基礎(chǔ)處理采用多種方式相結(jié)合(圖1)。4#～5#墩梁柱式支架基礎(chǔ)處于沖溝正中心位置，屬于多年沖積形成的淤泥軟弱地層，采用6根樁徑為1 m、樁長(zhǎng)6 m的鉆孔樁基礎(chǔ)；5#～6#墩之間跨度大，受力最不利，最終采取清除該處約1 m厚的表層土使其底部落到弱風(fēng)化花崗巖上，梁柱式支架基礎(chǔ)采用1.5 m×3 m×20.3 m條帶型擴(kuò)大基礎(chǔ)；6#～7#墩梁底至原地面高度為5 m，原地面為全風(fēng)化花崗巖、地基承載力為200 kPa，采用先回填30 cm厚級(jí)配碎石再澆筑10 cm厚C20混凝土墊層的方式進(jìn)行處理。

圖1 上院子多線變寬大橋支架基礎(chǔ)示意圖

圖2 貝雷梁布置橫斷面圖

3.1.2 支架設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，4#～5#墩、5#～6#墩均采用依墩牛腿支架和6根/組、總計(jì)2組φ350×10 mm獨(dú)立鋼管立柱支撐體系(圖1)，支撐頂部鋪設(shè)321加強(qiáng)型貝雷梁的施工方式(圖2)。為增加獨(dú)立鋼管立柱的整體穩(wěn)定性和折減長(zhǎng)細(xì)比，從地面起間距5 m設(shè)置了一道橫向水平連接并加設(shè)豎向剪刀撐。牛腿支架采用厚12 mm的Q345高強(qiáng)鋼板加工，牛腿主體為矩形空心結(jié)構(gòu)，外側(cè)加設(shè)加勁板并使用10根φ32精軋螺紋鋼加固安裝；6#～7#墩采用60 cm×60 cm×120 cm碗扣式腳手架，大小里程端部4.8 m區(qū)域加強(qiáng)為60 cm×30 cm×120 cm。

(1)貝雷梁支架的檢算。單片貝雷梁的抗彎能力[M]=788 kN·m，抗剪能力[Q]=245 kN。以5#～6#墩間跨度最大，受力最不利。將49塊貝雷梁作為一個(gè)整體進(jìn)行承載力驗(yàn)算。

貝雷梁抗彎能力:

[∑M]=788×49=38 612(kN·m)

抗彎安全系數(shù):

n=[M]/M=38 612/13 277=2.9，安全。

貝雷梁抗剪能力：

[∑Q]=245×49=12 005(kN)

抗剪安全系數(shù)：

n=[Q]/Q=12 005/6 638=1.8，結(jié)構(gòu)安全。

(2)碗扣支架的檢算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 碗扣支架檢算表

3.1.3 支架預(yù)壓

為檢查并驗(yàn)證碗扣式支架的安全性及整體穩(wěn)定性，消除支架體系中節(jié)點(diǎn)縫隙產(chǎn)生的非彈性變形并實(shí)測(cè)支架系統(tǒng)的彈性形變，保證成橋后的線型，對(duì)支架實(shí)施了預(yù)壓。預(yù)壓按照梁體重量的120%分三級(jí)進(jìn)行加載，即0%→60%→100%→120%。為準(zhǔn)確測(cè)量預(yù)壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)，全橋縱橋向在兩端、1/4跨、1/2跨及3/4跨布置了觀測(cè)點(diǎn)。

實(shí)際預(yù)壓試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。通過(guò)對(duì)所取得的預(yù)壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得知：兩種支架形式(梁柱式、碗扣式支架)、三種基礎(chǔ)處理形式(鉆孔樁基礎(chǔ)、條帶型擴(kuò)大基礎(chǔ)、換填夯實(shí))均滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。支架預(yù)壓過(guò)程中預(yù)壓袋的碼放按照梁體的實(shí)際受力情況進(jìn)行碼放，模擬支架實(shí)際荷載的分布情況。

表2 預(yù)壓數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3.2 混凝土澆筑

梁體混凝土采用C55一次澆筑成型，現(xiàn)澆連續(xù)梁混凝土總方量為2 750 m3，澆筑縱向長(zhǎng)度為105.1 m?；炷翝仓鳂I(yè)面大，一次性澆筑方量大，連續(xù)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，混凝土澆筑為該橋施工的重難點(diǎn)。在混凝土澆筑前，進(jìn)行了詳細(xì)的技術(shù)準(zhǔn)備，采用分段、分層推進(jìn)方式澆筑，使用了大量的機(jī)械設(shè)備，并對(duì)混凝土澆筑過(guò)程中的重難點(diǎn)問(wèn)題提出了專項(xiàng)控制措施。

3.2.1 技術(shù)準(zhǔn)備

編制了詳細(xì)的施工方案?；炷翝仓r(shí)，從4#墩端頭開(kāi)始向大里程方向推進(jìn)。澆筑時(shí)采用分層、分段逐步向前推進(jìn)的方式進(jìn)行。水平分層為：第1層底腹板倒角(自內(nèi)箱板內(nèi)向上70 cm)，第2層下腹板(自內(nèi)箱板內(nèi)向上150 cm)，第3層為底板，第4層為上腹板(自內(nèi)箱板內(nèi)向上240 cm)，第5層為頂板。縱向分段：臺(tái)階分層斜向澆筑向前推進(jìn)?；炷料铝蠌母拱逄庍M(jìn)行，第一層厚度為70 cm，澆筑長(zhǎng)度為25 m，第一層澆筑完成靜置2 h后方可澆筑第二層混凝土。

對(duì)施工人員進(jìn)行了詳細(xì)分工，針對(duì)澆筑過(guò)程中的混凝土作業(yè)、生產(chǎn)運(yùn)輸、測(cè)量、物資設(shè)備、安全質(zhì)量、技術(shù)指導(dǎo)、施工用電用水、混凝土性能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、后勤保障等分別安排專職人員全過(guò)程跟蹤。

3.2.2 混凝土澆筑重難點(diǎn)問(wèn)題的控制

(1)腹板處混凝土振搗。由于腹板處較為狹窄(40～60 cm)且向內(nèi)側(cè)傾斜并預(yù)埋有大量的預(yù)應(yīng)力波紋管，波紋管之間邊到邊的距離較小，故在澆筑混凝土?xí)r應(yīng)嚴(yán)格控制振搗棒的插入方式，避免其直接接觸波紋管而造成波紋管變形等重大質(zhì)量事故。具體的處理方式：①振搗時(shí)可根據(jù)腹板傾斜度在波紋管之間進(jìn)行振搗。②由于保護(hù)層較小模板和鋼筋之間距離有限，保護(hù)層采用φ30振搗器進(jìn)行振搗。

(2)金屬波紋管的防堵措施。為了防止金屬波紋管滲漏水泥漿造成的封堵，在混凝土澆筑過(guò)程中，對(duì)未穿鋼絞線的底板束在混凝土澆筑過(guò)程進(jìn)行通水并保證其在澆筑過(guò)程中水流通暢，對(duì)已穿束的腹板束則在其兩端加設(shè)拉動(dòng)設(shè)備(卷?yè)P(yáng)機(jī)或手拉葫蘆)對(duì)鋼絞線進(jìn)行緩慢地來(lái)回拉動(dòng)。

(3)預(yù)埋件的防護(hù)。預(yù)埋件包括泄水管、通風(fēng)孔、接地鋼筋、梁面預(yù)埋套筒、預(yù)埋接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)。在混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制振搗距離，避免振搗棒和預(yù)埋件直接接觸而造成預(yù)埋件移位或偏位等。同時(shí)，在預(yù)埋件安裝時(shí)，對(duì)相對(duì)薄弱的通風(fēng)孔與泄水孔內(nèi)部灌砂并需采用鋼筋網(wǎng)片固定牢靠，必要時(shí)采用螺旋筋定位加固，其他預(yù)埋設(shè)施的定位由于其本身可與梁體鋼筋進(jìn)行焊接，能夠確保定位牢靠。

(4)芯模內(nèi)部的降溫措施。由于混凝土在澆筑過(guò)程中不停地產(chǎn)生水化熱，且其芯模內(nèi)部較為封閉，故在澆筑期間，芯模內(nèi)部的溫度必然很高，為了保證在其內(nèi)部工作的施工人員人身安全，在兩側(cè)各設(shè)置了1臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)對(duì)芯模內(nèi)部實(shí)施通風(fēng)降溫，從而保證了梁體混凝土澆筑的順利進(jìn)行。

3.3 預(yù)應(yīng)力張拉

(1)波紋管定位。該梁縱向預(yù)應(yīng)力束最長(zhǎng)達(dá)114.5 m，波紋管在空間結(jié)構(gòu)中多角度轉(zhuǎn)點(diǎn)，轉(zhuǎn)折角度共計(jì)38個(gè)(圖3)。

圖3 1/2預(yù)應(yīng)力平彎豎彎大樣圖

為確保波紋管的安裝精度，該橋預(yù)應(yīng)力管道采用坐標(biāo)法控制，即將波紋管每個(gè)轉(zhuǎn)點(diǎn)相對(duì)于梁端的里程、相對(duì)于底板中心的偏距、相對(duì)于梁底板的高程形成坐標(biāo)表，標(biāo)記每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，順接兩個(gè)相鄰坐標(biāo)點(diǎn)，并在直線段間隔0.5 m設(shè)置一次定位鋼筋，曲線段間隔0.3 m設(shè)置一次定位鋼筋。

(2)預(yù)應(yīng)力張拉。預(yù)應(yīng)力束最長(zhǎng)的為W1束，全長(zhǎng)114.5 m，鋼束的伸長(zhǎng)量為305.36 mm，錨外控制應(yīng)力為1 333.2 MPa，W1束為15股、直徑為15.24 mm的鋼絞線，鋼絞線截面面積為140 mm2，彈性模量為195 GPa。施工使用的450 t穿心式千斤頂?shù)淖畲笮谐虨?00 mm，現(xiàn)場(chǎng)采用雙頂張拉法和倒頂張拉法分別進(jìn)行試驗(yàn)后確定的施工方式見(jiàn)表3～5。

表3 千斤頂校驗(yàn)參數(shù)表

雙頂張拉法：采用兩個(gè)千斤頂疊加的方式進(jìn)行張拉，1#頂0 →初始應(yīng)力(0.2倍σcon) (持荷5 min 錨固)→回頂→0→0.6σcon(持荷5 min 錨固) →2#頂0→1σcon(持荷5 min 錨固)(表4)。

倒頂張拉法：0 →初始應(yīng)力(0.2倍σcon) →0.3σcon(持荷5 min 錨固)→回頂→0→0.6σcon(持荷5 min 錨固) →回頂→0→1σcon(持荷5 min 錨固)(表5)。

表4 雙頂疊加法張拉試驗(yàn)記錄表

表5 倒頂法張拉試驗(yàn)記錄表

試驗(yàn)結(jié)果：雙頂疊加法最終伸長(zhǎng)量為305.4 mm和305.46 mm，安裝在同一組的兩個(gè)壓力表讀數(shù)在持荷5 min后其讀數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。倒頂張拉法最終伸長(zhǎng)量為308.16 mm和307.2 mm，油表讀數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。綜合比較兩種張拉方法，雙頂疊加法伸長(zhǎng)量和油表讀數(shù)更為滿足設(shè)計(jì)要求，而倒頂張拉法當(dāng)油表讀數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，伸長(zhǎng)量超出設(shè)計(jì)范圍，判定為超張拉。

通過(guò)施工前的張拉試驗(yàn)，準(zhǔn)確地分辨出兩種張拉方法之間存在的差異，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工質(zhì)量控制提供了依據(jù)，最終現(xiàn)場(chǎng)采用雙頂疊加張拉法施工。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)上院子道岔連續(xù)梁多種基礎(chǔ)處理形式、多種支撐形式相結(jié)合的施工方式進(jìn)行深入研究，對(duì)混凝土澆筑各個(gè)工序進(jìn)行詳細(xì)安排，加之預(yù)應(yīng)力體系的雙頂張拉法、倒頂張拉法的試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用，為該梁的安全、優(yōu)質(zhì)、按期施工提供了重要的保證，并為后續(xù)連續(xù)梁支撐體系優(yōu)化提供了依據(jù)，為大體積復(fù)雜結(jié)構(gòu)混凝土澆筑建立了管理范本，對(duì)超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力管道施工明確了施工方法。