剛構(gòu)連續(xù)梁0號(hào)塊嵌入橫梁施工技術(shù)研究

胡 昊 潘從貴

(1.中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司 武漢 441300； 2.武漢南四環(huán)線高速公路建設(shè)管理有限公司 武漢 441300)

為減少施工干擾，保障施工安全，在跨越既有線時(shí)橋跨經(jīng)常會(huì)設(shè)計(jì)成連續(xù)梁，但因地形地勢(shì)、夾角和跨度的原因，有時(shí)連續(xù)梁的墩柱不得不選用門式墩。

昌贛鐵路堆上特大橋斜跨既有鹽化專用線時(shí)，因下部空間要求和線路整體坡度限制，連續(xù)梁被設(shè)計(jì)嵌入門式墩橫梁中，其0號(hào)塊與門式墩橫梁整體固結(jié)形成剛構(gòu)體系，因而連續(xù)梁0號(hào)塊需與門式墩橫梁整體一次性澆筑?，F(xiàn)場(chǎng)采用鋼管立柱+工字鋼縱梁+貝雷片橫梁的支撐形式，按照先內(nèi)后外，相互穿插的鋼筋安裝順序，實(shí)現(xiàn)連續(xù)梁0號(hào)塊嵌入門式墩鋼筋同步綁扎，分階段施加門式墩橫梁橫向預(yù)應(yīng)力實(shí)現(xiàn)連續(xù)梁與門式墩橫梁之間的預(yù)應(yīng)力優(yōu)化。

1 工程簡(jiǎn)介

堆上特大橋位于江西省樟樹市，以32 m+48 m+48 m+32 m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)連續(xù)梁斜跨既有鹽化專用線，是在建南昌至贛州鐵路客運(yùn)專線全線為數(shù)不多的大跨度剛構(gòu)連續(xù)梁，梁體全長(zhǎng)161.5 m。梁體為單箱單室斜腹板結(jié)構(gòu)，49號(hào)門式剛臂墩構(gòu)造為橫梁順橋向?qū)?.5 m、高3.22 m，橫橋向?qū)?3.8 m，橋墩為矩形墩，順橋向?qū)?.5 m，橫橋向?qū)? m，墩高24.265 m。承臺(tái)順橋長(zhǎng)8.6 m，橫橋向7.9 m。嵌入49號(hào)墩門式墩橫梁0號(hào)段順橋梁長(zhǎng)8 m。門式墩橫梁跨度大(跨度為23.8 m)。

2 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

3 連續(xù)梁0號(hào)塊施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 支架搭設(shè)

3.1.1施工要點(diǎn)

傳統(tǒng)的連續(xù)梁0號(hào)塊施工支架僅需承擔(dān)0號(hào)塊自身重量，而連續(xù)梁0號(hào)塊嵌入門式墩橫梁現(xiàn)澆支架不僅需要承擔(dān)連續(xù)梁0號(hào)塊及門式墩橫梁共同的重量，還要完成既有線跨越。因而必須要求現(xiàn)澆支架具有良好的承重能力與跨越性能。鋼管立柱+工字鋼縱梁+貝雷橫梁的支架形式就同時(shí)具有這2種性能[1]，可以最經(jīng)濟(jì)的方式妥善解決大重量、大跨度跨越營(yíng)業(yè)線安全風(fēng)險(xiǎn)高的問題。

連續(xù)梁0號(hào)塊嵌入門式墩橫梁底模由15 mm 竹膠板及順橋向方木及橫橋向方木組成。順橋向方木間距按貝雷梁間距布置，橫橋向按貝雷梁節(jié)點(diǎn)間距布置。

貝雷梁采用單層加強(qiáng)型，上下設(shè)置加強(qiáng)弦桿；共計(jì)7組，門式墩橫梁下設(shè)置3組，每組5片；連續(xù)梁0號(hào)塊懸挑出門式墩橫梁部分設(shè)置4組，每組3片[2]。每榀貝雷片間設(shè)置橫向支撐架，下弦桿設(shè)置水平支撐架，保證貝雷梁整體穩(wěn)定。支架平面布置如圖2。

圖2 支架平面布置圖(單位：mm)

為保證支點(diǎn)處剪力要求，在縱梁與貝雷梁交點(diǎn)處增設(shè)加強(qiáng)豎桿。加強(qiáng)豎桿采取磨光頂緊的辦法與上下弦桿頂緊，不得采用焊接。

縱梁采用4根I56b工字鋼，與貝雷梁采用U形螺栓連接提供施工平臺(tái)，承受混凝土荷載、模板自重及施工荷載，并將荷載傳遞給立柱；縱梁在位于立柱支撐位置設(shè)置加強(qiáng)筋板。

立柱采用直徑810 mm、壁厚8 mm 鋼管，立柱間設(shè)雙[25b槽鋼連接體系并設(shè)置扶墻桿，保證支架的整體穩(wěn)定。

門式墩橫梁倒角位置單獨(dú)設(shè)置支架支撐，荷載由方木支架傳遞給預(yù)埋在門式墩墩柱中的牛腿。

3.1.2強(qiáng)度驗(yàn)算

利用midas Civil有限元計(jì)算軟件建立支架有限元模型，分別進(jìn)行了支架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算，包括底模系統(tǒng)的竹膠板、方木驗(yàn)算，縱向分配梁和橫梁驗(yàn)算，橫向、縱向聯(lián)結(jié)系及鋼管柱驗(yàn)算，貝雷梁驗(yàn)算；支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算。通過有限元軟件計(jì)算結(jié)果的校核，證明了該支架結(jié)構(gòu)合理的真實(shí)性。

通過上述計(jì)算可以得到如下結(jié)論。

1) 竹膠板在最不利荷載作用下最大正應(yīng)力為5.7 MPa，比容許正應(yīng)力50 MPa??；最大剪應(yīng)力為0.8 MPa，比容許剪應(yīng)力1.25 MPa??；最大撓度為0.24 mm，比容許撓度L/400=200/400=0.5 mm小，且小于1.5 mm，因此，竹膠板滿足強(qiáng)度、剛度要求。

2) 方木在最不利荷載作用下最大正應(yīng)力為4.1 MPa，比容許正應(yīng)力11 MPa??；最大剪應(yīng)力為1.0 MPa，比容許剪應(yīng)力1.25 MPa??；最大撓度為1.47 mm，比容許撓度L/400=600/400=1.5 mm小，且小于1.5 mm，因此，方木滿足強(qiáng)度、剛度要求。

3) 鋼管立柱頂橫向2I56b工字鋼分配梁在最不利荷載作用下最大正應(yīng)力為138.8 MPa，最大剪應(yīng)力為40 MPa，滿足要求，分配梁的撓度也滿足要求。

4) 鋼管立柱之間及其與橋墩之間的聯(lián)結(jié)系在最不利荷載作用下最大正應(yīng)力為142.5 MPa，比Q235鋼材的容許應(yīng)力140 MPa的1.25倍值175 MPa小，滿足要求。鋼管立柱最大應(yīng)力為80.1 MPa，也比Q235鋼材的容許應(yīng)力140 MPa小，滿足要求。

5) 貝雷梁在最不利荷載作用下弦桿、豎桿和斜桿的軸力分別為569，119.6和15.7 kN，桿件軸力分別小于容許的軸力值1 120，210和171.5 kN；貝雷梁的撓度也小于容許撓度值。

6) 該支架在最不利荷載作用下最小穩(wěn)定系數(shù)為5.21，大于5，因此，不會(huì)出現(xiàn)整體失穩(wěn)屈曲現(xiàn)象，該支架是安全的。

3.2 支架預(yù)壓

為保證施工安全、順利進(jìn)行，支架搭設(shè)完畢，底模安裝完成后，必須進(jìn)行預(yù)壓處理，以消除支架非彈性變形，同時(shí)取得支架彈性變形各及非彈性變形的實(shí)際數(shù)值，作為門式墩橫梁立模拋高預(yù)拱值數(shù)據(jù)設(shè)置的參考。

預(yù)壓方法依據(jù)支架正上方梁段混凝土重量分布情況，在搭好的支架上堆放混凝土塊，預(yù)壓重量是門式墩橫梁、0號(hào)塊結(jié)構(gòu)自重及施工荷載總量的1.1倍，預(yù)壓時(shí)間視支架沉降量定，控制支架日沉降量不得大于2.0 mm(不含測(cè)量誤差)。在壓載過程中實(shí)施全天候跟蹤觀測(cè)支架的變形情況并作好記錄，待支架不再發(fā)生沉降、預(yù)壓結(jié)束為止。

整理預(yù)壓結(jié)果記錄，形成一個(gè)總體的結(jié)果分析報(bào)告，通過對(duì)支架變形包括彈性、非彈性變形數(shù)據(jù)的監(jiān)控，將預(yù)壓結(jié)構(gòu)分析報(bào)告中的數(shù)據(jù)用于指導(dǎo)門式墩橫梁施工。

3.3 鋼筋加工及同步安裝

連續(xù)梁0號(hào)塊嵌入門式墩橫梁的鋼筋間距均只有10 cm左右，鋼筋布置相當(dāng)密集，尤其是0號(hào)嵌入橫梁部分的鋼筋，一旦未按正確順序安裝，就會(huì)導(dǎo)致某些部位的鋼筋無(wú)法正常綁扎，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量及施工進(jìn)度。遵循先內(nèi)后外、相互穿插的鋼筋安裝原則，按照連續(xù)梁0號(hào)塊及門式墩橫梁底板筋→連續(xù)梁0號(hào)塊中隔墻筋→橫梁骨架橫向主筋→橫梁內(nèi)0號(hào)塊腹板筋→橫梁內(nèi)0號(hào)塊頂板筋→橫梁骨架箍筋→橫梁外0號(hào)鋼筋的順序依次進(jìn)行綁扎，實(shí)現(xiàn)連續(xù)梁0號(hào)塊嵌入門式墩橫梁鋼筋同步安裝，提高了施工效率。

鋼筋安裝的同時(shí)需要預(yù)埋縱、橫向預(yù)應(yīng)力管道。安裝底板鋼筋時(shí)需要同時(shí)安裝底板縱、橫向預(yù)應(yīng)力管道，由于底板預(yù)應(yīng)力管道縱橫交錯(cuò)，為了避免沖突，須在底板鋼筋上下層間設(shè)架立鋼筋及管道定位鋼筋，確保預(yù)應(yīng)力管道牢靠固定在正確位置。安裝橫梁骨架橫向主筋前完成連續(xù)梁0號(hào)塊腹板、頂板及橫梁橫向預(yù)應(yīng)力束管道安裝。

3.4 預(yù)應(yīng)力管道布置

預(yù)應(yīng)力混凝土門式墩橫梁內(nèi)布設(shè)的預(yù)應(yīng)力束呈拋物線型布置，在橫梁中心處最低，兩端最高，單根預(yù)應(yīng)力束長(zhǎng)度達(dá)到24 m以上。連續(xù)梁0號(hào)塊布設(shè)縱向預(yù)應(yīng)力束，分底板束、腹板束及頂板束，底板束分布在橫梁最下2層橫向預(yù)應(yīng)力束之間。預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)連續(xù)梁0號(hào)塊處預(yù)應(yīng)力束布置見圖3。

圖3 剛構(gòu)連續(xù)梁0號(hào)塊處預(yù)應(yīng)力束布置圖

預(yù)應(yīng)力管道必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)曲線坐標(biāo)精確放樣安裝，接頭處綁扎牢固，用膠布密封。傳統(tǒng)的連續(xù)梁縱向預(yù)應(yīng)力管道定位方法為每間隔50 cm設(shè)置1道定位鋼筋，定位鋼筋應(yīng)與鋼筋骨架綁扎牢靠，確保管道定位準(zhǔn)確。對(duì)于連續(xù)梁0號(hào)塊嵌入門式墩橫梁，門式墩橫梁僅有外層框架鋼筋，定位鋼筋無(wú)法與橫梁外層框架筋進(jìn)行有效連接，傳統(tǒng)的定位方法已不再適用。且橫梁預(yù)應(yīng)力管道長(zhǎng)度大，無(wú)法準(zhǔn)確定位會(huì)嚴(yán)重影響連續(xù)梁0號(hào)塊嵌入門式墩橫梁預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量。針對(duì)此問題，本工法提出在門式墩橫梁內(nèi)定距設(shè)置定位鋼筋網(wǎng)片，利用網(wǎng)格將橫梁內(nèi)的長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力波紋管牢固卡在設(shè)計(jì)位置。尤其在連續(xù)梁0號(hào)塊嵌入門式墩橫梁部位，預(yù)應(yīng)力波紋管布置密集，縱橫交錯(cuò)，設(shè)置預(yù)應(yīng)力束定位鋼筋網(wǎng)片，可避免在施工過程中出現(xiàn)偏位。

3.5 模板安裝

門式墩橫梁及連續(xù)梁0號(hào)塊模板均采用加工成型的鋼模板。橫梁采用平模，0號(hào)塊模板分為內(nèi)模及側(cè)模，0號(hào)塊嵌入門式墩橫梁部位采用整體模板，模板間用螺桿連接。

3.5.1側(cè)模安裝

利用吊車將側(cè)模提升至支架頂與底模板靠緊。側(cè)模吊裝就位后，在側(cè)模翼緣板底設(shè)鋼管支撐。隨后根據(jù)已調(diào)好的底模來調(diào)整側(cè)模高度及垂直度，然后在左右側(cè)模之間穿直徑20 mm的拉桿。為防止漏漿，側(cè)模之間、側(cè)模與底模之間應(yīng)貼雙面膠帶。側(cè)模立好后，在連續(xù)梁0號(hào)塊兩端頭節(jié)段線上立腹板及底板封頭模板，封頭板采用鋼模加工，鋼模上鉆穿鋼筋及穿波紋管的孔道。預(yù)應(yīng)力混凝土門式墩橫梁預(yù)應(yīng)力管道嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙準(zhǔn)確定位。

3.5.2內(nèi)模安裝

連續(xù)梁0號(hào)塊嵌入門式墩橫梁鋼筋綁扎完成，安裝連續(xù)梁0號(hào)塊內(nèi)模。內(nèi)模采用鋼模，與外側(cè)模之間設(shè)對(duì)拉桿，對(duì)拉桿上穿PVC管，底口應(yīng)焊支撐鋼筋，內(nèi)模底口支立在鋼筋上。然后安裝腹板內(nèi)模及頂板內(nèi)模，頂板內(nèi)模支架采用鋼管搭設(shè)，鋼管底支撐在墊塊上，鋼管間距約80 cm，頂部插入可調(diào)頂托，再放置方木。

3.6 混凝土現(xiàn)澆

結(jié)構(gòu)鋼筋布置密集，預(yù)應(yīng)力管道縱橫分布，給連續(xù)梁0號(hào)塊嵌入門式墩橫梁一體化澆筑帶來諸多不便，影響混凝土的流動(dòng)性及振搗效果。本工法提出一種微分層澆筑工藝，有效解決了連續(xù)梁0號(hào)塊嵌入門式墩橫梁部位混凝土振搗難的問題。

澆筑底板混凝土?xí)r，采用微分層，先兩端后中間的順序?qū)ΨQ澆筑。底板厚度80 cm，須分4層澆筑。第一層澆筑15 cm完全覆蓋最底層橫向預(yù)應(yīng)力管道，第二層澆筑20 cm完全覆蓋底板縱向預(yù)應(yīng)力管道，第三層澆筑15 cm完全覆蓋中間層橫向預(yù)應(yīng)力管道，第四層澆筑30 cm完成底板混凝土澆筑。每層澆筑后須及時(shí)振搗密實(shí)，在澆筑上一層時(shí)振搗棒插入下一層深度5～10 cm，預(yù)應(yīng)力管道集中處插入深度不大于5 cm。

澆筑腹板、頂板及門式墩橫梁混凝土?xí)r，同樣采用微分層，先兩端后中間的澆筑順序，橫梁兩側(cè)端頭及0號(hào)塊端頭部分須充分振搗密實(shí)，防止錨墊板處出現(xiàn)脫空。

3.7 預(yù)應(yīng)力施工

3.7.1預(yù)應(yīng)力張拉

連續(xù)梁0號(hào)塊嵌入門式墩橫梁預(yù)應(yīng)力鋼束張拉順序?yàn)橄葟埨瓩M梁預(yù)應(yīng)力束，再?gòu)埨?號(hào)塊縱向預(yù)應(yīng)力束，待施工完指定節(jié)段后，張拉橫梁剩余預(yù)應(yīng)力束。通過縱、橫向預(yù)應(yīng)力共同作用，完成墩梁固結(jié)。采用橫梁預(yù)應(yīng)力束分次異步張拉，改善了連續(xù)梁與門式墩橫梁之間的相互作用效果，解決了橫梁預(yù)應(yīng)力束一次張拉容易造成連續(xù)梁0號(hào)塊頂板橫向負(fù)彎矩過大的問題，提高了施工質(zhì)量。

3.7.2孔道壓漿

孔道壓漿采用真空壓漿工藝。先用真空泵使孔道內(nèi)形成一定的氣壓差，再將水泥漿用壓漿機(jī)壓入孔內(nèi)，使之填滿預(yù)應(yīng)力筋與孔道間的空隙，使預(yù)應(yīng)力筋與混凝土牢固粘結(jié)為一整體[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目施工中，充分發(fā)揮鋼管柱與貝雷梁的力學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)梁0號(hào)塊嵌入門式墩橫梁現(xiàn)澆施工平臺(tái)的合理優(yōu)化，以最小的材料消耗完成了高墩大跨度支架搭設(shè)，節(jié)省材料成本的同時(shí)具有良好的穩(wěn)定性，保證了既有線行車安全。

貝雷梁可場(chǎng)外拼裝場(chǎng)內(nèi)吊裝，節(jié)省了施工要點(diǎn)時(shí)間，縮短了工期。調(diào)整鋼筋安裝順序?qū)崿F(xiàn)連續(xù)梁0號(hào)塊嵌入門式墩鋼筋同步綁扎，提高了施工效率，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

隨著交通建設(shè)的高速發(fā)展，跨既有線橋梁施工日益增多，對(duì)施工質(zhì)量要求也越來越高，在梁內(nèi)增設(shè)預(yù)應(yīng)力束定位鋼筋網(wǎng)片實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力束在大跨度橫梁內(nèi)的準(zhǔn)確定位，利用門式墩橫梁預(yù)應(yīng)力束分次異步張拉，完成門式墩剛構(gòu)預(yù)應(yīng)力體系合理優(yōu)化，提高連續(xù)梁整體施工質(zhì)量，具有良好的社會(huì)效益，可為類似工程提供借鑒。