大跨度剛構(gòu)連續(xù)梁臨時(shí)支座及體系轉(zhuǎn)換施工技術(shù)

劉俊斌

（中鐵二十局集團(tuán)第一工程有限公司，陜西 西安 215151）

1 工程概況

南龍鐵路閩江特大橋位于福建省南平市境內(nèi)，橋梁全長(zhǎng)1066.41m，橋梁跨越峰福鐵路、閩江及朱熹路。此橋16#～20#墩為主橋范圍，主橋長(zhǎng)度555m，為孔跨（118+216+138+83）m不對(duì)稱雙線剛構(gòu)連續(xù)梁，主跨216m，為目前鐵路同類型剛構(gòu)連續(xù)梁世界最大跨度。17#、18#墩水中主墩高59.5m，為固結(jié)剛構(gòu)墩；19#墩為次主墩，連續(xù)墩，墩高53m，為圓端型空心墩；16#邊墩高61m；20#橋臺(tái)位于九峰山1#隧道進(jìn)口。箱梁為變截面預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱形梁，單箱單室直腹板，箱梁底緣按圓弧曲線進(jìn)行過(guò)渡。19#墩0#段長(zhǎng)13m，箱梁中支點(diǎn)處梁高9.5m，合攏段高7.5m，頂寬12.0m，底寬9.2m，頂板厚62cm，腹板由55～150cm變化，底板由52～180cm變化。19#墩0#段長(zhǎng)度13m，C55混凝土511.3m3，0#段懸挑出墩身部分長(zhǎng)3.7m。0#段小里程方向?yàn)?#～8#段懸灌段，節(jié)段長(zhǎng)度為7×4m+4.5m+2m（合攏段）；大里程方向?yàn)?#～12#段懸灌段，節(jié)段長(zhǎng)度為7×4m+4.5m+2×5m+2m（合攏段）。箱梁與橋墩采用兩個(gè)球形支座連接，支撐墊石大小250cm×250cm，箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系，梁體縱坡為0%，橫坡0.8%。

2 施工方案及關(guān)鍵技術(shù)

19#次主墩為連續(xù)墩，小里程方向懸灌段為1#～8#段，懸灌至8#墩時(shí)進(jìn)行138m次中跨合攏，大里程懸灌段為1#～10#段，即小里程138m次中跨合攏后，大里程再懸灌9#～10#段，然后進(jìn)行83m合攏，故19#墩為非對(duì)稱懸灌梁連續(xù)墩。采用三角裝配式托架+碗扣支架澆筑施工，外模采用掛籃定型鋼模板，內(nèi)模采用大塊組合鋼模，底模采用竹膠板，0#段混凝土一次澆筑成型。閩江特大橋非對(duì)稱結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 臨時(shí)支座及體系轉(zhuǎn)換落梁措施設(shè)計(jì)

19#墩連續(xù)梁設(shè)置4個(gè)臨時(shí)支座，臨時(shí)支座縱橋向間距為3.0m，橫橋向間距為4.5m，以永久支座對(duì)稱布置。臨時(shí)支座采用混凝土+硫磺砂漿結(jié)構(gòu)形式，在支座墊石前后兩側(cè)分別設(shè)置截面尺寸為250cm×70cm現(xiàn)澆混凝土塊做臨時(shí)支座，連續(xù)梁箱體與臨時(shí)支墩相接部位布設(shè)2層縱橫Φ12@10cm的鋼筋網(wǎng)片；臨時(shí)支座中心高度86cm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，在臨時(shí)支座豎向中間位置設(shè)置厚度為8cm硫磺砂漿層作為體系轉(zhuǎn)換落梁措施，硫磺砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M30；臨時(shí)支座設(shè)置Φ32精軋螺紋鋼筋做臨時(shí)錨固措施，單個(gè)臨時(shí)支座設(shè)置23組精軋螺紋鋼筋，每組2根，共46根，4個(gè)臨時(shí)支座共184根；錨固精軋螺紋鋼筋下料長(zhǎng)度為4.5m，在墩身及梁體內(nèi)錨固長(zhǎng)度均為1.8m，上下錨固端均上精軋螺帽增加錨固效果；臨時(shí)支墩錨固精軋螺紋鋼筋橋墩托盤頂帽施工時(shí)預(yù)埋，并與箱梁底錨固，以抵抗懸灌梁施工過(guò)程中的不平衡彎矩；在硫磺砂漿層內(nèi)布置電阻絲，通電接頭露外，待箱梁合龍后，切割臨時(shí)支墩豎向錨固鋼筋，通電熔化硫磺砂漿，使箱梁重量全部落在永久支座上，完成體系轉(zhuǎn)換。臨時(shí)支座及體系轉(zhuǎn)換措施結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。

圖1 閩江特大橋橋跨結(jié)構(gòu)圖

2.2 臨時(shí)支座設(shè)計(jì)驗(yàn)算

圖2 臨時(shí)支座及體系轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖3 臨時(shí)支座硫磺砂漿電熱管設(shè)置結(jié)構(gòu)圖

臨時(shí)支座截面尺寸為250cm×70cm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，硫磺砂漿強(qiáng)度等級(jí)M30（設(shè)計(jì)計(jì)算抗壓強(qiáng)度取30/1.5=20MPa）。為確保施工安全，受力計(jì)算時(shí)，箱梁合攏前所有荷載均由臨時(shí)支座承擔(dān)，永久支座不考慮受力。抵抗不平衡彎矩錨固力由臨時(shí)支座錨固筋承擔(dān)。

（1）臨時(shí)支座截面強(qiáng)度檢算。箱梁未完成體系轉(zhuǎn)換前，永久支座不受力，梁體0#段至合攏段總荷載全部由臨時(shí)支座承擔(dān)，梁體預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土容重取26kN/m3。

梁段自重產(chǎn)生荷載（0#、1#～8#段及合攏段）G1=（125.9+121.8+116.2+114.4+108.6+101.3+93+10 0.6+42.8）×2+511.3=2360.5t=61360kN。施工人員、機(jī)械設(shè)備及材料等施工荷載，取梁體重量的10%。即G2=G1× 10%=61360×10%=6136kN。臨時(shí)支座承擔(dān)的總荷載G=G1+G2=61360+6136=67496kN。故單個(gè)臨時(shí)支座所承擔(dān)的荷載N=G÷4=67496÷4=16874kN。

臨時(shí)支墩混凝土抗壓強(qiáng)度計(jì)算?；炷了惺軌簯?yīng)力：

故臨時(shí)支座抗壓強(qiáng)度滿足要求，采用M40硫磺砂漿落梁滿足要求。

（2）精軋螺紋鋼筋錨固力檢算。梁體施工過(guò)程存在不平衡力矩，需對(duì)梁體進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)，精軋螺紋鋼筋僅考慮受拉，不考慮受壓，以承受豎向荷載及抵抗連續(xù)粱懸澆施工時(shí)的不平衡力矩。每個(gè)臨時(shí)支座設(shè)計(jì)46根Φ32精軋螺紋鋼筋錨固，鋼筋截面面積A=802.4mm2，設(shè)計(jì)強(qiáng)度值fpy=830N/mm2。精軋螺紋筋錨固應(yīng)力按照設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%計(jì)算。計(jì)算模型如圖4所示。

式中,l和w分別是樣本長(zhǎng)度(l=80 mm)和寬度(w=10 mm)。具有碳纖維織物(Mm=1.888%)和無(wú)碳纖維織物(Mm=2.850%)的石墨復(fù)合材料的擴(kuò)散率分別為1.90×10-5 mm2/s和2.93×10-5 mm2/s。水分含量隨時(shí)間的變化可以表示為:

圖4 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型圖

以最不利組合計(jì)算臨時(shí)支座錨固鋼筋抗不平衡彎矩能力，圖中A、D點(diǎn)距離支點(diǎn)最遠(yuǎn)，根據(jù)力平衡原理，錨固筋錨固力相對(duì)支點(diǎn)產(chǎn)生的彎矩：

能抵抗最距離支點(diǎn)最遠(yuǎn)處A、D點(diǎn)產(chǎn)生最大不平衡力：

梁體臨時(shí)錨固滿足要求，安全可靠。為確保施工安全，梁體要求對(duì)稱施工，減小不平衡彎矩。精軋螺紋鋼筋錨固長(zhǎng)度按照錨固于C30混凝土計(jì)算：l=45d=45×32=1440mm，本設(shè)計(jì)錨固長(zhǎng)度為1.8m，上下端均上精軋螺母增加錨固效果，確保安全可靠。

根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB 10002.1-2005），計(jì)算現(xiàn)澆箱梁抗風(fēng)荷載能力。

2.3 臨時(shí)支座施工

臨時(shí)支座總高度為86cm，分3層次澆筑，第1層次澆筑C30混凝土35cm，第2層次澆筑M40硫磺砂漿8cm，第3層次澆筑C30混凝土43cm。在硫磺砂漿層內(nèi)布置電阻絲，單個(gè)臨時(shí)支座內(nèi)水平鋪設(shè)4套，上下位置為硫磺砂漿層厚中間位置，通電接頭露外，設(shè)計(jì)電熱管功率為2500W，通電電壓為220V，套管為銅管，保證正在通電的情況下電阻絲不能燒斷。電熱管通電線路全部采用并聯(lián)方式連接。

（1）臨時(shí)支座錨固鋼筋預(yù)埋。臨時(shí)支座錨固鋼筋每?jī)筛唤M，單個(gè)支座23組，共計(jì)46根。預(yù)埋時(shí)，必須進(jìn)行準(zhǔn)確的放樣，設(shè)置定位鋼筋，保證精軋螺紋鋼筋的錨固長(zhǎng)度和垂直度滿足設(shè)計(jì)要求。為方便切除精軋螺紋鋼筋方便，精軋螺紋鋼筋緊靠臨時(shí)支座外邊緣，可以不留鋼筋保護(hù)層，必須保證預(yù)埋垂直度。為增大安全系數(shù)，確保錨固效果，精軋螺紋鋼筋上下兩端頭設(shè)置螺母；精軋螺紋鋼筋預(yù)埋時(shí)，杜絕采用電焊作業(yè)，防止電焊燒傷精軋螺紋鋼筋。

（2）臨時(shí)支座混凝土澆筑。臨時(shí)支座水泥混凝土按常規(guī)施工進(jìn)行澆筑，混凝土分兩次澆筑，模板采用鋼模板，注意預(yù)留電熱管安裝孔洞。采用插入式振搗棒振搗，首次混凝土澆筑完成后表面需拉毛處理，保證硫磺砂漿層與混凝土面結(jié)合密實(shí)。第二次混凝土必須待硫磺砂漿層凝固并冷卻后方可澆筑，臨時(shí)支座混凝土頂面高程等同對(duì)應(yīng)梁底高程，混凝土表面拉毛處理，確保梁底混凝土與臨時(shí)支座結(jié)合密貼。

（3）硫磺砂漿澆筑施工。硫磺砂漿具有硬化快、早強(qiáng)、施工方便、經(jīng)濟(jì)安全等優(yōu)異性。硫磺砂漿澆筑是臨時(shí)支座施工的重要環(huán)節(jié)，施工時(shí)嚴(yán)格按配合比進(jìn)行施工。硫磺砂漿的熬制方法如下：①先將硫磺打成2～5cm的小塊，按比例稱好分批放入鍋中，加熱130～150℃熔化，邊熔邊放邊攪，注意防止局部過(guò)熱，以達(dá)到充分脫水的目的。②硫磺脫水后，分批將已攪拌均勻的130℃烘干細(xì)骨料、水泥放入鍋中不斷攪拌、脫水，混合均勻；注意要嚴(yán)格控制熬制溫度，一般為140～170℃，最高不超過(guò)180℃，熬制1～2h。③待硫磺砂漿熬制均勻、顏色一致、汽泡完全消失時(shí)，即可澆注，澆注溫度應(yīng)保持在135～145℃。不合格可重新熬制，在二次熔化時(shí)可外加5%～10%的硫磺。④硫磺砂漿質(zhì)量鑒定。在140℃時(shí)，澆入“8”字型抗拉試模中，觀察其冷卻時(shí)應(yīng)無(wú)涌泡、凹陷、不密實(shí)、分層現(xiàn)象，將其打斷觀察，其頸部斷面內(nèi)，肉眼看可見(jiàn)小孔多于5個(gè)，說(shuō)明熬制時(shí)間不夠，通常延長(zhǎng)熬制時(shí)間，直到眼見(jiàn)小孔小于或等于5個(gè)為止。

（4）體系轉(zhuǎn)換過(guò)程。待懸灌梁全橋合攏達(dá)到體系轉(zhuǎn)換條件后，首先采用風(fēng)鎬鑿除臨時(shí)支座外壁混凝土，鑿除高度約20cm，完全外露豎向精軋螺紋鋼筋，采用氣割切除豎向精軋螺紋鋼筋，切除精軋螺紋鋼筋上下切口距離不少于10cm，保證體系轉(zhuǎn)化時(shí)的落梁是兩切口面不能接觸；然后接通電阻絲電源（注意采用并聯(lián)連接線路），熔化硫磺砂漿，通電熔化時(shí)間約6h，硫磺砂漿完全熔化，落梁到位，使箱梁重量全部落在永久支座上，完成體系轉(zhuǎn)換；最后采用風(fēng)鎬鑿除臨時(shí)支座剩余混凝土或采用繩鋸切除，清理殘余硫磺砂漿及混凝土塊，對(duì)梁體與臨時(shí)支座接觸相應(yīng)位置進(jìn)行必要的修飾處理。

3 施工質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)

（1）精軋螺紋錨固鋼筋預(yù)埋。精軋螺紋鋼筋必須按設(shè)計(jì)位置準(zhǔn)確固定牢固，不得電焊燒傷，保證垂直度。

（2）硫磺砂漿澆筑。嚴(yán)格按設(shè)計(jì)配合比澆筑，澆筑過(guò)程中避免混入雜質(zhì)，基層表面應(yīng)晾干、烘干或用熱風(fēng)器吹干；用的粉料和細(xì)砂必須炒干后使用，并保證出鍋溫度為130～150℃，出鍋前應(yīng)進(jìn)行溫度檢查。熬制時(shí)間應(yīng)充分，澆注前應(yīng)對(duì)熔化物進(jìn)行外觀檢查，以不出現(xiàn)明顯氣泡即可。澆注溫度應(yīng)保持在135～145℃，不合格可重新熬制。

（3）硫磺砂漿澆筑需待第一層混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后再進(jìn)行澆筑，第三次混凝土需待硫磺砂漿完全冷卻后方可澆筑。

（4）電熱管水平設(shè)置并必須安放在硫磺砂漿層的層中間位置，外露電極需采取保護(hù)措施，涂抹黃油，防止電極折斷和銹蝕。

（5）體系轉(zhuǎn)換落梁前，必須確保豎向精軋螺紋鋼筋切斷，并仔細(xì)檢查精軋螺紋鋼筋上下切除口的間距不得少于10cm，處于“自由狀態(tài)”，防止精軋螺紋鋼筋未切除或間隙不夠，導(dǎo)致落梁時(shí)精軋螺紋鋼筋集中束受壓應(yīng)力頂傷梁底混凝土。

4 施工安全及防毒措施

（1）起重吊裝等特種作業(yè)人員必須經(jīng)過(guò)相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行培訓(xùn)考核合格，取得特種作業(yè)操作證后，才能上崗作業(yè)。

（2）硫磺砂漿熬制過(guò)程中，由于硫磺的受熱不均及熬制溫度不夠可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生大量的有毒氣體SO2。因此在熬制過(guò)程中，施工人員應(yīng)佩帶防毒口罩、防毒服等以防中毒，并應(yīng)保證施工場(chǎng)地通風(fēng)良好。

（3）通電熔化硫磺砂漿過(guò)程中，由于硫磺熔化、燃燒，產(chǎn)生大量的有毒氣體SO2，值班旁站人員應(yīng)佩帶防毒口罩、防毒服等以防中毒，加強(qiáng)通風(fēng)。

（4）箱梁體系轉(zhuǎn)換及鑿除臨時(shí)支座施工過(guò)程中，屬于高空作業(yè)施工，施工人員必須正確系好安全帶、佩戴安全帽及穿防滑鞋，確保施工安全。同時(shí)做好用電安全措施工作，由專業(yè)電工進(jìn)行用電線路連接及檢查，確保線路正確，通電過(guò)程中技術(shù)人員及電工現(xiàn)場(chǎng)旁站，確保落梁順利。

5 結(jié)束語(yǔ)

臨時(shí)支座設(shè)計(jì)及施工是大跨度剛構(gòu)連續(xù)梁施工的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)工程實(shí)例，采用水泥混凝土與硫磺砂漿組合，預(yù)埋設(shè)置精軋螺紋鋼筋抵抗施工不平衡力錨固措施，預(yù)埋電熱管做臨時(shí)支座落梁措施。精軋螺紋鋼筋具有強(qiáng)度高、施工方便、錨固性能好的優(yōu)點(diǎn)，硫磺砂漿具有硬化快、高早強(qiáng)、可熔性好、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。剛構(gòu)連續(xù)梁懸臂施工安全可靠，落梁及體系轉(zhuǎn)換平衡同步，有效確保了施工質(zhì)量，而且落梁速度快、省工省力、功效高，經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益明顯。文章研究對(duì)類似工程起借鑒作用。