高速鐵路大節(jié)段連續(xù)梁施工關(guān)鍵技術(shù)

王亞鵬

（北京鐵城建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，北京 100855）

1 引言

連續(xù)梁橋是上部結(jié)構(gòu)由連續(xù)跨過3 個(gè)以上支座的梁作為主要承重結(jié)構(gòu)的橋梁，此類橋在恒載作用下，由于支點(diǎn)負(fù)彎矩卸載作用，跨中最大正彎矩顯著減小，屬于超靜定結(jié)構(gòu)，施工中每個(gè)墩臺(tái)上只需設(shè)一個(gè)支座，節(jié)省材料、接縫少、行車平順，因此，對(duì)高速列車運(yùn)行有利，特別適用于橋梁跨度較大的情況，相較于簡支梁橋更加經(jīng)濟(jì)、美觀。

2 工程概況

桃江水庫大橋，位于贛州市信豐縣境內(nèi)，全長405.14 m，全橋孔跨布置為：24 m+32 m+（60+100+60）m+32 m+24 m+32 m+24 m，采用三向預(yù)應(yīng)力體系，其中，DK77+006.5 ～DK78+307.8 段跨越桃江水庫，跨越河面寬度約316 m，設(shè)計(jì)水位174.53 m，最大水深15 m。

本橋2#～5#墩上部結(jié)構(gòu)設(shè)置為（60+100+60）m 連續(xù)梁，一聯(lián)全長221.5 m，主梁為一個(gè)中跨兩個(gè)邊跨結(jié)構(gòu)，共43 個(gè)節(jié)段，主跨連續(xù)箱梁采用掛籃懸臂法施工，連續(xù)梁0#塊、邊跨直線段（11#梁段）采用支架法施工[1]。

兩個(gè)T 構(gòu)主墩每墩施工0#～9#節(jié)段，邊跨現(xiàn)澆段A11#段長15.75 m，中跨合龍段和邊跨合龍段為10#節(jié)段，長2 m，0#塊長14 m，其余節(jié)段長分別為4 m、6×5 m，共2 類。0#塊混凝土方量為433.3 m3，A1、B1 懸澆節(jié)段最大混凝土方量為99 m3，主梁混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)為C50。

3 桃江水庫大橋大節(jié)段關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 墩梁臨時(shí)固結(jié)

對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，為使0#塊能承受兩側(cè)懸臂施工時(shí)產(chǎn)生的不平衡力矩和梁體重量，將0#塊與墩頂預(yù)埋鋼筋臨時(shí)固結(jié)，澆筑C50 混凝土組成臨時(shí)支座，與支架共同構(gòu)成0#塊受力體系。

桃江水庫大橋單個(gè)主墩前后共設(shè)置4 個(gè)臨時(shí)支座，臨時(shí)支座等高布置在頂帽上，緊鄰永久支座兩側(cè)箱梁腹板處，臨時(shí)支座設(shè)計(jì)為長方體，尺寸279.5 cm×60 cm，采用預(yù)埋φ32 mm（HRB400 螺紋鋼）作為錨固筋，鋼筋深入墩頂及梁體長度不小于1 000 mm，外側(cè)保護(hù)層厚度不小于35 mm，錨固筋單根長度及臨時(shí)支座高度根據(jù)實(shí)際墊石高度+支座高度可適當(dāng)調(diào)整。通過BIM 可視化技術(shù)模擬布置鋼筋及臨時(shí)支座位置并精確定位，可避免錨固鋼筋與梁體鋼筋、橫向預(yù)應(yīng)力筋空間相碰，施工中提前調(diào)整鋼筋位置，橋墩施工時(shí)，準(zhǔn)確預(yù)埋豎向連接鋼筋、設(shè)置水平鋼筋網(wǎng)，豎向連接鋼筋安裝的隔離套管嚴(yán)密不漏漿，滿足墩頂梁段與橋墩的臨時(shí)固結(jié)并符合設(shè)計(jì)要求[2]。

拆除臨時(shí)支墩時(shí)，將梁底下5 cm 與墩頂上10 cm 處混凝土鑿除后，可直接切除臨時(shí)支墩連接筋，鋼筋切除后澆筑高強(qiáng)混凝土，不影響墩頂、梁底混凝土外觀質(zhì)量且無鋼筋外露。

3.2 支架設(shè)計(jì)及預(yù)壓

桃江水庫大橋0#塊支架設(shè)計(jì)為鋼管樁支撐，采用張拉鋼絞線方式進(jìn)行支架預(yù)壓，施工前，通過對(duì)主墩0#塊支架建立結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算靜載、活載及荷載組合，分析支架應(yīng)力、位移、穩(wěn)定性，檢算鋼管樁立柱應(yīng)力、雙拼主分配梁應(yīng)力、次分配梁、抱箍應(yīng)力、對(duì)拉桿應(yīng)力，使得鋼管樁支撐強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

如圖1 所示，連續(xù)梁主墩（3#及4#墩位）0#塊采用橫向4 排×縱向5 列的φ630 mm×10 mm 鋼管樁支撐，鋼管柱支架間連接體系由[16 槽鋼橫向平連，I32a 槽鋼進(jìn)行縱連，鋼管樁底部與橋梁承臺(tái)預(yù)埋厚度2 cm 鋼板連接，鋼板采用φ25 mm 鋼筋，兩端設(shè)彎鉤滿焊，埋入深度80 cm，墩身預(yù)埋30 cm×30 cm×1 cm 鋼板，作為支架附墻錨固體系，組成整體支架體系。

如圖2 所示，為消除支架及地基非彈性變形，以支架彈性變形值作為施工預(yù)留拱度的依據(jù)，鋼管樁支架按照施工總荷載的60%、100%、120%分三級(jí)加載進(jìn)行反力預(yù)壓（見表1），加載順序沿線路方向模擬混凝土澆筑順序，由懸臂端向墩頂進(jìn)行，每級(jí)加載完靜壓后進(jìn)行變形觀測。支架預(yù)壓荷載全部加載完成后持壓24 h，觀測頻率為1 次/h，當(dāng)相鄰兩次觀測累計(jì)變形量平均值之差小于1 mm 時(shí)，認(rèn)為支架預(yù)壓已達(dá)穩(wěn)定，卸載順序按加載順序反向進(jìn)行，逐級(jí)卸載并記錄變形量。

圖2 反拉預(yù)應(yīng)力索立面圖、側(cè)面圖

圖1 主墩0 號(hào)塊支架布置圖（單位:m，1∶1）

預(yù)壓荷載= 梁體自重+ 模板荷載=7 913.8 kN，選用φ15.2 mm 低松弛鋼絞線， 截面積A=140 mm2， 標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度R=1860 MPa，最大張拉力fpk=RA=1 860×140/1 000=260.4 kN，傳力錨固時(shí)，鋼絞線控制應(yīng)力σp=0.65fpk=0.65×260.4=169.26 kN。

表1 預(yù)壓荷載計(jì)算數(shù)據(jù)表

通過各級(jí)荷載下支架變形值，消除非彈性變形，測出彈性變形，繪制沉降量觀測曲線、彈性變形曲線，從而確定立0#塊底模標(biāo)高。支架變形及地基壓縮總量δ 根據(jù)式（1）計(jì)算：

式中，δ 為支架變形及地基壓縮總量；δ1為箱梁自重產(chǎn)生的彈性變形量；δ2為支架彈性變形量；δ3為支架拼裝的非彈性變形量；δ4為支架基礎(chǔ)地基的彈性變形量；δ5為支架基礎(chǔ)地基的非彈性變形量。

通過反力預(yù)壓，可以消除δ3、δ5的影響，在底模安裝時(shí)，其預(yù)拱度的設(shè)置按Δ=δ1+δ2+δ4計(jì)算，在模板高程控制時(shí)加入預(yù)拱度數(shù)值，對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁張拉時(shí)易起拱, 預(yù)拱度的設(shè)置可適當(dāng)減小[3]。

預(yù)拱量采用厚度分別為1～10 mm 薄鋼板支墊底模橫梁進(jìn)行調(diào)整。

3.3 掛籃拼裝及預(yù)壓

掛籃拼裝及預(yù)壓圖如圖3 所示。桃江水庫大橋采用菱形掛籃施工，每只掛籃設(shè)計(jì)質(zhì)量為95 953.5 kg，掛籃體系由菱形主桁架承重系統(tǒng)、吊掛平衡系統(tǒng)、模板及施頂系統(tǒng)、走行及錨固系統(tǒng)、底模前后操作平臺(tái)系統(tǒng)5 部分組成，掛籃除符合強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性要求外，還滿足掛籃總重與梁段混凝土重量比值在0.3～0.5，掛籃在施工時(shí)總重量控制在不超過設(shè)計(jì)重量的10%，且不超過限重[3]。

掛籃使用前，經(jīng)制造、施工、監(jiān)理、監(jiān)測、設(shè)計(jì)、建設(shè)六方對(duì)掛籃的制作和安裝質(zhì)量聯(lián)合驗(yàn)收，并完成走行性能試驗(yàn)和靜載試驗(yàn)，現(xiàn)場控制在無風(fēng)或微風(fēng)時(shí)均勻同步走行掛籃，掛籃與兩片主桁保持同步，移動(dòng)速度為10 cm/min，通過專家對(duì)掛籃論證評(píng)審，認(rèn)為掛籃滿足施工安全要求。在每節(jié)段施工前，先預(yù)壓掛籃消除掛籃加載狀態(tài)的非彈性變形和測定掛籃的彈性變形值，準(zhǔn)確控制箱梁懸澆段立模標(biāo)高。

圖3 掛籃拼裝及預(yù)壓圖

掛籃預(yù)壓壓重為懸臂梁段質(zhì)量（最重梁段質(zhì)量為257.4 t）的1.2 倍。預(yù)壓加載采用堆載預(yù)壓鋼筋混凝土塊方式進(jìn)行，按最大施工荷載的60%、100%、120%，卸載的順序分三級(jí)加載，每級(jí)加載完成后持荷12 h，觀測顯示非彈性壓縮基本消除，卸載時(shí)按加載順序反向卸載[4]，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.4 施工監(jiān)測

懸臂澆筑中，因受結(jié)構(gòu)剛度、梁段重量、施工荷載、混凝土收縮徐變、溫度和預(yù)應(yīng)力等因素影響，完成靜定結(jié)構(gòu)到超靜定結(jié)構(gòu)的體系轉(zhuǎn)換，必須通過施工監(jiān)測及時(shí)糾正偏差，控制節(jié)段間高程、軸線偏差及預(yù)拱度，通過華東交通大學(xué)線形監(jiān)測人員現(xiàn)場量測，北京鐵城監(jiān)理對(duì)線形量測結(jié)果和立模標(biāo)高進(jìn)行最終確認(rèn)。

本橋施工中監(jiān)測內(nèi)容有：主梁平面線形、各節(jié)段不同時(shí)期撓度（模板定位、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉前、預(yù)應(yīng)力張拉后）、同跨兩邊對(duì)稱截面相對(duì)高差、多跨線形、結(jié)構(gòu)幾何形狀等，分別計(jì)算各施工梁段計(jì)算撓度值、立模標(biāo)高、中線位置[5]，在懸澆過程中，計(jì)算箱梁懸澆過程中理論撓度，僅計(jì)算主墩半跨即可，各施工階段理論撓度計(jì)算結(jié)果見表3，表中撓度值為各觀測點(diǎn)相對(duì)于墩頂?shù)膿隙?。撓度表中正?shù)表示節(jié)點(diǎn)本階段撓度相對(duì)于上階段撓度變形向上，負(fù)數(shù)表示節(jié)點(diǎn)本階段撓度相對(duì)于上階段撓度變形向下。

表3 張拉施工理論計(jì)算變形監(jiān)測記錄表

3.5 摩阻損失測試

引起混凝土連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)力損失的因素很多，包括鋼絞線與管道之間的摩阻、錨頭變形、鋼絞線回縮及松弛、混凝土彈性壓縮及收縮徐變、鋼絞線與錨圈口及喇叭口的摩阻、預(yù)應(yīng)力筋張拉程度及方法等，為使預(yù)應(yīng)力張拉順序和張拉值符合設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場通過測試實(shí)測預(yù)應(yīng)力筋彈性模量和預(yù)應(yīng)力管道、錨口、喇叭口預(yù)應(yīng)力損失值，最終確認(rèn)預(yù)應(yīng)力筋張拉理論伸長值，作為與預(yù)應(yīng)力筋張拉實(shí)際伸長值對(duì)比的依據(jù)，本橋在完成張拉、錨固試驗(yàn)、摩阻試驗(yàn)后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司和北京鐵城贛深鐵路監(jiān)理3 標(biāo)項(xiàng)目部共同確認(rèn)后，判定設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力參數(shù)不需要做調(diào)整。

3.6 合龍

按照先邊跨，再中跨的合龍順序，3#A10 節(jié)段于2020 年8月16 日合龍，4#A10 節(jié)段于8 月25 日合龍，中跨B10 節(jié)段9月8 日凌晨3 點(diǎn)合龍。邊跨合龍段采用井字形吊架法施工，中跨合龍時(shí)一側(cè)掛籃后退，另一側(cè)掛籃前移，形成合龍吊架。設(shè)計(jì)合龍溫度21.3 ℃，實(shí)測合龍溫度21.3 ℃，遵循“設(shè)計(jì)低溫灌注，既拉又撐還抗剪”的合龍?jiān)瓌t，合龍前進(jìn)行臨時(shí)“鎖定”。合龍時(shí)，在兩預(yù)埋鋼板之間設(shè)置連接型鋼，連接型鋼布置在箱梁體外，勁性骨架采用預(yù)埋鋼板+連接型鋼+預(yù)埋鋼板結(jié)構(gòu)，其斷面面積及支承位置根據(jù)鎖定設(shè)計(jì)確定。

配重水箱根據(jù)澆筑進(jìn)程持續(xù)排水，合龍混凝土在初凝前完成灌注，及時(shí)進(jìn)行混凝土保溫保濕養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)語

鐵路大節(jié)段連續(xù)梁懸臂施工時(shí)，根據(jù)實(shí)際掛籃變形、臨時(shí)荷載、環(huán)境溫度等情況和實(shí)測已完梁段變形情況，對(duì)每節(jié)梁段理論立模標(biāo)高進(jìn)行修正，完成連續(xù)梁施工應(yīng)力和應(yīng)變監(jiān)測，施工過程中注意混凝土接縫處理、預(yù)應(yīng)力管道三維定位、孔道排氣孔設(shè)置、梁體混凝土振搗及養(yǎng)護(hù)、掛籃橫梁及主桁超聲波B級(jí)探傷、銷軸及鋼吊帶連接、合龍口臨時(shí)鎖定、體系轉(zhuǎn)換與支座反力調(diào)整等重點(diǎn)環(huán)節(jié)控制，安全方面需在后錨位置設(shè)置保險(xiǎn)裝置，現(xiàn)場利用反壓梁和精軋螺紋鋼錨固在走道梁上，掛籃走行時(shí)保證螺紋筋垂直受力。掛籃穩(wěn)定不變形是混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量合格的前提，混凝土質(zhì)量是施工安全和后期運(yùn)營安全的有力保證。