跨既有線高鐵大跨窄幅變截面轉(zhuǎn)體梁施工技術(shù)

巨斌如

(中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司 山東青島 266555)

1 工程概況

高鐵上跨既有線鐵路一般采用連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工，轉(zhuǎn)體梁跨度大多在100 m左右，商合杭高鐵是華東第二通道，西苕溪特大橋跨既有宣杭鐵路，設(shè)計(jì)為(72＋128＋72)m連續(xù)梁，與運(yùn)營(yíng)線最小距離僅3.36 m，主跨梁底距離營(yíng)業(yè)線軌面高度分別為8.6 m和9.43 m，采用轉(zhuǎn)體法施工[1]，轉(zhuǎn)體角度 14°30′～18°44′，轉(zhuǎn)體總重7 500 t。

該橋主跨連續(xù)梁緊鄰既有宣杭線，為變截面連續(xù)梁，箱梁施工周期長(zhǎng)、難度大，既有線行車(chē)防護(hù)及施工安全風(fēng)險(xiǎn)高。橋梁全長(zhǎng)273.5 m，橋面寬7.4 m，梁體寬度小，相較于一般施工的轉(zhuǎn)體梁跨度較大、截面較窄[2-3]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，轉(zhuǎn)體梁寬跨比大多在0.13～0.56之間，本橋的寬跨比為0.058，轉(zhuǎn)體過(guò)程中需針對(duì)該“細(xì)長(zhǎng)”結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體分析，對(duì)施工及監(jiān)控方法進(jìn)行優(yōu)化，確保橋梁轉(zhuǎn)體符合設(shè)計(jì)要求。

為保證營(yíng)業(yè)線運(yùn)營(yíng)安全和減少施工對(duì)營(yíng)業(yè)線行車(chē)的影響，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)設(shè)在墩身與基礎(chǔ)間，0＃段和邊跨段采用支架法現(xiàn)澆，其他梁段采用掛籃法順鐵路方向澆筑，兩“T”構(gòu)同步轉(zhuǎn)體跨中合龍，該轉(zhuǎn)體梁梁體寬度小，跨度大、作業(yè)機(jī)械多、程序復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)高。轉(zhuǎn)體施工平面示意見(jiàn)圖1。

圖1 轉(zhuǎn)體施工平面示意

2 輕型可調(diào)內(nèi)模架掛籃設(shè)計(jì)施工

本連續(xù)梁頂板厚45 cm，腹板厚45～90 cm，局部加厚至160 cm，底板厚49～150 cm，為單箱單室薄壁板結(jié)構(gòu)，施工中掛籃重量控制尤為重要。掛籃采用鋼梁桁架結(jié)構(gòu)[4-5]，主承重結(jié)構(gòu)底部框架主要是橫梁和縱梁，見(jiàn)圖2。主受力構(gòu)件均為Q345型鋼加工，螺栓連接，便于吊裝；同時(shí)通過(guò)對(duì)構(gòu)件受力計(jì)算進(jìn)行了截面尺寸優(yōu)化，大大減輕了掛籃結(jié)構(gòu)自重，掛籃總重68.2 t/幅，最大節(jié)段梁重為177.2 t，掛籃與現(xiàn)澆混凝土重量比為0.38，實(shí)現(xiàn)了掛籃輕量化，既滿足了節(jié)段施工要求，又減輕了對(duì)薄壁板結(jié)構(gòu)的壓力。

圖2 掛籃結(jié)構(gòu)

2.1 變截面箱梁整體內(nèi)模架設(shè)計(jì)

一般情況下變高度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁截面變化通過(guò)頂板、底腹板外部加厚，內(nèi)部空間保持不變，掛籃施工內(nèi)模固定于掛籃內(nèi)滑梁上，掛籃前移過(guò)程中內(nèi)模隨掛籃一起前移。西苕溪特大橋?yàn)橛行Ы鉀Q跨越既有線凈空和大跨度問(wèn)題，變截面設(shè)計(jì)采用頂板、底板、腹板局部?jī)?nèi)側(cè)厚度增加，梁體內(nèi)截面隨梁外截面變化而變化，施工中箱梁內(nèi)模寬度變化需通過(guò)相應(yīng)的工藝工裝不斷變化以滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也導(dǎo)致施工難度加大，若采用掛籃內(nèi)?，F(xiàn)拼或改裝，工藝繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力成本高。研究設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)整體內(nèi)模，解決內(nèi)模整體滑移問(wèn)題，做到分階段隨時(shí)可調(diào)勢(shì)在必行。

為解決此問(wèn)題，在普通連續(xù)梁內(nèi)?；A(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，利用掛籃內(nèi)側(cè)上導(dǎo)梁作為架體承重滑移梁，增加側(cè)模拉滑裝置、對(duì)拉調(diào)節(jié)油缸和限位螺栓結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)截面變化，達(dá)到內(nèi)模半自動(dòng)伸縮，限位器實(shí)現(xiàn)模板加固和結(jié)構(gòu)尺寸定型。

內(nèi)模架由頂板承重滑道、內(nèi)模變形架、側(cè)模拉滑油缸、側(cè)模和架體承重滑梁五部分組成(見(jiàn)圖3)，頂板承重滑道安裝在箱梁內(nèi)頂板下方架體承重滑梁上，滑梁上設(shè)內(nèi)模變形架，承重滑道上安裝水平液壓千斤頂，頂板和底板需要加厚時(shí)設(shè)豎向液壓千斤頂，變形架外側(cè)安裝內(nèi)模，實(shí)現(xiàn)箱梁內(nèi)模無(wú)拆卸調(diào)整。

圖3 連續(xù)梁輕型可調(diào)內(nèi)模架

2.2 內(nèi)模架技術(shù)原理

輕型可調(diào)內(nèi)模架固定放置于掛籃內(nèi)滑梁上方，整體跟隨掛籃移動(dòng)。內(nèi)模架的調(diào)節(jié)由6片單獨(dú)可調(diào)變形架實(shí)現(xiàn)，單榀變形架由兩片架體組成，架體上下各設(shè)一排寬度調(diào)節(jié)孔，寬度調(diào)節(jié)孔采用螺栓連接構(gòu)成適合寬度的單榀變形架改變架體寬度，見(jiàn)圖4。

圖4 單榀變形架分解及組裝示意

架體兩側(cè)與側(cè)模連接通過(guò)鉸接連接，側(cè)模懸臂形成轉(zhuǎn)動(dòng)軸。通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)和松緊拉滑裝置進(jìn)行側(cè)模閉合，見(jiàn)圖5。

圖5 變形架轉(zhuǎn)動(dòng)側(cè)模收縮示意

在梁段混凝土澆筑前，腹板鋼筋綁扎過(guò)程中，側(cè)模拉滑裝置收緊，內(nèi)側(cè)模處于收縮狀態(tài)，為鋼筋綁扎提供操作空間，鋼筋綁扎完畢后，放松拉滑裝置，對(duì)拉桿固定側(cè)模，關(guān)模澆筑混凝土。

3 連續(xù)梁梁體懸灌施工

在既有線一側(cè)進(jìn)行轉(zhuǎn)體梁施工，采用懸臂澆筑法施工。每節(jié)段混凝土先澆底板、腹板，后澆頂板，一次澆筑成形。連續(xù)梁掛籃工藝流程:澆筑0＃段→0＃段掛籃拼裝(預(yù)壓)→1＃(1′＃)段澆筑→掛籃前移、調(diào)整、錨固、內(nèi)模架調(diào)整→下一梁段澆筑→依次循環(huán)各段懸臂灌注→拆除掛籃。

0＃段采用現(xiàn)澆支架法施工，在承臺(tái)上搭設(shè)螺旋管立柱支架，型鋼簡(jiǎn)支梁式支架體系，完成0＃梁體混凝土施工。梁段混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%以后，張拉預(yù)應(yīng)力束并待孔道內(nèi)水泥漿初凝后拼裝掛籃，進(jìn)入循環(huán)懸澆梁段施工。掛籃全封閉防護(hù)，為確保營(yíng)業(yè)線行車(chē)安全，在靠近營(yíng)業(yè)線一側(cè)設(shè)2 m高密目鋼絲防拋網(wǎng)，?48鋼管作為橫豎肋，鋼管底部與梁體預(yù)埋鋼筋連接牢固。

4 大跨窄幅轉(zhuǎn)體梁轉(zhuǎn)體

轉(zhuǎn)體梁在轉(zhuǎn)體過(guò)程中由于轉(zhuǎn)體系統(tǒng)制作及安裝誤差，主梁現(xiàn)澆混凝土施工差異等因素，橋梁上部結(jié)構(gòu)對(duì)球鉸中心存在偏心，會(huì)產(chǎn)生不平衡力矩。本轉(zhuǎn)體梁與一般施工的高鐵轉(zhuǎn)體梁相比較，跨度較大而截面較窄，更加趨向于細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)體過(guò)程中如何對(duì)不平衡力矩控制確保轉(zhuǎn)體過(guò)程中的穩(wěn)定尤為突出。

轉(zhuǎn)體連續(xù)梁的轉(zhuǎn)體控制技術(shù)關(guān)鍵在于稱(chēng)重試驗(yàn)[6]，合理的配重計(jì)算不僅可以準(zhǔn)確測(cè)試轉(zhuǎn)體梁兩端不平衡力矩、偏心距和球鉸靜摩擦系數(shù)，為橋梁正式轉(zhuǎn)體提供精準(zhǔn)化控制依據(jù)，也可使轉(zhuǎn)體到位后的橋梁施工效果更好地滿足設(shè)計(jì)要求。

4.1 稱(chēng)重試驗(yàn)

稱(chēng)重試驗(yàn)在上部構(gòu)造箱梁施工完畢，轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)臨時(shí)固結(jié)完全解除后和試轉(zhuǎn)前進(jìn)行，主要包括:轉(zhuǎn)動(dòng)體(含預(yù)配重)部分的不平衡力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)體部分的偏心距、轉(zhuǎn)體球鉸的摩阻力矩及摩擦系數(shù)、轉(zhuǎn)體梁的配重建議實(shí)施方案、配重效果分析。

轉(zhuǎn)體梁計(jì)算梁重7 500 t，球鉸采用鋼球鉸[7-8]，轉(zhuǎn)動(dòng)半徑7.77 m，千斤頂距中心距離約為4.25 m，靜摩阻系數(shù)通過(guò)實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)并考慮一定的富余量，支撐千斤頂采用4臺(tái)500 t千斤頂，每側(cè)2臺(tái)對(duì)稱(chēng)布置，智能位移計(jì)設(shè)于千斤頂對(duì)側(cè)滑道處，位移傳感器同側(cè)上承臺(tái)處水平設(shè)百分表，確保轉(zhuǎn)體精度[9-10]。見(jiàn)圖6所示。

圖6 千斤頂、傳感器布置示意

4.2 配重設(shè)置及效果分析

本梁體為單線箱梁，線路為直線，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)施工中，球鉸下埋設(shè)傳感應(yīng)力計(jì)，分析應(yīng)力在解除臨時(shí)固結(jié)前、解除后的變化，發(fā)現(xiàn)橋梁縱橋向存在不平衡力矩，橫橋方向不平衡力矩幾乎為零。所以，試驗(yàn)各項(xiàng)參數(shù)收集、分析傾向于縱橋方向。

對(duì)64＃墩稱(chēng)重試驗(yàn)進(jìn)行理論分析和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 64＃墩稱(chēng)重試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，配重方案如下:在縱向中跨大里程方向，距離轉(zhuǎn)動(dòng)中心40 m處采用混凝土預(yù)制塊進(jìn)行配重；考慮荷載的分布效應(yīng)配重重量為13.0 t。同理，經(jīng)測(cè)定65＃墩配重設(shè)置在邊跨大里程一端，計(jì)算配重為16.0 t，設(shè)于距轉(zhuǎn)動(dòng)中心距離40 m位置。

通過(guò)監(jiān)測(cè)配重、試轉(zhuǎn)前后相關(guān)參數(shù)變化，發(fā)現(xiàn):配重完成后，兩墩撐腳與滑道之間間隙比較均勻，64＃墩最大為18 mm，最小為15 mm；65＃墩最大為17 mm，最小為16 mm；然后進(jìn)行試轉(zhuǎn)，同時(shí)監(jiān)測(cè)球鉸混凝土應(yīng)力，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明混凝土應(yīng)力變化不明顯，梁體兩端標(biāo)高相對(duì)穩(wěn)定。轉(zhuǎn)體梁稱(chēng)重試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，配重方案實(shí)施效果良好，梁體均處于平衡狀態(tài)，無(wú)需二次配重，滿足正式轉(zhuǎn)體條件。

4.3 精準(zhǔn)轉(zhuǎn)體就位

轉(zhuǎn)體梁轉(zhuǎn)體就位精度主要決定于轉(zhuǎn)體點(diǎn)動(dòng)控制，左線64＃墩轉(zhuǎn)體前，先通過(guò)試轉(zhuǎn)，并進(jìn)行試轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)采集、研究、分析，確定正式轉(zhuǎn)體點(diǎn)動(dòng)操作梁端距設(shè)計(jì)軸線位置長(zhǎng)度，經(jīng)計(jì)算研究總長(zhǎng)為1.2 m，點(diǎn)動(dòng)操作過(guò)程中依次按照 30、20、10、10、5、5、3、3、2 s的時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制，確保梁體軸線按設(shè)計(jì)要求精準(zhǔn)就位。每次點(diǎn)動(dòng)操作后，都要精準(zhǔn)量測(cè)一次剩余轉(zhuǎn)體的弧長(zhǎng)度，確保轉(zhuǎn)體就位精準(zhǔn)。

64＃墩T構(gòu)轉(zhuǎn)體到位后，對(duì)轉(zhuǎn)體后橋梁姿態(tài)進(jìn)一步復(fù)核，發(fā)現(xiàn)梁端有一些輕微傾斜，橫橋向梁端左右側(cè)高程相差2 cm，通過(guò)千斤頂反頂在上下盤(pán)間進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，配重調(diào)整縱向標(biāo)高，確保了梁體精確就位[11]。

為保證T構(gòu)平順、安全完成轉(zhuǎn)體，對(duì)轉(zhuǎn)體移動(dòng)的速度控制中，通過(guò)試轉(zhuǎn)時(shí)確定的轉(zhuǎn)體角速度和梁端水平線速度計(jì)算承臺(tái)在單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)值，確定基本刻度；將制作準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制標(biāo)識(shí)粘貼在轉(zhuǎn)動(dòng)承臺(tái)上；在下承臺(tái)設(shè)置激光控制指針，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)程，保證轉(zhuǎn)動(dòng)速度在合理可控范圍之內(nèi)，確保轉(zhuǎn)體安全平穩(wěn)。

與此同時(shí)，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)體的就位情況，順利實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)轉(zhuǎn)體。在T構(gòu)兩側(cè)懸臂端架設(shè)水平塔尺，塔尺零刻度與梁體中心線重合，利用全站儀全程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4.4 特殊部位監(jiān)測(cè)

針對(duì)本橋跨度大、截面窄，考慮梁體屬細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，需對(duì)橋梁關(guān)鍵及施工薄弱部位加強(qiáng)監(jiān)控。針對(duì)本橋的具體情況，在臨時(shí)固結(jié)處、0＃段及1＃段梁段設(shè)置了應(yīng)力傳感器[12]，進(jìn)行監(jiān)測(cè)，密切關(guān)注混凝土受力及外觀情況，防止出現(xiàn)裂縫及剝落情況，與傳統(tǒng)監(jiān)控方法相比，安全系數(shù)大大增強(qiáng)，確保了轉(zhuǎn)體梁順利轉(zhuǎn)體。

5 總結(jié)與體會(huì)

在橋梁建設(shè)日趨頻繁、轉(zhuǎn)體連續(xù)梁橋廣泛應(yīng)用于高鐵建設(shè)中的大背景下，本文針對(duì)大跨度窄幅連續(xù)梁臨近繁忙營(yíng)業(yè)線施工，在傳統(tǒng)工藝上進(jìn)行了再創(chuàng)新，保證了施工安全及施工質(zhì)量。

(1)為解決梁體內(nèi)部空間的變化致使箱梁內(nèi)模寬度不斷變化的施工困難，實(shí)現(xiàn)掛籃輕型化、內(nèi)模整體化，通過(guò)連續(xù)梁內(nèi)模架體的合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)梁內(nèi)模架體自行收縮和加固，達(dá)到空間截面變化的效果，操作簡(jiǎn)單，工效高。

(2)針對(duì)本橋長(zhǎng)細(xì)結(jié)構(gòu)的具體情況進(jìn)行稱(chēng)重試驗(yàn)，同時(shí)考慮荷載分部效應(yīng)合理選擇配重方案，為橋梁高質(zhì)量轉(zhuǎn)體完成提供了條件。同時(shí)針對(duì)該橋梁特殊結(jié)構(gòu)形式，在臨時(shí)固結(jié)處設(shè)置應(yīng)力傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)受力薄弱部位的混凝土情況，同時(shí)為預(yù)配重提供參考值，提高了轉(zhuǎn)體安全性。