高速铁路桥连续梁合拢段施工方案探讨

作者：李冬生

来源：《科技创新导报》 2012年第11期

李冬生

(南宁铁路局 广西南宁 530200)

摘 要:本文介绍了某高速铁路桥60+100+60m连续梁合拢段施工顺序及其关键技术,阐述了如何保证合拢段施工质量,确保连续梁施工线型,为今后同类型桥梁施工提供借鉴。

关键词:高速铁路 连续梁 合拢段 施工控制

中图分类号:U445.5 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(b)-0103-02

1 工程概况

某高速铁路桥60+100+60m连续梁横跨高速公路,整个施工作业面均处于高速互通立交范围内,安全风险高,作业难度大,机械材料出入困难。该连续梁位于34#～37#墩,中跨和边跨均分为13个号块和2m合拢段浇;连续梁梁体为单箱单室,变高度、变截面结构。箱梁顶宽12.2m,箱梁底宽6.4m。连续梁采用悬浇挂篮施工,挂篮结构型式为三角斜拉架式,适应最大悬浇节段重量160t,适应最大悬浇节段长度4m,挂篮结构自重69.202t。边跨合拢段砼方量25m3,节段重量65t,中跨合拢段砼方量40.3m3,节段重量104.8t。

2 合拢段施工

合拢段施工中,由于昼夜温度变化,新浇砼的收缩,以及结构砼的收缩、徐变,新浇砼的水化热影响,结构体系的变化以及施工荷载等因素,对尚未达到强度的合拢段砼的质量均有直接的影响。因此,必须严格控制合拢段施工工艺。

(1)合拢段施工前准备。合拢施工前,将桥面多余物件及机械设备等全部清除或移至0#块顶部,并精确测量桥轴线偏位情况、合拢口在气温变化下的长度和悬臂现浇梁及直线段上的所有观测点高程,若合拢口高差超过15mm,则进行标高调整。(2)合拢段施工顺序。根据挂篮号块施工进度,合理调整直线段施工时间,直线段砼浇注完成时间宜控制在挂篮悬浇施工结束前20天完成。合拢段施工顺序安排先进行边跨合拢,再进行中跨合拢。边跨及中跨合拢段均采用挂篮作吊架施工,合拢梁段混凝土强度达到设计要求时及时进行预应力筋张拉。边跨合拢段施工流程为:现浇直线段施工→边跨合拢挂篮吊架前移到位→边跨合拢段钢筋、模板、预应力安装→边跨合拢段临时撑架锁定→边墩支座水平固接解除→边跨合拢段模板固定→边跨砼浇注→张拉边跨首批合拢束→拆除临时固结、落梁→张拉边跨剩余合拢束→边跨直线段支架及挂篮拆除。中跨合拢段施工流程为中跨合拢段托架挂篮前移到位→中跨合拢段钢筋模板预应力安装→中跨合拢段临时撑架锁定(边跨直线段托架拆除完成)→中跨合拢段临时张拉束B7’、T18张拉→主墩纵向滑动支座水平约束解除→合拢段模板固定→合拢段砼浇注→合拢段预应力张拉→合拢段托架及临时张拉束T18拆除→桥面系施工。(3)合拢段施工关键技术。①合拢段吊架及配重分析。边跨合拢段直接采用挂篮作吊架进行砼浇注施工,13#块张拉完成后,将现浇直线段悬臂部分底部托架割除,合扰托架挂篮前移到位,并与现浇直线段进行重力方向锁定,同时确保合拢段在未临时锁定前,能够自由伸缩。根据设计要求,应控制两端不平衡重不超过20t,以13#块为参考,允许承受的弯矩应力为20×37.5=750t*m,本套挂篮总重为69.2t,移动挂篮1.3m产生的的不平衡弯矩应力为69.2×1.3=.7t*m＜750t*m,因此,挂篮移时,不需要进行压重来调整弯矩应力平衡。中跨合拢托架挂篮应根据大小里程侧施工进度合理选择,托架移动前,将梁面上的杂物清理干净,并将合拢

段两侧梁体高程精确测量,采用配重方式,调整合拢段两侧号块高程,使其达到要求。中跨合拢段挂篮前移作为托架时,边跨合拢段已浇注或临时锁定,挂篮前移2m对两端弯矩平衡影响不大,即69.2×3.3=228.4t*m＜750t*m,因此托架前移时,不需要进行配重处理。②合拢段临时锁定。边跨合拢时,因温度降低产生的拉应力相对较小,设计采用型钢劲性骨架支撑及抗拉,不考虑进行临时张拉束张拉约束。边跨合拢段刚性支撑长4m,采用2I32a组合成一组,顶底板各两组共计四组。在合拢段两侧连接段砼浇注前,提前将预埋钢板按要求准确预埋,预埋钢板下设置有8根锚固角钢∠100×10mm。边跨抵抗力主要由现浇段砼与模板的摩擦力,模板与砼摩擦系数取μ=0.15,则边跨合拢段钢支撑所受轴力为:F=μG=0.15×3474=521.1kN,式中,G为边跨现浇段梁体重量。因为仅有521.1kN的力,故边跨不再进行临时预应力束张拉,仅用劲性骨架焊接来抵消温度降低时两端梁体对新浇砼的拉应力。设计采用2I32a作为支撑劲性骨架,每个合拢段设置4组,则每组刚性支撑架所受应力:σ=F/A=521.1×1000/4×2×6712=9.7MPa＜210 MPa,能够满足要求。锚固角钢∠100×10mm承载力验算:τ=F/A=521.1×1000/4×8×1926=8.46MPa＜210 MPa,能够满足要求。中跨合拢临时锁定采用“既拉又撑还抗剪”的原则,将梁体连接为整体。中跨合拢段刚性支撑参照边跨合拢段,同时增设4束临时张拉束,临时张拉平直预应力束可以减小梁体挠度变形,张拉较短长度的预应力束可能起到对合拢段更好的约束作用,临时张拉束选择2B7’、2T18对称4根,每束张拉力为700kN,约为设计张拉力20%,合计2800kN,4束临时张拉束合力略大于由于相应梁体伸缩受到的支座磨擦阻力。合拢口钢支撑锁定后,接着按设计要求迅速张拉四束临时锁定束,然后立即解除支座及临时支墩水平约束,使梁体能在锁定情况下自由伸缩。中跨合拢段临时刚支撑主要抵抗由36#墩、37#墩墩顶活动支座与梁体的摩擦力(35#墩顶为固定支座,现浇直线段底模已脱开),摩擦系数取0.05,则中跨合拢段钢支撑所受轴力为F=μG=0.05×53240=2662kN,式中,G为整个连续梁重量的一半扣掉中跨合拢段部分。临时张拉束第束张拉力为700kN,4束合计2800KN＞2662kN,满足要求。采用2I32a焊成支撑骨架,每个合拢段4个,则每个刚性支撑架所受应力:σ=F/A=(2662+2800)×1000/4×2×6712=101.7MPa＜210 MPa,能够满足要求。锚固角钢∠100×10mm承载力验算:τ=F/A=(2662+2800)×1000/4×8×1926=88.62MPa＜210 MPa,能够满足要求。③型钢支撑架焊缝强度验算。型钢骨架所承受的最大平均力为

F=(2662+2800)/4=1365.5KN,单个骨架上的焊缝长度按1600mm计算,采用焊脚尺寸hf=10mm的角焊缝连接,保证焊缝质量。τf=1365.5kN/1600mm×0.7×10mm=122MPa＜160 MPa,满足施工要求。预埋钢板下锚固角钢同样采用焊脚尺寸hf=10mm的角焊缝连接,保证焊缝质量。总焊缝长度为1600mm,满足施工要求。④临时锁定时间选择。确定临时锁定时间的原则:砼主梁的温度尽量低,从而使合拢段砼始终处于受压状态,有利于保证合拢段砼的质量。合拢段锁定后,必须立即按要求解除相应部位水平约束,使梁体在锁定情况下,整体自由伸缩。为了减少锁定时间,在锁定之前,应提前将型钢撑架一端按要求焊接到位,同时做好临时合拢束张拉的准备工作,劲性骨架焊接完成后,临时合拢束应快速张拉至设计吨位。(4)合拢段混凝土浇注。合拢段临时锁定后,即可将模板体系完全固定牢靠,确保砼浇注安全。合拢段砼早期受力比较复杂,故合拢段砼强度应比梁体提高一个等级,并应早强,同时掺加膨胀剂。砼浇筑时间选择一天中气温最低时进行,一般为凌晨0～2点左右,浇筑时间在4h内完成,砼浇筑前用水将全梁表面、箱内洒水保湿进行降温。并且收听天气预报,3d内有大风降温时,不进行合拢段砼浇筑。因合拢段采取了钢性支撑体系,合拢段砼浇注过程中,两侧重量变化产生的挠度变形对新浇砼的影响较小。若合龙段施工压重,梁体产生较大弯矩,对主梁受力不利,同时临时固结不平衡反力增大,在中跨合拢时最大,并且现场压重施工繁琐,由于不能准确确定已浇砼方量,同步除去合拢段配重有一定盲目性,多卸或少卸对结构反而不利。基于以上原因认为合拢时可不进行压重,只需加强合拢撑架刚度。(5)合拢段质量控制措施及注意事项。对称悬浇时必须严格控制箱梁前端浇筑标高,合拢前应对梁体加强观测,对控制梁段埋设的应力传感器测设的应力数据进行分析,同时对悬臂端箱梁顶面标高进行联测,并连续观察气温变化对梁体相对标高、合拢口长度及轴线偏移量的影响;由于合拢段和横隔板钢筋密集,加上受纵横竖三向预应力及合拢撑架影响,钢筋安装难度较大,合理调整安装顺序是钢筋安装的关键,同时注意纵向钢筋先全部采用绑扎,在合拢撑架焊接完成后再对部分搭接长度不足的部位进行焊接;合拢口临时锁定完成后应立即按要求进行水平约束的解除,首先解除正式支座的水平约束,即将支座上下摆钢板间的连接螺栓切断,其次是解除临时墩水平约束,即将箱梁底预埋钢组件与钢管桩桩帽间的水平固接挡板,使梁另一端在合拢口临时锁定后温度变化情况下能自

由伸缩,在全桥合拢段施工过程中,每个合拢口临时锁定后均连续观测24小时,每2小时测量一次,合拢口长度、两端相对高差无变化,标高最大变化仅为2mm,支座水平位移同理论计算值误差2mm,以上数据说明临时锁定后合拢口非常稳定,可以保证合拢段施工质量;合拢段砼浇筑完成后,为避免日照引起的温升加剧,造成合拢段砼产生收缩裂纹,应在砼表面覆盖草袋,由专人不停的洒水养护,使合拢段砼及其前后1米范围内保持适温状态;合拢段底板管道安装时必须按设计要求施工,管道应顺直,相邻管道间距符合设计及规范要求,张拉前施工千斤顶统一重新标定,要重视防崩钢筋的安装,对合拢束按图纸要求进行编号,对张拉人员进行技术交底,保证人人都熟悉合拢段施工张拉顺序及合拢束编号,严格按设计要求的张拉顺序进行张拉,张拉下批预应力束时,上批预应力管道必须压浆且浆体强度达到85%以上。张拉时严格遵循操作规范,同时持续缓慢进行,并设专人观察梁体反应,出现异常情况立即停止张拉,查明原因后再进行。

3 结语

合拢段施工过程实际为连续梁的体系转换过程,也是连续梁挂篮悬浇施工中最为关键的一道工序,如何优化施工方案、合理安排工序是加快合拢施工进度、保证合拢段施工质量、确保连续梁线型符合设计要求的关键。某高速铁路连续梁合拢段按按照上述方案施工,梁体表面混凝土未产生任何裂纹,经应力检测,合拢后结构受力良好,满足设计和规范要求。

参考文献

[1]徐君兰.大跨度桥梁施工控制[M].北京人民交通出版社,2005.

[2]德斌,程浪舟,朱文清.大跨度变截面预应力混凝土连续梁桥施工监控[J].铁道标准设计,2006,2.