京滬高鐵濉河特大橋懸灌梁合攏段施工技術(shù)
2017-07-17
1.工程概況
濉河特大橋（DK754+432.93-DK754+570.59）跨正在修建的泗宿高速公路，線路與高速公路正交，橋跨布置為40m+56m+40m變截面預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁。梁頂寬度為12.0m，梁底寬度為6.7m,頂板厚度除梁端附近外均為0.4m，底板厚度0.4-0.8m，按直線形變化，腹板厚度0.48m-0.8m，按折線變化。該梁設(shè)計分為31個施工節(jié)段，梁高自0#塊底部線形按二次拋物線變化，其中0#塊長度為9m，高度為4.35m，中跨和邊跨的合攏段長度為2m、邊跨直線現(xiàn)澆段梁長11.75 m,梁高為3.05m。
2.合攏段施工程序
根據(jù)設(shè)計要求本橋梁合攏順序為先合攏1986#墩邊跨、后合攏1989#墩邊跨、再合攏中跨（如圖1所示），即先將T構(gòu)轉(zhuǎn)化為懸臂的簡支梁結(jié)構(gòu)再完成橋梁的最終體系轉(zhuǎn)換，由靜定的簡支懸臂結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槌o定的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。合攏段采用掛籃合攏的方法合攏，中跨合攏時用平衡水箱進行平衡，重量為合攏段梁體重量和施工人員重量之和。邊跨合攏后，卸除主墩處臨時支墩、邊跨現(xiàn)澆段支架以及梁頂?shù)膬啥藪旎@，使梁體處于完全簡支狀態(tài)同時盡量減小中跨合攏前梁體在外力作用下產(chǎn)生的附加內(nèi)力。中跨合攏采用吊架施工，將底模架及內(nèi)外側(cè)模對稱吊在合攏段兩端的6’#梁段上進行合攏施工；在中跨合攏時，對待合攏的兩懸臂端進行平衡配重。而后，即可對待合攏兩端梁體進行臨時鎖定施工，臨時鎖定完成后即可進行鋼筋綁扎、混凝土澆筑施工。邊施工邊對平衡配重進行調(diào)整，當混凝土強度達到設(shè)計強度的95%，彈性模量達到100%，齡期5天以上進行底板預(yù)應(yīng)力束張拉調(diào)整梁體內(nèi)力完成橋梁體系轉(zhuǎn)換。
3.合攏段施工準備
T構(gòu)懸澆施工至4#節(jié)段以后對兩T構(gòu)頂?shù)装甯叱?、軸線進行聯(lián)測，實測數(shù)據(jù)準確、及時進行監(jiān)控分析，根據(jù)分析數(shù)據(jù)實時調(diào)整最后3段的現(xiàn)澆預(yù)抬值以保證合攏線形精度。
對5#（5’#）、6#(6’#)節(jié)段砼輸送泵車泵送砼速度進行統(tǒng)計，為確定中跨合攏段兩端在砼澆筑時配重卸載速度提供參考依據(jù)。
4.合攏段模板工程
4.1邊跨合攏段
邊跨合攏段模板由底模、外側(cè)模、內(nèi)模等幾部分組成。
底模:采用8cm的槽鋼加6mm厚面板的定型鋼模板，模板一端支撐在支架平臺方木上，另外一端支撐在掛籃上。
外側(cè)模：外側(cè)模利用現(xiàn)澆段模板，順橋向長度為3.6 m。腹板及翼緣板部分一次支立并調(diào)整至正確位置。外?？蚣茏鳛橐砭壈迨┕r的支架。
內(nèi)模：內(nèi)模采竹膠板，內(nèi)模設(shè)有內(nèi)?？蚣?。
4.2中跨合攏段
邊跨合攏后，將中跨端掛籃主桁架即橋面桿件、軌道等全部拆除。對于下部模板體系，中跨合攏段兩端懸臂端也作相關(guān)拆除，僅留有1套掛籃底模架、1套長2.5m的內(nèi)模架和1套長度為2.5m的外模架作為中跨合攏段的施工吊架。將上述模板部件在中跨合攏段兩端懸臂梁段對稱吊掛，確保合攏施工時合攏段混凝土重量在兩懸臂端同比例分配，使得兩端梁變形同步，減小剪力差。
5.平衡配重
該梁中跨合攏段砼（包括跨中隔板）數(shù)量為10.271 m3,重量為26.704T。中跨合攏配重采用水箱蓄水方法，水箱由薄鋼板焊制而成，底部設(shè)置流速可達20 m3/h的出水閥，其總長度為10m 、寬2m、高1.5，置于距6’#段梁端0.4m 處。1987#、1988#墩T構(gòu)分別在中跨合攏段一端設(shè)水箱蓄水13.35 m3(即13.35T)。水箱就位后，使用紅色油漆在水箱內(nèi)立面上自底部至上做出水平標記線并以標示刻度，線距為5cm，即卸載時水位每降低一個線標記刻度卸載量為1T。合攏段兩側(cè)6’#段上水箱皆蓄滿13.35 m3水后，即進行勁性骨架焊接與合攏束張拉相結(jié)合的待合攏T構(gòu)臨時鎖定施工。
6.臨時鎖定
6.1臨時鎖定設(shè)計
合攏段臨時鎖定分為兩部分：a、勁性骨架連接b、合攏束張拉。
本橋合攏口鎖定擬采用2I32a槽鋼組合，焊接為勁性骨架支撐（臨時外支撐）和張拉合攏口一定范圍內(nèi)的頂?shù)装迮R時預(yù)應(yīng)力束外拉的方式，將合攏段兩端臨時連接共同鎖定，用剛性支撐抵抗混凝土升溫時產(chǎn)生的壓力，用預(yù)應(yīng)力抵抗混凝土降溫時產(chǎn)生的拉力，以保護合攏段混凝土的完整性。
剛性支撐設(shè)置：邊跨現(xiàn)澆段及6#塊端部頂、底板各預(yù)埋4塊50×60×2cm鋼板，鋼板加焊錨固鋼筋進行加強，沿梁頂、底板縱向設(shè)4根2I32a的組合槽鋼支撐。合攏段臨時鎖定設(shè)計見圖2。
圖2合攏段臨時鎖定設(shè)計立面圖
6.2臨時鎖定計算及分析
根據(jù)宿州市氣象局提供的2009年年6、7、8、9、10月氣溫，得到現(xiàn)場溫度統(tǒng)計表(見表1)
表1現(xiàn)場溫度統(tǒng)計表
項目名稱 6月 7月 8月 9月 10月
最低氣溫 25.4℃ 29.1℃ 27.2℃ 21.5℃ 17.2℃
最高氣溫 31.5℃ 34.6℃ 35.2℃ 30.1℃ 26.2℃
平均氣溫 28.5℃ 31.9℃ 31.2℃ 25.8℃ 21.7℃
本橋根據(jù)目前施工進展，計劃在9月份進行相應(yīng)的邊、中跨合攏。梁端到主墩27m，按梁體澆筑后灑水降溫，升溫后最大溫差取18℃考慮計算。在橋墩1987#和1988#主墩位置設(shè)置了臨時固結(jié)裝置，箱梁截面特性統(tǒng)計表，如表2所示。
表240+56+40m連續(xù)剛構(gòu)箱梁截面特性統(tǒng)計表
名稱 節(jié)段號 平均截面積(m2) 節(jié)段長度(m)
懸臂長 0 15.51 9 16.58
1 14.53 3.5 6.88
2 13.74 3.5 7.28
3 12.72 3.5 7.86
4 11.40 4 10.03
5 10.50 4 10.88
6 10.27 4 11.13
合攏段 7 10.27 2 5.56
邊跨現(xiàn)澆 8 11.75
依據(jù)中跨計算合攏段，對邊跨合攏偏安全，假設(shè)兩墩身無位移，則依變形協(xié)調(diào)原理，依據(jù)公式：
將L=56m，αh=10×10-6/℃，Lh=27m，Lg=2m，Eg=2.2×105Mpa，Ag=15.2×10-4m2，Eh=3.5×104Mpa，△t=18℃代入上式，計算得N=6028kN。
根據(jù)計算可知，梁因升溫所受的軸向力較大，此時只有邊跨合攏后對梁體有約束力，如果約束力小于梁因升溫所受的軸向力，梁體肯定會產(chǎn)生位移。
因為合攏期短，可不計砼的徐變，由于溫度升高將會產(chǎn)生數(shù)千噸的溫度內(nèi)力，剛性支撐無法承受，故為方便施工，在合攏口鎖定后，立即釋放一側(cè)的固定約束，使梁一端在合攏口鎖定的連接下能沿支座自由伸縮。邊跨合攏的應(yīng)力分析圖如圖3所示。
圖3邊跨合攏應(yīng)力分析圖
根據(jù)力學(xué)分析原理和上述分析：令N=Q×f（N為合攏口剛性支撐所受壓力；Q為支座上的梁體重量；f為支座摩擦系數(shù)）
邊跨合攏時：依據(jù)設(shè)計圖紙，梁重取Q=3333.7kN，f=0.15
則N=Q×f=3333.7×0.15=500.06kN
中跨合攏時，梁重為T構(gòu)重與邊跨現(xiàn)澆段和合攏段重
依據(jù)圖紙取Q=24658.8kN,f=0.05
則，N=Q×f=1232.94kN
故中（邊）跨合攏段勁性骨架和臨時張拉預(yù)應(yīng)力按照中跨受力較大設(shè)計偏于安全，取N=1232.94kN,Ny=1232.94kN（Ny為預(yù)應(yīng)力束的張拉力）。
根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，在底板頂及頂板頂兩邊預(yù)埋2[32c槽鋼，在其上焊接2[32c沿梁向槽鋼，如圖4所示。
?、賱判凿摴羌苋菰S力計算
槽鋼[32C截面特性：
A=61.5cmq=48.3kg/mIx=8690cm4Wx=543cm3
t=14mm b=92mm d=12mm h=32cm a=6cm Z0=2.09cm Z=7.11cm
h1=h一2t=32―2×1.4=29.2(cm)
Iyo=1/3[hz03-h1(z0-d)3]+2/3×t×z3=643(cm4)
Izo=1/12[bh3-(b-d)h13]=8524(cm4)
Am=[bh―h1(b―d)]×2=121.6(cm2)
本橋梁勁性骨架采取外鎖式，槽鋼預(yù)埋在邊跨現(xiàn)澆段與邊跨懸臂端，壓桿長度取2.4m進行兩端焊接，勁性骨架壓桿驗算時按μ=1進行。
槽鋼2[32c截面組合后最大臨界力為：
Iz=2Iz0=2×8524=17048(cm4)
Iy=2Iy0+A(a/2+z)2=2×643+121.6×(6/2+7.11)2
=13715(cm4)
Iyry=(Iy/Am)1/2=(13715/121.6)1/2=10.62(cm)
λ=μ×L/ry=1*240/10.62=22.6，查取φ=0.932
則單個立桿徑性鋼骨架受力
[N]=φ×Am×[f]
=0.932×121.6×168=1904kN
每個合攏段共設(shè)置4根組合槽鋼，
則支撐力N=4×1904=7616kN＞1232.94kN
滿足安全要求，其安全系數(shù)Kf=6.2。
下面對桿件所受應(yīng)力進行驗算，勁性骨架受溫度應(yīng)力和自重力影響，桿件的應(yīng)力驗算模型如圖5所示。
圖5 合攏段臨時勁性骨架驗算模型
L=2.4m，q為組合槽鋼自重，q=2×48.3×4=3.864(kN/m)
N=1232.94kN
根據(jù)分析，桿件在跨中1/3長度范圍內(nèi)所受彎矩最大，最大彎矩計算如下：
M=ql2/24=3.864×2.42/24=0.93(kN•m)
rz=(Iz/Am)1/2=(17048/121.6)1/2=11.84(cm)
組合槽鋼構(gòu)件長細比λ=αL/h×rz/ry=1.8*240/32*11.84/10.62
=15.05
查表可知φ2=0.9，μ=1.4
δ=N/Am+φ/μφ2×M／Wx=1232.94/(121.6*4)+0.932/(1.4*0.9)*0.93*(543*4)=1.5MPa
桿件的容許彎矩為φ2[δ]=0.9*140=126MPa。
δ＜φ2[δ]，滿足要求。
組合槽鋼預(yù)埋位置受剪力計算：
τ=N／Am=1232.94/(121.6×4)=2.53MPa≤85MPa，滿足要求。
根據(jù)以上驗算可知選擇的槽鋼組合具有較大的安全系數(shù)，安全滿足要求。
②預(yù)應(yīng)力張拉臨時束張拉力計算
邊跨合攏段臨時鎖定張拉頂板束T9(16-7φ5)、底板束B12（15-7φ5），左右各一束，共4束；
中跨合攏段臨時鎖定張拉頂束采T10(16-7φ5)、底板束B1（17-7φ5），左右各一束，共4束；
張拉力值?。?232.94kN/4=308.235kN。
6.3焊接施工
優(yōu)選八名專業(yè)焊工，每人配置一臺電焊機，電焊機都接上電源線就緒。進行骨架焊接時，焊工分工明確、責(zé)任到人；一旦達到施工條件立即進行作業(yè)。在臨時鎖定前先將骨架一端與預(yù)埋鋼板上的槽鋼進行牢固焊接，待達到鎖定時間后，再按臨時鎖定設(shè)計要求將骨架另外一端與預(yù)埋固定鋼板滿焊，施焊時選用J502焊條，三角焊縫高度12mm。施焊過程中調(diào)整焊機電流，保證焊點溫度適中，既能形成有效焊縫又不燒傷被連接的鋼板和槽鋼。對于上層骨架的焊接，由具備較好仰焊技術(shù)的焊工完成。施焊過程應(yīng)連續(xù)快速，同時焊接應(yīng)符合設(shè)計和鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范要求。每完成一條焊縫，現(xiàn)場質(zhì)檢工程師對其進行檢查，并認真做好完整的焊接記錄；一旦發(fā)現(xiàn)已焊部分（特別是下部鋼板的仰焊部分）不能滿足規(guī)范和設(shè)計要求的，必須更換施焊人員對其重新進行補焊。勁性骨架焊接完畢，立即進行合攏束的張拉施工。
6.4合攏束張拉施工
在焊接施工前，將合攏束穿好。對于邊跨合攏， 4個YCW4000穿心千斤頂分別下放至合攏段6#段底板上和邊墩墩頂，再人工分別使其滑移至5#段和邊墩頂梁端T9束張拉槽口位置；對于中跨則將千斤頂安裝至6’#段T10束張拉槽口位置。因合攏束是頂板束，需在張拉齒板處搭設(shè)操作平臺，同時通過前段施工時的預(yù)留孔將穿心千斤頂從箱室底板吊起，安裝好錨具夾片并將千斤頂油管接好油泵接電，做好一切張拉前準備工作。合攏束的張拉與梁體頂?shù)装蹇v向預(yù)應(yīng)力鋼束張拉相同，在鎖定施工中將頂板合攏張拉至3000KN(雙束)。根據(jù)回歸方程推算設(shè)計張拉力的油表讀數(shù)，兩側(cè)鋼束對稱同步分級張拉，認真、準確記錄鋼絞線伸長值，對張拉過程進行雙控。合攏段混凝土澆筑后，砼達到張拉強度，底板縱向鋼束張拉完畢，對頂板合攏束T9（T10）進行二次張拉，此時將合攏束張拉至設(shè)計錨下控制應(yīng)力。T9（T10）束張拉完成后對管道壓漿，完成合攏段施工。
7.鋼筋工程
合攏段的鋼筋分兩次綁扎；即先綁扎底、腹板部分鋼筋，內(nèi)模組裝完成后再進行頂板鋼筋的綁扎。
8.混凝土工程
合攏段砼澆筑時間選擇為一天溫度最低時，施工氣溫10-15℃。
合攏段施工前，應(yīng)做好近期天氣情況和氣溫變化記錄。氣溫變化測量應(yīng)連續(xù)3-5天，測量頻率為每一小時1次。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)匯出每日氣溫隨時間的變化曲線，擬定合攏段施工時間。施工當日繼續(xù)測量氣溫，頻率為每30min一次，根據(jù)溫度變化趨勢再結(jié)合擬定的合攏段施工時間段確定具體施工時間。
9.預(yù)應(yīng)力施工
中跨合攏后，待張拉預(yù)應(yīng)力束除T10束為頂板外，均為底板束，按設(shè)計張拉順序進行預(yù)應(yīng)力施工。因該梁體為變截面梁，而外輪廓的高度變化主要在于箱梁底板位置的變化較大，即箱梁底板沿橋梁縱向高程變化較大，所以底板鋼束的管道曲率半徑較小，張拉時鋼束徑向力較大。預(yù)應(yīng)力張拉時應(yīng)嚴格分級張拉，適當降低千斤頂加荷速度，尤其按設(shè)計要求最后張拉的鋼束。
10.中跨合攏吊架拆除
中跨合攏后底板束張拉壓漿完畢，全梁完成由簡支狀態(tài)變成連續(xù)狀態(tài)的體系轉(zhuǎn)換。對中跨合攏施工吊架進行拆除，拆除吊架時應(yīng)將施工區(qū)域封閉，使用吊車分別將外側(cè)模和底模拆除。內(nèi)模由人工拆除后從箱室內(nèi)轉(zhuǎn)運至梁體邊跨端部，再由吊車吊裝至地面。
11.施工過程注意事項和控制要點
施工前測試合攏段施工時期的最低溫度和最高溫度，以便確定合攏時間，并為合攏口鎖定提供依據(jù)，合攏口鎖定應(yīng)迅速，對稱進行，剛性支撐安裝、焊接完成后，立即張拉臨時預(yù)應(yīng)力束；邊跨現(xiàn)澆段不需配重，中跨合攏口距梁端等距壓載合攏口砼重的一半，并隨砼的澆筑同時減載，減載量與砼的澆筑量相等。
合攏后，張拉前，支座附近10cm范圍內(nèi)砼及其他異物應(yīng)清掉；合攏段施工前，應(yīng)放出合攏段相鄰梁段的梁端線，并用墨線彈好，人工鑿齊，合攏段鎖定3-5天前按1h/次測出梁端梁腔內(nèi)氣溫、合攏段長度、標高、繪出氣溫-時間曲線、溫度-長度、溫度-標高曲線，確定鎖定時間。
合攏段砼施工后，應(yīng)采取降溫與通風(fēng)措施確保梁腔內(nèi)溫度不超過35度，混凝土養(yǎng)護不少于14天。
12.結(jié)束語
該技術(shù)方案得到了建設(shè)單位和監(jiān)理單位的認可，合攏段在施工人員的精心組織下順利合攏，并進行了體系轉(zhuǎn)換，兩端懸臂標高及軸線偏差符合設(shè)計及規(guī)范要求，合攏段與懸臂連接處未出現(xiàn)裂紋，節(jié)省了工程費用，確保了工程質(zhì)量。
參考文獻：
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