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變截面預應力連續(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計強度的95%，彈性模量達到100%，齡期5天以上進行底板預應力束張拉調(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)模設有內(nèi)?？蚣堋?
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時預應力束外拉的方式，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，用預應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。
剛性支撐設置：邊跨現(xiàn)澆段及6#塊端部頂、底板各預埋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4根2I32a的組合槽鋼支撐。合攏段臨時鎖定設計見圖2。
圖2合攏段臨時鎖定設計立面圖
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。邊跨合攏的應力分析圖如圖3所示。
圖3邊跨合攏應力分析圖
根據(jù)力學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應力按照中跨受力較大設計偏于安全，取N=1232.94kN,Ny=1232.94kN（Ny為預應力束的張拉力）。
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。
下面對桿件所受應力進行驗算，勁性骨架受溫度應力和自重力影響，桿件的應力驗算模型如圖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預應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，再按臨時鎖定設計要求將骨架另外一端與預埋固定鋼板滿焊，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。施焊過程應連續(xù)快速，同時焊接應符合設計和鋼結(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操作平臺，同時通過前段施工時的預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向預應力鋼束張拉相同，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計錨下控制應力。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，應做好近期天氣情況和氣溫變化記錄。氣溫變化測量應連續(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.預應力施工
中跨合攏后，待張拉預應力束除T10束為頂板外，均為底板束，按設計張拉順序進行預應力施工。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。預應力張拉時應嚴格分級張拉，適當降低千斤頂加荷速度，尤其按設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)，合攏口鎖定應迅速，對稱進行，剛性支撐安裝、焊接完成后，立即張拉臨時預應力束；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)砼及其他異物應清掉；合攏段施工前，應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，應采取降溫與通風措施確保梁腔內(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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