滬杭高速鐵路橫潦涇特大橋135m跨連續(xù)梁橋合龍施工技術(shù)研究

徐傳銀

(滬杭鐵路客運(yùn)專線股份有限公司,上海 200237)

滬杭高速鐵路橫潦涇特大橋135m跨連續(xù)梁橋合龍施工技術(shù)研究

徐傳銀

(滬杭鐵路客運(yùn)專線股份有限公司,上海 200237)

預(yù)應(yīng)力箱形連續(xù)梁在完成各“T”構(gòu)施工后,合龍段,特別是中跨合龍段的施工關(guān)系到連續(xù)梁體的施工質(zhì)量。如何在溫度變化時(shí)保證合龍段混凝土的質(zhì)量,是合龍成功與否的關(guān)鍵。滬杭高速鐵路橫潦涇特大橋4跨連續(xù)梁橋在合龍段施工中,通過(guò)對(duì)合龍方案的制定,對(duì)合龍段的受力分析,確定了合龍的各工序及鎖定措施,同時(shí)結(jié)合測(cè)量監(jiān)控,順利完成了135m大跨度鐵路連續(xù)梁橋的合龍施工。

滬杭高速鐵路;連續(xù)梁;合龍;施工

合龍段施工是懸灌梁體施工的一道關(guān)鍵工序,不論是預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)、斜拉橋在主梁懸臂灌注完畢后均應(yīng)盡快完成與邊跨現(xiàn)澆段的合龍和中跨合龍段的現(xiàn)澆施工,使主梁由雙臂狀況轉(zhuǎn)化為連續(xù)整體。在合龍段施工過(guò)程中,結(jié)構(gòu)體系發(fā)生變化,因混凝土自重、溫度變化、施工荷載的作用,在懸臂梁端產(chǎn)生位移,影響合龍段混凝土懸臂梁端的連接,易產(chǎn)生裂紋,施工中通常采用剛性支撐和臨時(shí)預(yù)應(yīng)力的撐拉作用將合龍口鎖定,同時(shí)在灌注混凝土?xí)r在合龍口處增減壓重,保持合龍口兩梁端無(wú)相對(duì)位移,從而保證合龍段混凝土與懸臂梁端之間不產(chǎn)生裂紋。結(jié)合滬杭高速鐵路跨橫潦涇連續(xù)梁橋的合龍段施工的實(shí)踐,介紹懸澆梁的合龍方案、相關(guān)技術(shù)參數(shù)的計(jì)算及施工要點(diǎn)。

1 工程概況

滬杭高速鐵路采用連續(xù)梁橋方式跨越黃浦江上游的橫潦涇,連續(xù)梁橋共5墩4跨,屬橫潦涇特大橋的正橋段,墩號(hào)119～123號(hào),里程DK35+287～DK35+709,跨徑布置為(75+135+135+75)m,全長(zhǎng)421.5m。121號(hào)墩為水中墩,120號(hào)、122號(hào)主墩位于北、南兩岸的大堤上,119號(hào)、123號(hào)墩為陸上邊墩。連續(xù)梁橋跨布置見(jiàn)圖1。

圖1 跨橫潦涇連續(xù)梁橋橋跨布置

上部結(jié)構(gòu)為單箱單室預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)梁,梁頂面寬度12m,底板寬7m,0號(hào)塊長(zhǎng)度29m,高10m,設(shè)11個(gè)懸澆節(jié)段,節(jié)段配長(zhǎng)為2×4.0m+2× 4.5m+7×5.0m,節(jié)段重2050～3000kN。119號(hào)、123號(hào)墩設(shè)邊跨現(xiàn)澆直線段,長(zhǎng)度7.25m。0號(hào)塊采用支架法現(xiàn)澆,懸澆段采用貝雷桁架掛籃施工,0號(hào)塊現(xiàn)澆支架在懸澆時(shí)起支撐及穩(wěn)定作用,直線段采用支架法現(xiàn)澆。邊、中跨合龍段截面見(jiàn)圖2。

圖2 合龍段截面(單位:m)

全橋共有4個(gè)合龍段,邊跨、中跨各2個(gè),長(zhǎng)度均為2m,梁高5.83m。單個(gè)邊跨合龍段配縱向預(yù)應(yīng)力筋22束,中跨合龍段設(shè)置了中隔墻,配縱向預(yù)應(yīng)力筋48束。

2 合龍?zhí)攸c(diǎn)和原則

合龍段施工是連續(xù)梁施工和體系轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié),施工中需面對(duì)兩個(gè)主要問(wèn)題:(1)合龍新澆筑混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生收縮,同時(shí)合龍口兩端懸臂梁隨溫度下降也會(huì)產(chǎn)生收縮,從而不能確保合龍段與兩懸臂梁端的連接性能;(2)合龍段混凝土隨著溫度上升,懸臂梁伸長(zhǎng),而過(guò)早參與體系受壓,新澆筑的合龍段混凝土在短時(shí)間內(nèi)未具備一定的強(qiáng)度,過(guò)早承壓則破壞混凝土內(nèi)部膠結(jié)構(gòu)造,影響其強(qiáng)度。可見(jiàn)如何保證合龍段混凝土質(zhì)量是連續(xù)梁中跨合龍關(guān)鍵。設(shè)計(jì)上盡可能將合龍段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)短一些,以減少合龍段混凝土收縮量。施工中,為防止合龍段新澆混凝土溫度升高過(guò)早受壓及溫降而出現(xiàn)裂縫事故,普遍做法是調(diào)查合龍的溫度規(guī)律,確定合龍溫差范圍,經(jīng)計(jì)算在懸臂段預(yù)埋勁性骨架及張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束,對(duì)合龍跨進(jìn)行臨時(shí)約束鎖定。

合龍施工應(yīng)結(jié)合本橋特點(diǎn),滿足受力、線形和誤差要求。大橋懸澆過(guò)程中,3個(gè)主墩獨(dú)立T構(gòu)的梁體處于負(fù)彎矩受力狀態(tài),隨著邊跨T構(gòu)與直線段的依次合龍,梁體也依次轉(zhuǎn)化為不同結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)直至成橋,從而完成連續(xù)梁的體系轉(zhuǎn)換。本橋合龍有如下特點(diǎn)。

本橋?qū)俅罂缍鹊蔫F路連續(xù)梁橋,梁體剛度較大,主墩采用現(xiàn)澆支架承托固結(jié),合龍段施工的特點(diǎn)是2個(gè)邊跨分次合龍,2個(gè)中跨對(duì)稱同時(shí)合龍,鎖定力量大,鎖定和解除工序復(fù)雜。針對(duì)本橋合龍?zhí)攸c(diǎn),制定合龍方案應(yīng)遵循如下原則:

(1)按懸澆監(jiān)控方案要求,先邊跨合龍,后中跨合龍;

(2)按支座預(yù)偏量設(shè)置要求,在(14±4)℃合龍;

(3)合龍時(shí)的梁結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)支受力體系;

(4)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3 邊跨合龍

通過(guò)邊跨合龍,將2個(gè)邊孔變成“∏”形的簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu),合龍時(shí)主墩固定,邊跨直線段活動(dòng)。

3.1 邊跨合龍方案

邊跨合龍時(shí),120號(hào)墩固定,鎖定北邊跨合龍段, 119號(hào)墩鎖定解除,變?yōu)榛顒?dòng)墩。南邊跨合龍時(shí), 122號(hào)墩固定,鎖定南邊跨合龍段,123號(hào)墩鎖定解除,變?yōu)榛顒?dòng)墩。

3.2 邊跨合龍段臨時(shí)鎖定設(shè)計(jì)

3.2.1 直線段現(xiàn)澆支架滑動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置

直線段的現(xiàn)澆支架下部為自墩頂向上設(shè)置的鋼管支架,其上布置貝雷桁架作為承載梁,為使得在邊跨合龍時(shí)直線段能夠縱橋向水平微量滑移,在貝雷桁架下的分配梁與鋼管柱間設(shè)置了滑動(dòng)機(jī)構(gòu),如圖3所示。

圖3 直線段現(xiàn)澆支架滑動(dòng)機(jī)構(gòu)

119號(hào)、123號(hào)墩直線段鎖定和解除的主要機(jī)構(gòu)為鋼管柱頂4個(gè)支點(diǎn)、墩頂模板支撐及活動(dòng)支座鎖定。在4根鋼管柱頂?shù)姆峙淞合略O(shè)不銹鋼板-四氟板滑動(dòng)層,可鎖定,解除后即為活動(dòng)層。解除鎖定時(shí),須拆除墩頂模板支撐并解除支座上下擺鎖定。

3.2.2 邊跨合龍受力分析

新澆筑的合龍段混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生收縮,而且在硬化初期的收縮量遠(yuǎn)比后期的大,在邊跨合龍前將合龍跨兩端支座進(jìn)行臨時(shí)鎖定,限制上下板的相對(duì)移動(dòng),在合龍段布置勁性支撐架,并張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束,再解除支座鎖定,選擇在懸臂梁內(nèi)溫度最低時(shí)澆筑合龍段混凝土,勁性支撐架結(jié)構(gòu)需根據(jù)受力計(jì)算設(shè)計(jì)。

以北邊跨119號(hào)～120號(hào)墩為例,首先假定北邊跨合龍段兩側(cè)的119號(hào)、120號(hào)墩支座都是固結(jié)約束的,墩身無(wú)位移,計(jì)算圖式如圖4、圖5所示。

圖4 邊跨結(jié)構(gòu)(單位:m)

圖5 邊跨合龍溫度應(yīng)力計(jì)算圖示

計(jì)算基本參數(shù)如下。

支座滑動(dòng)摩阻系數(shù):f=0.3;

鋼-四氟板滑動(dòng)摩阻系數(shù):當(dāng)壓應(yīng)力＜7MPa時(shí), f=0.08;

鋼筋混凝土線形膨脹系數(shù)(αh):(8～12)×10-6/℃

混凝土彈性模量(Eh):3.6×104MPa(各截面加權(quán)計(jì)算值)。

設(shè)梁升溫Δt時(shí)產(chǎn)生的自由伸長(zhǎng)量為ΔLt,即

因αg=αh,則

兩端約束產(chǎn)生的縮短為ΔLh,為簡(jiǎn)化計(jì)算,變截面箱梁分段按平均截面計(jì)算,則

根據(jù)變形協(xié)調(diào)原理,

因此,得:

式中:N為梁體因溫度變化時(shí)所受的軸向力;αg、αh分別為鋼和混凝土的線膨脹系數(shù);L、Lh1、Lh2、Lg分別為合龍跨度、兩懸臂澆筑段長(zhǎng)度、合龍口鋼支撐長(zhǎng)度;Eg、Eh分別為鋼和混凝土的彈性模量;Ah1、Ah2分別為L(zhǎng)h1、Lh2段箱梁平均截面積;Ag為鎖定勁性型鋼截面積。

根據(jù)計(jì)算,當(dāng)119號(hào)～120號(hào)墩鎖定時(shí)

由此可見(jiàn),當(dāng)晝夜溫差至10℃時(shí),在合龍段處可產(chǎn)生22480kN的軸向力,即當(dāng)兩端固結(jié)約束時(shí),其溫度影響軸向力很大,一般在邊跨合龍段鎖定后,需要立即釋放119號(hào)墩直線段端的支座固結(jié)約束,使其軸向能滑動(dòng),此時(shí)合龍口剛性支撐所受軸向力為:

當(dāng)升溫時(shí)

式中 N——合龍口剛性支撐所受壓力;

Ny——預(yù)應(yīng)力臨時(shí)張拉束提供的預(yù)壓力;

Q——邊跨直線段梁的自重;

f——直線段梁自由滑動(dòng)時(shí)的摩阻系數(shù)。

當(dāng)降溫時(shí)

實(shí)際合龍時(shí),可根據(jù)氣候情況及合龍前的梁溫測(cè)試數(shù)據(jù),預(yù)估合龍口鎖定后至新灌混凝土達(dá)到足夠強(qiáng)度前可能產(chǎn)生的降溫值Δt,然后依Δt求得梁降溫時(shí)所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力,并依此來(lái)求得所需預(yù)應(yīng)力臨時(shí)束的張拉力,從而選定合龍口剛性支撐截面。

根據(jù)邊跨合龍?jiān)O(shè)計(jì),在合龍時(shí),需張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力索4T15(19束)、4B0(19束)至500MPa,則:

Ny=140×19×8×500×10-3=10640kN

邊跨梁重按5363kN計(jì),支座、四氟板摩阻系數(shù)均按0.08計(jì),則:

由此,得:

在邊跨合龍段設(shè)置勁性支撐架,用于承受預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的軸向力,擬選用2[32a型鋼梁4組,其承載力為

合龍段支撐架布置見(jiàn)圖6,支撐架結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7。

圖6 合龍段支撐架立面布置

圖7 支撐架結(jié)構(gòu)

經(jīng)與設(shè)計(jì)院聯(lián)系,將合龍段需張拉的臨時(shí)預(yù)應(yīng)力索由4T15(19束)、4B0(19束)共8根調(diào)整為2T15 (19束)、2B0(19束)共4根,則:

4 中跨合龍

2個(gè)中跨采用一次同時(shí)合龍方式,將2個(gè)邊孔的“∏”形和中間121號(hào)墩的“T”構(gòu)形成4孔連續(xù)的成橋結(jié)構(gòu)。

4.1 中跨合龍方案

中跨合龍時(shí),121號(hào)墩固定,鎖定北中跨合龍段,解除120號(hào)墩鎖定變?yōu)榛顒?dòng)墩;鎖定南中跨合龍段,解除122號(hào)墩鎖定變?yōu)榛顒?dòng)墩。

4.2 中跨合龍段臨時(shí)鎖定設(shè)計(jì)

中跨合龍時(shí)的受力計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖8。

圖8 中跨合龍計(jì)算簡(jiǎn)圖

121號(hào)墩固定,其余墩均為活動(dòng),合龍段的受力為溫度變化時(shí)兩側(cè)梁的自由滑動(dòng)摩阻力。中跨合龍段的受力計(jì)算與邊跨合龍模式相同,即:

根據(jù)中跨合龍?jiān)O(shè)計(jì),在合龍時(shí),需張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力索2T14(19束)、2D0(15束)至500MPa,則:

邊跨+1/2次邊跨梁重按87773kN計(jì),支座滑動(dòng)摩阻系數(shù)按0.03計(jì),則:

由此,得:

在邊跨合龍段設(shè)置勁性支撐架,用于承受預(yù)應(yīng)力的產(chǎn)生的軸向力,擬選用2[32a槽鋼梁4組,其承載力為:

[N]=7508kN＞N,滿足受力要求。

5 工藝流程及要點(diǎn)

5.1 工藝流程

合龍段施工的工藝流程見(jiàn)圖9。

圖9 合龍段施工工藝流程

5.2 合龍段質(zhì)量控制要求

合龍前兩懸臂端相對(duì)高差不大于合龍段長(zhǎng)度的1/100,且不大于 15mm;本合龍段長(zhǎng)度為2m,按 15mm控制;

梁段軸線偏差不大于15mm;梁段頂面高程差:±10mm。

5.3 掛籃布置方案

懸澆掛籃參與合龍,其施工布置的順序?yàn)?

(1)120號(hào)(北岸)、122號(hào)(南岸)墩掛籃懸澆完11號(hào)塊,121號(hào)墩掛籃懸澆完10號(hào)塊;

(2)120號(hào)、122號(hào)墩掛籃后退至10號(hào)塊以后, 121號(hào)墩掛籃懸澆完11號(hào)塊;

(3)延長(zhǎng)澆筑直線段的貝雷桁架,掛籃吊架法分次施工兩邊跨合龍段;

(4)121號(hào)墩掛籃前行,同時(shí)施工兩中跨合龍段。

5.4 合龍段澆筑混凝土壓重方案

在待澆筑的合龍段兩側(cè)塊段上用1.8t/塊的混凝土板(2.5m×2.2m×0.2m)作為壓重,使兩側(cè)壓重量與合龍段混凝土等重,隨著混凝土的澆筑及時(shí)移除混凝土壓重塊,保證已澆混凝土量加壓重塊重量與合龍段重量相等。

5.5 合龍段施工加載

邊跨合龍段施工平衡壓重安放在懸臂塊A11段及直線段A12,壓重為邊跨合龍段澆筑混凝土重力的一半(400kN)。中跨合龍段施工平衡壓重安放在兩側(cè)懸澆段B11塊段,壓重為中跨合龍段澆筑混凝土重力的一半(770kN),保持梁平衡受力。

5.6 預(yù)應(yīng)力束穿束、張拉

預(yù)應(yīng)力束的穿束、張拉均分2次進(jìn)行。先穿合龍段施工需要初張拉的預(yù)應(yīng)力束。穿好后張拉端不能有約束?；炷翝仓戤吅笤俅┦Ｓ嗟念A(yù)應(yīng)力束,待混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%后開(kāi)始張拉。張拉按設(shè)計(jì)要求分2批進(jìn)行,先期張拉頂、底板束,補(bǔ)拉到設(shè)計(jì)噸位,進(jìn)行壓漿及封錨。

6 實(shí)施情況及小結(jié)

大橋在滿足對(duì)合龍段各工況的分析與計(jì)算基礎(chǔ)下,有效地實(shí)現(xiàn)了邊跨及中跨合龍,合龍時(shí)最高溫度約22℃,最低溫度為11℃,合龍段高差+4mm,-3mm,中線偏移5mm。

(1)許多類似橋形的合龍資料表明,在合龍段混凝土澆筑完成后,溫度上升時(shí),宜采用支座約束鎖定(將支座上、下板采用鋼板固結(jié)),在梁體溫度開(kāi)始下降前拆除,以給合龍段混凝土施壓。就跨橫潦涇連續(xù)梁橋而言,在梁體溫度上升時(shí),對(duì)合龍段混凝土施加的壓力相差不大,是不進(jìn)行支座約束鎖定的原因。

(2)是否在合龍段兩側(cè)施加相當(dāng)于合龍段混凝土重力的壓重,在合龍段混凝土澆筑過(guò)程中逐步拆除,和合龍段混凝土的澆筑時(shí)間有關(guān)。如果合龍段混凝土能在混凝土能重塑的時(shí)間內(nèi)完成澆筑,不進(jìn)行壓重設(shè)計(jì),對(duì)合龍段混凝土質(zhì)量影響不大。但一般情況下,若不采取平衡配重措施,梁部線形不能按要求控制,且有可能出現(xiàn)合龍段混凝土與懸臂連續(xù)處出現(xiàn)裂縫。

(3)當(dāng)合龍段第二次經(jīng)歷梁體溫度上升時(shí),此時(shí)合龍段混凝土已經(jīng)具備一定的抗壓能力(約20MPa),合龍段內(nèi)支頂鋼架存在很大的內(nèi)力,需要再次在溫度下降時(shí)張拉部分鋼束后,截?cái)嘀ы斾摷苄弯摗?/p>

(4)跨橫潦涇連續(xù)梁橋經(jīng)大橋設(shè)計(jì)院施工監(jiān)控,其混凝土強(qiáng)度、斷面抗裂性、剛度及線形均滿足設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)語(yǔ)

跨橫潦涇連續(xù)梁橋,由于其工期緊,深水基礎(chǔ)施工難度大,連續(xù)梁跨度大,技術(shù)要求高,是滬杭高速鐵路四大控制性工程之一,其合龍施工的控制是連續(xù)箱梁施工中非常重要的一環(huán),目前大橋連續(xù)梁施工已經(jīng)圓滿結(jié)束并通車運(yùn)營(yíng),橋梁線形控制也達(dá)到了預(yù)定的效果。

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U238;U448.21+5

A

1004 -2954(2011)06 -0071 -04

2011 -01 -26;

2011 -03 -28

徐傳銀(1977—),男,助理工程師,2002年畢業(yè)于中南大學(xué)橋梁工程專業(yè),工學(xué)學(xué)士,E-mail:xuwu_2005@126.com。