大跨度鋼筋混凝土預應力箱梁支架法分段現澆施工技術

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概況

新建武漢至孝感城際鐵路府河特大橋位于湖北省武漢市，全長11870m，為雙線無砟軌道鐵路橋梁，其中36#～40#墩上部設計為(40+72+72+40)m鋼筋混凝土預應力連續(xù)箱梁，跨規(guī)劃塔子湖西路。

連續(xù)梁全長225.2m，分為3個A0段、2個A1段、5個B1段、2個B2段即合龍段長2m，共計12個節(jié)段。該連續(xù)梁為三向預應力體系，其橫斷面為單箱單室。梁體構造為：端支座處及邊跨直線段和跨中梁高3.25m，中支點處梁高5.65m，梁高按圓曲線變化，圓曲線半徑R=235.002m；橋面組成為防護墻內側寬度8.4m，防護墻外翼緣板寬度各1.35m，頂寬11.6m；箱梁邊支點處底寬6.34m，中支點處底寬5.38m；箱梁橫截面為單箱單室斜腹板，腹板斜率為5∶1，腹板厚分別為0.5m、0.7m、0.9m；頂板厚0.45m，底板厚由跨中0.46m按圓曲線變化至中支點梁體根部1m；箱梁共設5道橫隔梁，分別設于中支點、端支點和中間跨跨中，中支點處設橫隔梁厚0.6m，邊支點處設端隔梁厚1.2m，跨中合龍段設中隔梁厚0.6m。該連續(xù)梁采用C50高性能混凝土，總方量為3272.1m3，采用支架法分段現澆施工。

工程特點：

(1)連續(xù)梁跨度大，主跨72m，變高度、變截面、三向預應力體系，結構復雜；

(2)連續(xù)梁采用分段現澆法施工，需要進行梁體臨時鎖定、體系轉換，施工工藝流程復雜；

(3)施工支架由貝雷梁+碗扣式支架組成，結構體系較為復雜；

(4)現場地質條件復雜，地表往下12m厚為淤泥質軟土，施工支架基礎需要專門處理。

2 主要施工技術

2.1 支架工程

2.1.1 支架設計

根據現場實際情況，連續(xù)梁距地面凈空小于10m，采用常規(guī)的鋼管立柱+貝雷梁+碗扣式支架方案則凈空高度不夠且不經濟；另外該部位地表往下12m厚為淤泥質軟土，采用常規(guī)的換填地基處理方法則基礎易產生不均勻沉降，梁體施工質量難以控制且存在安全隱患。經比較，連續(xù)梁支架采用貝雷梁+碗扣式支架方案，支架基礎采用樁基礎，樁頂設鋼筋混凝土連系梁。

支架順橋向共設置26個支點，其中8個支點直接支撐在承臺上，另外18個支點采用獨立樁基+條形基礎支撐。

對位于承臺上的8個支點，由于承臺頂面不在同一個高程上需要設置支墩進行調平。其中支架貝雷梁底距承臺頂高度小于1.5m的，采用現澆混凝土條形梁支撐，條形梁寬0.6m，高度根據承臺澆筑高度及貝雷梁底高度調節(jié)，構造配筋、混凝土強度等級為C20，混凝土調平梁上安裝雙拼I40工字鋼，以滿足貝雷梁安裝要求；支架貝雷梁底距承臺頂高度大于1.5m的，采用鋼管立柱+雙拼I40a工字鋼調平。

對于采用獨立樁基+系梁基礎支撐的18個支點，樁基采用旋挖鉆成孔，直徑1m，樁長25m～30m，鋼筋籠主筋φ20、長為12.5m～15m即半籠配筋，C20水下混凝土灌注成樁；樁頂設鋼筋混凝土系梁，混凝土標號C30，系梁頂面、底面分別配置10根φ20主筋，另外配置4肢箍筋。

2.1.2 支架搭設

支架總體施工順序為：樁基施工→樁頂系梁、承臺頂調平支墩施工→安裝工字鋼分配梁→安裝貝雷梁→安裝橫向方木→搭設碗扣式支架→安裝橫向工字鋼托梁→安裝縱向方木→安裝底模及側模。

支架基礎樁基施工前對地面進行整平，確保地面標高大于設計樁頂標高0.5m以上，以保證后續(xù)鉆孔樁混凝土灌注質量；該連續(xù)梁位于線路曲線上，施工時采用平分中矢法進行樁基定位。

樁頂鋼筋混凝土系梁施工完成強度達到70%后即可安裝貝雷梁，安裝前在系梁分中位置鋪設粗砂，然后鋪設20cm寬的調分鋼板，以便后續(xù)貝雷梁安裝。位于承臺上的支點，支墩安裝完畢后在支墩上橫橋向安裝雙拼I40a工字鋼作分配梁。

連續(xù)梁支架每跨橫橋向布設11組貝雷梁，共計30片。貝雷梁現場拼裝，每組長9m或12m，采用吊車吊裝，按平分中矢法定位；貝雷梁安裝時豎桿節(jié)點必須支撐在雙拼I40a；貝雷梁吊裝完畢后，在I40a工字鋼上采用[10槽鋼焊接限位器，防止貝雷梁橫向移動，并采用水平通長連接桿將貝雷梁連接成一整體。

貝雷梁吊裝完成后，在其上橫橋向鋪設15cm×15cm方木，順橋向間距60cm，然后在方木上安裝底托搭設碗扣式支架，碗扣式支架需按規(guī)范要求設置橫向、縱向、水平向剪刀撐。碗扣式支架搭設后安裝可調節(jié)頂托，調整好標高，在頂托上橫橋向鋪設I12.6工字鋼托梁，最后順橋向鋪設方木，形成模板支撐系統。

支架檢算：碗扣支架按照規(guī)范檢算，其強度、剛度及穩(wěn)定性滿足要求；貝雷梁受力狀態(tài)、樁基反力、系梁受力使用midas civil建模計算，貝雷梁強度、剛度滿足要求，樁基承載力、系梁抗彎、抗壓及抗剪強度滿足要求。

2.1.3 支架預壓

為消除基礎、支架非彈性變形，檢測支架彈性變形，確定施工預留拱度，保證成橋后線形，同時檢查驗證支架的安全性及穩(wěn)定性，支架搭設完成后對支架進行預壓。

連續(xù)梁共有12個節(jié)段，除2個B2合龍段外，還有3個A0節(jié)段、2個A1節(jié)段、4個B1節(jié)段?？紤]到施工成本，按工藝流程分階段預壓，即A0節(jié)段碗扣支架搭設完成以后，先進行該節(jié)段支架預壓；A0節(jié)段施工完畢，A1、B1節(jié)段支架搭設完成后再進行該節(jié)段支架預壓。預壓荷載按節(jié)段箱梁自重的60%→100%→120%分三級加載。預壓荷載物采用混凝土預制塊及成捆鋼筋，加載時嚴格按照順序加載，并模擬梁體荷載分布情況堆碼。

預壓前，在A0、A1每個節(jié)段支架頂布置30個觀測點，縱橋向布設在分段線處，支架底部觀測點設在貝雷梁內邊緣處并與支架頂觀測點對應，另外在貝雷梁1/3跨布置一排觀測點，橫橋向各5個；在B1每個節(jié)段布置40個觀測點，橫斷面布置與A0段相同。經實測，支架沉降與理論分析基本一致，滿足施工要求。

2.2 臨時支座

為保證連續(xù)梁在大懸臂狀態(tài)下穩(wěn)定，在37#、38#、39#墩頂處設置臨時支座，臨時鎖定梁體，以抵抗施工過程中因材料、設備等產生的不平衡彎矩，確保梁體不傾覆，臨時支座在墩頂A0梁段底模鋪設前完成。

2.2.1 臨時支座構造

(1)在37#、38#、39#墩每個墩頂永久支座兩側橫橋向各設一道臨時支座，臨時支座采用C50素混凝土，支座尺寸為50cm×57cm×550cm(寬×高×長)，上下面層設置10cm×10cm鋼筋網，網片采用φ10鋼筋，確保支座局部抗壓滿足要求；

(2)支座頂面與梁體相接部分15cm高范圍采用硫磺砂漿超墊，硫磺砂漿內埋設熱熔電阻絲，以方便后續(xù)臨時支座拆除；

(3)每個臨時支座內設置11根φ32精扎螺紋鋼，埋入墩身3.1m，待A0節(jié)段張拉完成后將預埋的精扎螺紋鋼進行張拉、錨固，預緊應力為90MPa。

2.2.2 臨時支座拆除

(1)臨時支座拆除時間：按照連續(xù)梁體系轉換過程中對臨時支座的解除時間要求拆除臨時支座；

(2)臨時支座拆除步驟：首先對熱熔電阻絲通電，加熱融化硫磺砂漿；切割臨時支座內埋設的11根精扎螺紋鋼；落梁，按設計進行梁體預應力索張拉；支架拆除后，再鑿除臨時支座混凝土；梁底打磨修理，保證外形美觀。

2.3 混凝土工程

2.3.1 混凝土拌制及運輸

連續(xù)梁梁體采用C50高性能混凝土，在混凝土拌和站集中拌制，拌制完成后由4臺10m3混凝土罐車水平運輸，垂直入倉采用2臺布料桿長37m的混凝土泵車輸送。

2.3.2 混凝土澆筑

總體原則：每跨混凝土的澆筑采取由下至上，由內向外，水平分層，橫橋向對稱方式布料，橫橋向混凝土澆筑順序為底板→腹板→頂板→頂板中部合龍。

A0節(jié)段混凝土縱向澆筑順序為從主墩墩頂向兩端對稱澆筑，A1節(jié)段澆筑從已澆筑A0節(jié)段根部向梁端推進，在距離梁端約5m位置處，從相反方向澆筑，最后在距離梁端約5m位置處合龍；B1節(jié)段從已澆筑A0節(jié)段根部向跨中推進。

2.3.3 混凝土質量控制

為保證混凝土施工質量，嚴格控制各項參數，坍落度為180mm～220mm，坍落度45min損失不大于10%，模板表面溫度控制在5℃～30℃，混凝土入模溫度控制在5℃～30℃。

2.3.4 混凝土養(yǎng)護

連續(xù)梁每一節(jié)段混凝土澆筑完成后，橋面混凝土接近初凝時，即根據混凝土表面不粘手、不粘土工布時采用土工布覆蓋，并及時灑水，灑水次數以保持混凝土表面濕潤為宜。連續(xù)梁腹腔內采用大功率風機進行連續(xù)通風，以降低箱室內混凝土表面溫度。

2.4 體系轉換及合龍施工

2.4.1 連續(xù)梁體系轉換

根據施工流程該連續(xù)梁體系轉換分為三個階段：

第一階段：支架搭設完畢后安裝永久支座、臨時支座，并對永久支座進行臨時固結；施工37#、38#、39#墩3個A0梁段，待梁段混凝土強度及彈模量達到設計65%時，張拉對應預應力索至600MPa；待梁段混凝土強度及彈模量達到設計100%時，張拉對應預應力索至設計值。該階段施工完畢后，連續(xù)梁37#、38#、39#墩形成3個T構。

第二階段：張拉臨時支座內預埋的φ32精扎螺紋鋼并進行錨固；同步施工A1、B1梁段，待梁段混凝土強度及彈模量達到設計65%時，張拉對應預應力索至600MPa；拆除中墩除水平約束以外的其他臨時支座；待梁段混凝土強度及彈模量達到設計100%時，張拉對應預應力索至設計值。該階段施工完畢后，連續(xù)梁37#、39#墩形成單懸臂，38#墩仍為T構。

第三階段：拆除邊跨支架，保留中跨支架，安裝中跨合龍段臨時勁性骨架，并臨時張拉對應預應力索至600MPa；施工B2梁段，待梁段混凝土強度及彈模量達到設計65%時，張拉對應預應力索至600MPa；拆除中墩臨時支座，形成永久支座，待梁段混凝土強度及彈模量達到設計100%時，張拉本階段對應預應力索至設計值。該階段施工完畢后形成4跨一聯連續(xù)梁。

連續(xù)梁體系轉換過程要注意按照預應力索張拉順序及時解除臨時支座的豎向、水平向約束，同時按照要求解除永久支座的水平約束。

2.4.2 合龍段施工

(1)合龍段施工在連續(xù)梁體系轉換的第三階段完成。施工方法：梁體懸臂段施工完畢后，利用跨中支架作為合龍段模板支撐系統，使用勁性骨架并臨時張拉預應力索對兩個懸臂端進行臨時鎖定，然后澆筑合龍段混凝土。

(2)合龍段臨時鎖定：臨時“鎖定”是連續(xù)梁合龍段施工的關鍵，合龍前使相鄰梁段臨時連接，保持相對固定、保證合龍段凈空，防止?jié)仓淆埗位炷吝^程中及合龍段混凝土未達到設計強度前相鄰梁段錯動，同時用來抵抗合龍段因溫度升高而產生的壓應力及梁體錯動而引起的豎向剪應力。合龍“鎖定”遵循又拉又撐的原則，即焊接勁性骨架和張拉臨時預應力束。

3 結語

該連續(xù)梁跨度大、結構復雜，地質條件差，但由于采用分段現澆施工方法，且支架結構設計合理、基礎處理符合實際、臨時支座及合龍鎖定措施得當，使實際應用效果良好：一是施工工期大大縮短，相比同類工程掛籃施工節(jié)約工期4個月；二是支架的不均勻沉降得到了有效控制，連續(xù)梁整體線性美觀；三是充分利用了閑置的碗扣支架、貝雷梁，加快了材料周轉速度，降低了施工成本。綜上所述，該連續(xù)梁分段現澆施工方法是一次成功的應用，為同類工程施工提供了參考和借鑒。