跨既有線頂推施工預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁設(shè)計(jì)及施工需要注意的問題

蘇國明

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司橋梁院，北京 102600)

1 概述

頂推的基本原理是箱梁重力通過滑塊作用于支撐墩上，通過連續(xù)作用千斤頂拽拉牽引鋼絞線，克服滑塊與滑道板之間的摩擦來達(dá)到梁體向前頂進(jìn)。頂推過程中，由于支撐位置的變化，梁體每個(gè)截面都承受正負(fù)彎矩的交替變換，需要根據(jù)頂推過程控制彎矩配置頂推用臨時(shí)束，鋼束配置原則布于頂、底板，不張拉腹板束，頂、底板配束根數(shù)基本相當(dāng);導(dǎo)梁的剛度會(huì)影響頂推過程梁體應(yīng)力，一般取主梁剛度的1/6～1/10;主墩及臨時(shí)墩需考慮支撐反力的1/10作為水平力，如果牽引千斤頂作用于此墩，則按兩者差值考慮，如梁體在縱坡上需疊加考慮。

以下結(jié)合工程實(shí)例，介紹跨既有線頂推梁的設(shè)計(jì)及施工問題。

2 簡支鋼管混凝土拱橋頂推設(shè)計(jì)及施工

北京市通州區(qū)通順路改建需上跨既有京承鐵路，與既有京承鐵路夾角為28°，擬定的全橋孔跨布置為:1孔40 m簡支箱梁+1孔128 m下承式簡支鋼管混凝土拱橋+1孔40 m簡支箱梁，主跨位于R=2 300 m的豎曲線上。

主橋采用梁拱組合結(jié)構(gòu)，與一般體外系桿拱橋不同的是必須采用先梁后拱的施工方法，拱肋位于系梁中間，系梁頂推就位后拱肋的安裝架設(shè)對橋下鐵路運(yùn)營均無干擾。系梁總長131 m，分3段澆筑36.5 m+86.1 m+8.4 m，中間段86.1 m長為頂推梁段，兩側(cè)為原位現(xiàn)澆，兩側(cè)梁段端部有端隔墻及拱腳，重力大，采用分3段的方式減輕了頂推重力，頂推重力為52 809 kN。

系梁采用單箱三室的箱形斷面，系梁高2.8 m，頂寬29.0 m，底寬20.5 m;頂板厚0.28 m，底板厚0.25 m，中腹板厚0.50 m，邊腹板厚0.35 m;中室在端部6.0 m范圍內(nèi)為實(shí)心段。導(dǎo)梁采用前、后導(dǎo)梁，前導(dǎo)梁為箱形，均與中腹板連接。

本橋的特點(diǎn)是與既有線斜交角度小(圖1)，為盡量減少頂推跨度，控制在40 m以內(nèi)，臨時(shí)墩順鐵路方向布設(shè)，前導(dǎo)梁采用箱形，頂推過程中存在前導(dǎo)梁一側(cè)受力而另一側(cè)不受力的情況，即形成空間梁格體系，而箱形鋼導(dǎo)梁抗扭能力強(qiáng)，滿足受力需要;由于橋?qū)掃_(dá)28 m，如臨時(shí)墩橫向位置對應(yīng)外側(cè)腹板，將使頂推跨度加大很多，頂推過程梁體應(yīng)力通不過;加設(shè)后導(dǎo)梁，減少混凝土梁體后懸臂長度，滿足了頂推過程的梁體受力需要;頂推時(shí)，各墩滑道頂高程位于同心圓上，以擬合主梁豎曲線，保證頂推過程各墩不會(huì)出現(xiàn)脫空現(xiàn)象;頂推階段頂板配置34束15-7φ5 mm鋼束;底板配置52束15-7φ5 mm鋼束。

圖1 臨時(shí)墩平面布置(單位:cm)

施工階段對于滑道高程、滑塊質(zhì)量、導(dǎo)梁與混凝土連接部質(zhì)量控制很好，整個(gè)頂推過程很順利，最小摩阻系數(shù)不到0.03。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁頂推設(shè)計(jì)及施工

唐山市開平區(qū)建華東道上跨鐵路專用線采用(30+40+2×30)m及3×28 m兩聯(lián)連續(xù)梁跨越既有線，均采用頂推施工法。

結(jié)構(gòu)采用單箱三室斜腹板、等高度箱形截面，梁高2.2 m，結(jié)構(gòu)頂面設(shè)2%的橫坡，截面中心處梁高2.37 m。箱梁頂板寬17.0 m，底板寬9.565 m，兩側(cè)懸臂板長各3.2 m。箱梁頂板厚度為28 cm，中墩頂和邊支點(diǎn)處增至38 cm;底板厚度為25 cm，中墩頂和邊支點(diǎn)處增至35 cm;邊腹板、中腹板厚度為60 cm。頂推梁段按10 m左右設(shè)置1道小橫梁，厚45 cm，兩側(cè)現(xiàn)澆部分不設(shè)置。

橋墩采用雙柱式門形橋墩，墩柱采用矩形截面，四周倒半徑20 cm的圓弧，墩頂兩墩柱之間用一矩形截面系梁聯(lián)結(jié)，系梁頂距離墩柱頂30 cm，墩柱截面為1.5 m(橫橋向)×2.2 m(縱橋向)，墩頂系梁為1.2 m(豎直)×1.8 m(水平)截面。

本橋的特點(diǎn)是主墩的設(shè)計(jì)需考慮頂推到位落梁需要，故墩頂加設(shè)系梁，系梁設(shè)計(jì)需考慮起頂受力需要;由于頂推過程需橫向限位，而主墩位置處于中間腹板處，導(dǎo)致橫向限位設(shè)置困難。

橫向限位采用鋼管立柱，與永久墩采用鋼管在墩頂橫向連接，在靠近鐵路側(cè)橫向限位受限界控制，只能與永久墩斜交布置。如圖2、圖3所示。

圖2 導(dǎo)梁、永久墩及橫向限位

圖3 橫向限位詳圖

4 鐵路簡支箱梁頂推設(shè)計(jì)及施工

新建衡茶吉鐵路跨越武廣客運(yùn)專線處有3條鐵路，武廣客運(yùn)專線、京廣鐵路及環(huán)發(fā)線(鐵路專用線)，形成一個(gè)三角地帶，如果采用轉(zhuǎn)體施工，順武廣客運(yùn)專線懸灌時(shí)將侵入京廣鐵路限界，并且墩高近40 m，轉(zhuǎn)體不可行;在武廣客運(yùn)專線上采用支架現(xiàn)澆風(fēng)險(xiǎn)大，時(shí)間長，難以獲得批準(zhǔn)，綜合考慮采用一孔48 m曲線簡支箱梁頂推施工，具有施工速度快、跨武廣客運(yùn)專線施工時(shí)間短、橋墩及梁頂無需加寬等優(yōu)點(diǎn)。如圖4所示。

圖4 頂推施工現(xiàn)場情況

梁長48.6 m，計(jì)算跨度為47.5 m。梁高為4.0 m、頂寬6.9、底寬3.6 m(梁端變?yōu)?.3 m)。跨中截面頂板厚34.5 cm，底板厚30 cm，腹板厚為32 cm;支點(diǎn)截面頂板厚64.5 cm，底板厚70 cm，腹板厚為105 cm。一孔梁混凝土345.4 m3。

梁體預(yù)應(yīng)力束分為成橋后永久用鋼束及頂推階段用臨時(shí)鋼束，臨時(shí)鋼束包括8根頂板束及2根底板束，均采用體內(nèi)束形式，其中臨時(shí)鋼束不灌漿，頂推完成后需拆除。頂推時(shí)由于支撐體系不斷變化，使得梁體各個(gè)截面正負(fù)彎矩交替變化，需要設(shè)置頂板臨時(shí)束及底板臨時(shí)束，并張拉底板永久束，而腹板束不張拉，使梁體截面上下緣均勻受壓，滿足頂推階段各種工況的需要。

臨時(shí)墩柱為φ1000 mm×16 mm鋼管柱，最大墩高39.79 m，單個(gè)橋墩設(shè)置4根鋼管柱。鋼管柱之間設(shè)橫縱向連接，將臨時(shí)墩柱連接為一整體。臨時(shí)墩與主墩之間縱向連接采用貝雷支架連接，共同承受水平力。臨時(shí)墩柱采用場外預(yù)制，現(xiàn)場拼裝焊接完成。貝雷支架橫向采用12片，既作為箱梁現(xiàn)澆時(shí)的支架，又作為箱梁頂推時(shí)臨時(shí)墩及永久墩之間的連接。

由于是曲梁，頂推過程中需及時(shí)糾偏。

5 頂推過程中易出現(xiàn)的問題

(1)初始起頂力過大

由于滑道處支撐剛度大，而非滑道處采用滿堂支架會(huì)產(chǎn)生彈性及非彈性變形，如果未考慮此影響，易出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)，導(dǎo)致其頂力過大;同時(shí)，滑道處滑塊頂包裹不嚴(yán)，混凝土澆筑時(shí)漏漿，也會(huì)導(dǎo)致頂力過大。

(2)滑塊難以塞入及滑塊壓碎

當(dāng)頂推梁體后端脫離支撐時(shí)，由于后懸臂較重，撓度較大，使得滑道處梁底與滑道縫隙減少，出現(xiàn)難以塞入滑塊的現(xiàn)象，可選用較薄的滑塊逐步調(diào)整;如果滑道頂高程不一致或滑塊質(zhì)量不過關(guān)，頂推過程會(huì)出現(xiàn)滑塊壓碎情況。

(3)墩底開裂及位移過大

為了節(jié)省施工投入，一般不會(huì)在每個(gè)墩都布設(shè)頂推千斤頂，而千斤頂?shù)膹埩εc摩阻力反向可以抵消，對于未布設(shè)千斤頂且墩高較高的橋墩，特別應(yīng)注意在水平力作用下墩底彎矩的檢算，如難以通過，可采用各墩串聯(lián)的方式加大其抗推剛度。

(4)導(dǎo)梁與混凝土梁連接處開裂

此處為頂推施工薄弱點(diǎn)及關(guān)鍵點(diǎn)，頂、底板預(yù)應(yīng)力應(yīng)靠近腹板布設(shè)，減少預(yù)應(yīng)力盲區(qū);同時(shí)該處普通鋼筋應(yīng)加強(qiáng)布置，設(shè)置精軋螺紋鋼筋將導(dǎo)梁與混凝土梁通過預(yù)施應(yīng)力加強(qiáng)連接;一般是頂推過程最大正彎矩控制設(shè)計(jì)，通過頂推前起頂導(dǎo)梁強(qiáng)迫位移可模擬此最不利工況，達(dá)到檢驗(yàn)此處連接是否可靠的目的。

6 結(jié)論

跨既有線橋梁有其特殊性，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮施工方法應(yīng)對鐵路運(yùn)營干擾最小，同時(shí)需快速通過。設(shè)計(jì)階段應(yīng)對頂推全過程做詳細(xì)分析，配置臨時(shí)束及鋼導(dǎo)梁，對于寬橋及支撐偏置應(yīng)做空間梁格分析;施工階段應(yīng)確保各滑道頂高程滿足設(shè)計(jì)要求，梁底平順，墩高較高時(shí)應(yīng)進(jìn)行串聯(lián)以加強(qiáng)抗推剛度，正式頂推前應(yīng)起頂導(dǎo)梁強(qiáng)迫位移模擬最不利工況，同時(shí)需確保滑塊質(zhì)量及滑道剛度，對于頂推是否順利起著關(guān)鍵作用。

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