大跨度預應力混凝土框架墩結構受力特性及施工措施

袁書強

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西 太原 030024）

大跨度預應力混凝土框架墩結構受力特性及施工措施

袁書強

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西 太原 030024）

在橋梁工程施工建設中，大跨度預應力混凝土框架墩結構是一種常用的下部結構形式。以實際工程為例，首先對大跨度預應力混凝土框架墩受力特性進行分析，并對施工中改善框架墩結構受力的方法進行分析，然后對大跨度預應力混凝土框架墩結構的施工措施進行分析和探討。

預應力混凝土；框架墩結構；碗扣支架搭設

1 工程概況

新建濟青高速鐵路跨海青鐵路特大橋286～288號墩跨天然氣管道里程為 DK265+740.27～DK265+781.67，286～288號墩采用3個門式框架墩2～20 m簡支箱梁跨越天然氣管道。286～288號框架墩基礎為直徑1.25 m和1 m的鉆孔樁，樁長24.5 m，共計34根；承臺結構平面尺寸采用9.1 m× 5.7 m，7.6 m×4.8 m兩種，高度均為3 m，與天然氣管道邊沿最近距離5.1 m；框架墩墩柱為2.8 m× 2.8 m的方形立柱，墩高11 m；框架墩采用后張法預應力橫梁，橫梁尺寸為3.1 m×3.2 m×24.4 m，其凈跨為21 m，橫梁預應力鋼絞線采用雙端同步張拉。樁基和承臺采用C35混凝土，橫梁及立柱頂部1.5 m采用C50混凝土，立柱頂部1.5 m以下部分采用C45混凝土，封錨采用C50補償收縮混凝土。

2 受力特點及改善措施

2.1 受力特點

2.1.1 框架整體剛度分配的影響

一般來說，框架墩墩梁連接構造主要是墩梁鉸接、墩梁固結。在進行墩梁固結時，墩柱和蓋梁之間的相對剛度會對整體荷載的分配造成比較大的影響[1]。如果橋墩剛度比較大，那么蓋梁受到的彎矩會比較小；如果橋墩剛度比較小，那么蓋梁受到的彎矩會比較大。

2.1.2 空間受力體系

對于大跨度預應力混凝土框架墩來說，除了需要承受順橋向荷載，還需要承受自身平面內的荷載效應，因此需要對框架墩的空間受力情況進行分析。

2.1.3 基礎剛度的影響

在框架墩設計過程中，如果基礎剛度過大，會使墩柱驗算無法通過，影響蓋梁設計的安全性；相反，如果樁基剛度模擬值過小，亦會使蓋梁驗算無法通過，影響墩柱的結構安全性。

2.2 改善措施

在大跨度預應力混凝土框架墩施工和運營過程中，受蓋梁上部恒、活載支反力、蓋梁自重、預應力鋼束等因素的影響，在邊墩柱柱頂位置會產生偏向內側的水平位移，后期收縮徐變會使用此變形進一步加大，從而使邊墩產生偏位，影響邊墩受力情況[2]。為了使結構受力情況得以改善，可以在施工時向邊墩施加一個向外的水平頂推力，從而將上述因素造成的邊墩水平位移抵消掉，降低邊墩柱底彎矩效應。

3 框架墩結構施工技術

3.1 承臺的施工

286～288號框架墩的承臺分別開挖深度是6.2 m、4.9 m和6.5 m，承臺距離天然氣管道約為5.5 m，承臺基底超過地下水位，以粉質粘土為主，通過計算得出：選用放坡開挖方式完成承臺的施工，基坑開挖施工后需馬上進行臨時防護，并安排相關人員開始施工，2#加工廠內統一加工的承臺鋼筋在運送至現場后進行綁扎成型，并進行立柱鋼筋的預埋設。承臺模板為定型鋼模板，一次性完成澆筑施工。

3.2 立柱的施工

立柱施工前期，需使用全站儀完成立柱中心和輪廓的放線，并清除承臺頂面墩柱預設范圍內的浮漿，及時進行連接鋼筋的整修。施工選用兩排碗扣式腳手架，控制腳手架步距為60 cm，高程至墩柱模板頂端距離不低于50 cm，并布設防護網。立柱模板采用了定型大塊鋼模板，標準節和調整節分別是2 m和1 m，使用25 t吊車完成立柱模板單塊的吊裝，因立柱鋼筋密集度較高，結合混凝土自由落體高程不超過2 m，故選用翻模法完成立柱施工。當完成立柱鋼筋2 m的綁扎后，需安設第一節2 m模板，后澆筑第一層混凝土。當混凝土強度＞2.5 MPa時，采用人工鑿毛，之后進行第二節段的鋼筋綁扎施工，并安設第二節2 m模板；當混凝土強度＞2.5 MPa后，進行人工鑿毛及清潔表面浮漿，而后拆卸第一節2 m模板，保留第二節2 m模板，接著綁扎第三層3 m節鋼筋，安設模板后澆筑混凝土，完成施工后實時對立柱混凝土灑水養護。

3.3 搭建支架

圖1 現澆支架正面布局圖（單位：cm）

3.4 安設橫梁

橫梁長4.5 m，使用3根40b工字鋼并焊形成。橫梁吊裝施工前，需將40b工字鋼焊接成橫梁體，之后準確標注鋼管柱頂端的橫梁位置，使用人工和吊車配合完成橫梁安裝。工字鋼吊裝后滿焊將橫梁底端和鋼管柱頂板進行連接。貝雷梁由雙排加強型貝雷片組合而成，控制貝雷梁和橫梁間距為30～45 cm，使用標準桿件完成其連接，詳細布局圖如圖2。當完成貝雷梁的安裝后，使用吊車進行31根分配梁的吊裝，分配梁布局間隔為60 cm，長5 m。分配梁吊裝前，使用墨線或粉筆準確標出貝雷梁上分配梁的位置，選用人工和吊車配合的方式完成分配梁安裝。

圖2 現澆支架平面布局圖（單位：cm）

3.5 搭建碗扣支架

結合立桿和橫桿的設計要求，由底部至頂部依次完成立桿和橫桿的安裝，安裝時要控制立桿始終位于墊塊中心。通常先完成一個作業面底端的立桿和部分橫桿的安設，后逐層進行安設，并安設所有橫桿，待完成立桿和橫桿的安設后進行斜撐桿的安設，以此保障支架結構穩定。使用48 mm鋼管和扣件連接斜撐，安設時連接結構需盡量布設于框架節點上，并于碗扣支架的立桿頂端布設頂托，頂托超出梁高度不超過25 cm；于頂托上順著蓋梁橫向和縱向布設2層方木，并調平，控制上層方木間距為30 cm；于方木上端安設橫梁底模，并搭建上層鋼管的防護欄桿，施工平臺搭設于上層防護欄桿和橫梁底模之間。

3.6 支架的預壓施工

為減少基礎沉降和支架變形給現澆橫梁結構帶來的影響，需于底模和支架結構搭設完工后及時進行支架的預壓。使用砂袋完成支架預壓，控制單個砂袋重量約1 t，總重需超過橫梁總重的1.2倍，預壓前需完成砂袋稱重，為防止雨水對砂袋的影響，雨天時需用防水篷布覆蓋砂袋。預壓加載順序如下：

（1）加載順序：預壓加載按照（荷載總重）0→60%→100%→120%→100%→60%→0完成砂袋的加載和卸載，并及時測量和記錄每個級別下荷載觀測點的變形值，卸載原則是分層逐級卸載。

（2）預壓觀測：觀測點設于L/4、L/2跨處，以及墩部處，每組測點包括左右兩點，觀測標需固定于點位處。加載前、加載60%、100%、120%時，分別測量1次，后間隔3 h測量一次，詳細記錄各測點的數據值。壓重1 d后再次測量各測點數據，若最后兩次沉降量平均值不超過2 mm則可卸載。

3.7 穿束、張拉施工

橫梁鋼絞線穿束方法采用鋼套牽引法，穿束時選用膠帶裹纏鋼絞線頭，防止絞線頭鉤掛。張拉施工前，需認真檢驗張拉設備，標定合格后可投入施工。嚴格按照設計圖紙要求和相關規范完成張拉施工，張拉前需清除管道中的積水和雜物。使用4臺千斤頂由兩端分別進行左右對稱的同步張拉施工，張拉順序為0→0.1δk(做伸長量標記)→δk（靜停5 min）→補拉δk（測伸長量）→錨固。

張拉時要張拉和伸長值測量同步開展，使用應變和應力同時控制的方式進行張拉施工過程的控制，控制理論伸長值和設計伸長值誤差不超過6%，張拉時要統一指揮，若出現異常情況需馬上終止。完成張拉后24 h內要檢驗有無斷絲、滑絲現象的發生。

3.8 孔道的壓漿處理

張拉施工完成后，需在2 d內完成管道的壓漿操作。壓漿操作前期需保障管道壓漿流暢，與孔壁及漿液的結合性非常好，使用高壓水完成孔道沖洗，采用真空灌漿方式完成灌漿施工。管道壓漿施工時，拌和和壓漿需同步開展，當新鮮水泥漿經由出口冒出，與已壓漿注的稠度一樣時可停止作業[3]。此過程需控制水泥漿攪拌停止至壓入管道的間隔在40 min內，水泥漿液的質量要求密實飽滿，完成壓漿后需進行封錨混凝土的施工。

3.9 卸架施工

當第一批預應力施工完工，且壓漿強度滿足設計需求后，可進行支架的拆卸作業，拆卸支架的順序是先跨中后兩邊，均勻拆卸，盡可能控制兩側支架拆卸進程一致，并合理安置拆卸的支架。

4 結語

綜上所述，本文以實際工程為例，對大跨度預應力混凝土框架墩結構受力特征進行分析，然后對大跨度預應力混凝土框架結構的施工技術進行了分析和探討，工程施工后施工質量達到了預期要求，值得類似工程借鑒和參考。

[1]JTG D63-2012,公路橋涵地基與基礎設計規范[S].

[2]余江.高速公路大跨徑框架墩的設計研究[J].公路交通科技，2011(03)：56-58.

[3]萬明.剛度在框架墩計算中的影響[J].鐵道勘察，2010(09)：129-131.

廣東梅大高速公路梅州東環支線項目開工，預計2020年建成通車

廣東梅大高速公路梅州東環支線項目已全面開工，預計將于2020年建成通車。梅大高速公路梅州東環支線項目起點位于梅州市梅縣區丙村鎮丙村互通立交，與梅大高速公路相連，終點位于城東鎮竹洋互通立交，與天汕高速公路相接。路線全長15.08 km,全線雙向4車道，設計速度100 km/h。項目于2017年7月全面開工建設,預計2020年底全線建成通車。

該項目的建設將使梅州環城高速閉合成環，與梅大高速公路、長深高速公路及濟廣高速公路共同構筑粵東地區及粵東北地區的高速公路通道，進一步完善區域高速公路網。

U445

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1009-7716（2017）09-0117-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.09.034

2017-05-02

袁書強（1980-），男，山西太原人，工程師，從事預應力混凝土施工技術工作。