大跨度鐵路連續梁(60+100+60)m墩梁體外臨時固結施工技術

李錦群

(中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江 湖州 313000)

1 工程概況

新建溫州樂清灣港區鐵路東西干河特大橋預應力混凝土連續梁跨度為(60+100+60)m,梁全長為221.7 m,主墩為51#墩、52#墩,邊墩為50#、53#墩。橋梁在DK53+640處跨越東西干河,兩線交點處的右偏角為30.92°,交點處的水面標高為2.45 m,河面寬度45 m。(60+100+60) m連續梁橋采用單線設計在直線上,橋梁采用懸臂澆筑施工方法,單T構采用“25”個懸臂澆筑節段,梁段最高為7.4 m,最低為直線段處3.6 m,0號塊長度為12 m,直線段為6.25 m,梁體為變截面、變高度結構,梁體頂寬7.2 m,底板寬為5 m(除墩頂梁2.4 m加寬1.2 m),頂板厚度320 mm,腹板厚度450～750 mm,底板厚度455～900 mm。在端支點、中支點、跨中共設5個橫隔板，隔板設有進人孔供檢查人員通過。50#墩位于東高橋村內在虹淡路人行道上需要改路,53#墩位于平瑤村內,51#位于東干河中,水中墩需搭設棧橋和水中平臺。1/2全梁B-B剖面圖見圖1。

圖1 1/2全梁B-B剖面圖

2 墩梁臨時固結方法

2.1 墩梁臨時固結構造

0號塊墩梁臨時固結,51#墩及52#墩承臺內各預埋16根φ32精軋螺紋鋼(每個支墩預埋8根),預埋深度1.5 m,端頭用P3墊板做支墊,螺帽緊固。另一端預留8.5 m長,精軋螺紋鋼穿透φ800壁厚10 mm鋼管樁,再伸入梁體腹板底部1 500 mm,0號塊澆筑時將預留的精軋螺紋鋼一并澆筑。梁底預埋精軋螺紋鋼處設置一層φ12@100 mm鋼筋網,防止墩頂表層混凝土受預應力張拉而開裂。0號塊澆筑完畢后,待混凝土強度達到95%時張拉豎向精軋螺紋鋼,墩頂與梁底設置臨時支座。此外,亦可以將精軋螺紋鋼一端錨固在橋墩頂部,另一段伸出0號塊梁體頂部,待0號塊強度及彈性模量達到設計要求時,張拉精軋螺紋鋼,墩頂與梁底設置臨時支座。跨度較大(主跨達到100 m及以上),懸臂澆筑時不平衡彎矩很大,甚至超過主墩縱向抗彎抵抗矩,容易造成主墩頂部混凝土受到彎曲破壞。體外臨時固結將不平衡彎矩作業于承臺上,臨時固結精軋螺紋鋼對臨時支座的力臂較大,能更好地抵抗懸臂澆筑時的不平衡彎矩。承臺縱向長度較墩身大,縱向抗彎力遠遠大于墩身。51#墩縱立面圖見圖2,墩身縱向長度3.4 m遠遠小于承臺縱向長度9.4 m。

圖2 51#墩縱立面圖

2.2 錨固螺紋鋼設計

精軋螺紋鋼錨固長度計算及連續梁最大不平衡計算。

假設A12節塊澆筑時不平衡重為該節塊重量的1/3,(即262.25 kN),A12節塊形心到臨時支墩之間的距離L1=42.9 m,縱向兩排臨時支墩中心線之間的距離L2=8.2 m。

經計算,一根精軋螺紋鋼拉力N=171.5 kN<1/1.5×830 kN=556.1 kN,滿足要求。其中單根PSB830φ32精軋螺紋鋼許用抗拉力=1/1.5×830 kN=556.1 kN。1.5表示精軋螺紋鋼許用抗拉力安全系數。

預應力筋錨固長度計算公式：

la=1.1a·(fpy/ft)·d

(1)

式中:d為預應力筋的公稱直徑,0.032 m；

a為鋼筋的外形系數,帶肋鋼筋取0.14；

fpy為預應力鋼筋的抗拉強度設計值,查《混凝土結構設計原理》附表10-7,得fpy=450 N/mm2；

ft為混凝土軸心抗拉強度設計值,查《混凝土結構設計原理》附表10-2,得C35鋼筋混凝土ft=1.52 N/mm2。承臺混凝土強度為C35,鋼管柱混凝土強度為C40,梁體混凝土強度為C50。計算錨固長度取最小值C35計算。經計算,最小錨固長度la=1.46 m。

2.3 鋼管支架設計

51#、52#承臺施工時在鋼管柱中心各預埋8根精軋螺紋鋼,墩身施工完畢至墩頂,在承臺上拼裝鋼管支架并填充C40混凝土,并在墩頂安裝永久支座及臨時支座,鋼管架上搭設工字鋼縱橫梁,同時采用20號槽鋼將墩身與鋼管柱連接牢固。0號塊沿縱向設置托架。

鋼管柱沿縱向切割寬×高=250 mm×410 mm方孔,縱梁主梁采用I40b雙拼工字鋼,從方孔穿越,一端由鋼管樁支承，另一端焊接在橋墩預埋鋼板上。橋墩上預埋鋼板采用500 mm×500 mm×20 mm。縱梁上設置砂箱,砂箱上設置橫向分配梁,橫向分配梁采用I40b雙拼工字鋼。橫向分配梁上設置縱向分配梁,縱向分配梁為I25b型鋼,腹板之間間距為0.4 m,設置7I25b,兩側翼緣板各設置3根I25b,間距為0.4 m。腹部設置4根I25b,間距為0.25 m。縱向分配梁上設置100 mm×100 m方木,間距0.3 m。方木上設置底模,底模橫肋采用10號槽鋼。

采用6根I40b工字鋼作托架,托架與縱梁及縱向分配梁采用搭接鋼板焊接。底部與承臺預埋鋼板焊接。0號塊支架A-A剖面圖見圖3，0號塊支架B-B剖面圖見圖4。

圖3 0號塊支架A-A剖面圖

2.4 臨時支座設計

在體系轉換前,永久支座不受力。為使得單T構在懸臂澆筑過程中不發生傾覆,在主墩墩頂兩側設置臨時支座,用作承受單T構豎向受力的支點,同時也可作為單T構不平衡抵抗矩的支點。

臨時支座尺寸為2 000 mm×600 mm×600 mm。臨時支座選用C50混凝土,查《混凝土結構設計原理》C50混凝土中心受壓容許應力[σ]=13.4 MPa[1]。51號墩T構總重量為：N1=29 073.72 kN。取為Np=1.2N1,每塊臨時支座的承壓力為σ=NpA=7.27 MPa≤13.4 MPa=[σ]符合要求。

圖4 0號塊支架B-B剖面圖

懸臂澆筑時,主墩錨固措施中支點處最大豎向力主要由臨時支座承擔,相應的不平衡彎矩由連接承臺、鋼管柱與梁體精軋螺紋鋼承擔。0號塊澆筑完畢后,通過砂箱落架拆除縱向分配梁、方木及底模,為拼裝掛籃挪出空間。鋼管樁暫不拆除。待邊跨合攏段澆筑并完成張拉后,進行體系轉換時,拆除鋼管樁,解除臨時固結,使主墩永久支座受力。

3 墩梁固結施工方法

3.1 支座安裝

先安裝永久支座,然后在墩頂臨時支座位置鑿毛、安裝鋼筋、支立模板、澆筑C50混凝土。臨時支座平面尺寸為2 m×0.6 m,每個主墩設4個。主墩墩頂臨時支座平面示意圖見圖5。臨時支座覆蓋保濕養護14 d，待混凝土強度達到100%時方可澆筑0號塊混凝土。

圖5 主墩墩頂臨時支座平面示意圖

3.2 施工安全防護

掛籃桿件在吊裝時應執行“一機一人”防護,防止臨時支墩受到撞擊發生傾斜及倒塌。承臺施工時預埋的精軋螺紋鋼伸出承臺部分應搭設臨時支架作為支撐,防止精軋螺紋鋼彎曲變形。

3.3 施工后恢復正常設計構造

邊跨現澆段及12號段施工完成后,安裝邊跨合攏段臨時剛性結構,并臨時張拉部分縱向預應力鋼束(2T14和2SB3)。澆筑邊跨合攏段混凝土,張拉T15,SB1、SB2、SB4、SB5縱向預應力鋼束(臨時張拉的縱向預應力鋼束(2T14和2SB3)應放松并重新張拉至設計噸位)及豎向預應力筋。拆除主墩51#、52#頂臨時支座及臨時支墩(即解除臨時固結),使主墩永久支座受力,且將主墩縱向臨時約束鎖定。

4 結 語

大跨度連續梁0號塊體外臨時固結技術[2],經實例驗證錨固可靠,現場操作較為簡便,有利于消除懸臂澆筑時的不平衡彎矩,提高掛籃懸臂澆筑時連續梁T構的整體穩定性。與體內臨時固結相比,不僅固結后支架更加穩定,同時降低了墩身抗彎剛度不足導致結構破壞的風險,而且所用精軋螺紋鋼數量較少,從而大大節約了成本。

[1] 沈蒲生.混凝土設計原理[M].3版.北京:高等教育出版社,2007．

[2] 劉東躍. 施工臨時支撐結構專項技術方案[M].沈陽:遼寧科學技術出版社,2013．