主跨64 m單線鐵路連續梁0號段吊裝施工設計與研究

姚君芳

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 方案概述

懸臂澆筑施工是預應力混凝土連續箱梁施工中一種比較常用的方法。連續梁橋主梁0號段由于結構受力復雜，梁段高、節段長、混凝土數量大、各向預應力管道密集交錯，給施工帶來較大的困難。主梁0號段采用的施工方法一般為落地支架法或墩旁托架法。已有許多學者進行了相關研究，文獻[1]介紹了落地支架法施工控制工藝；文獻[2]主要介紹牛腿托架施工方案及托架安裝技術。但是，這兩種方法施工周期均較長。因此，在工期特別緊張的情況下，對0號段施工方法進行改進很有必要。

新建北京至張家口鐵路工程延慶下行聯絡線特大橋跨越北京市延慶區八達嶺鎮大浮坨村烽火臺，跨度為(40+64+40) m。原設計為懸臂澆筑施工，0號段采用落地支架法。截面類型為單箱單室、變高度、變截面箱梁。擋砟墻內側凈寬4.50 m， 橋梁寬7.10 m，橋梁建筑總寬7.45 m。梁全長為145.50 m，計算跨度為(40+64+40) m，中支點處截面最低點處梁高5.00 m，跨中2 m直線段及邊跨9.75 m直線段截面最低點處梁高為2.70 m，梁底下緣按二次拋物線變化。

0號段長8 m，支座加寬處梁底寬5 m，其余梁底寬4 m。0號段總體積為103.71 m3，總質量為269.65 t。原計劃工期為2018年9月20日～11月30日。因施工所在地入冬早，0號塊必須在保證施工質量的前提下提前完成。

大噸位槽型梁跨越既有鐵路線吊裝[3-4]、跨既有鐵路鋼蓋梁吊裝施工[5]均有實際工程案例，但常規吊裝混凝土質量均小于200 t。對于本項目如此大型的0號段預制后吊裝，尚無實際的工程案例。

圖1 (40+64+40) m 連續梁1/2立面(單位：mm)

2 0號段吊裝方案介紹

施工工法由“落地支架法”方案變更為“橋下地面澆筑與吊裝”方案，需要解決如下幾個問題：①吊裝后如何對梁體進行定位和位置調整；②吊裝結構如何實現臨時固結；③大噸位吊裝點位的設計及受力計算。

圖2 0號段吊裝方案示意(單位：mm)

0號段吊裝方案如圖2，在梁底預埋4塊300 mm(順橋向)×760 mm(橫橋向)鋼板，墩頂設置4個600 mm(順橋向)×800 mm(橫橋向)先澆臨時墊塊(先澆臨時墊塊用于0號段吊裝后的支撐與精確調位)。在0號段梁底兩側預埋雙20b工字鋼B，共預埋4處，作為調整梁體順橋向位置的反力點。在橋墩頂帽兩側預埋雙20b工字鋼A，共預埋兩處，作為0號段左右調整位置的反力點。0號段在橋墩下預制，0號段底板預留4個1 100 mm(橫橋向)×600 mm(順橋向)的長方形孔，該處作為臨時固結措施的預留孔。臨時固結采用3根一束φ20 mm螺紋鋼N1。梁體吊裝就位后，預留孔處混凝土與后澆混凝土錨塊共同澆筑。

先澆臨時墊塊頂距離設計梁底面15 mm，其上鋪設一層10 mm厚MGE滑板。待梁體臨時就位后，調整梁體縱橫向位置達到設計要求后，采用千斤頂豎向頂起5 mm，使梁體到達至設計高程，灌注支座灌漿料。待灌漿料達到設計強度時，在墊塊及梁底之間采用鋼楔塊頂緊，卸載千斤頂，再澆筑后澆混凝土錨固塊。當后澆錨固塊混凝土達到設計要求后(強度及彈性模量達到100%，并且張拉齡期不小于10 d)，可取掉梁底及墊塊間的鋼楔塊。

先澆墊塊為0號預制節段的臨時支撐結構，也是該節段橫橋向及順橋向水平位置調整的滑動裝置，必須保證其頂面的密實度及平整度，應使4個先澆墊塊頂面在同一水平面內，任意兩點間豎向高差不大于1 mm。預制時，需要注意0號段梁體縱坡的影響，并嚴格控制梁底預埋鋼板底面位于同一水平面內，且任意兩點間豎向高差不大于1 mm。先澆臨時墊塊采用C50混凝土，后澆混凝土錨塊需采用補償收縮混凝土。墊石尺寸為：1 710 mm(順橋向)×2 200 mm(橫橋向)。

為保證梁體吊裝安全，需在頂板底設置4個加厚錨塊。梁體與吊具的接觸面均需磨光頂緊。采用φ32 mm精軋螺紋鋼筋固定吊具與梁頂板。由于原設計T1鋼束的預應力孔道并未在0號段施工時張拉，造成吊具接觸面上方有空的預應力管道。為了保證起吊時吊具接觸面上方混凝土沒有空隙，決定將原設計預應力鋼束T0與T1位置對換，及時張拉鋼束并壓漿。

圖3 中支點處預應力鋼筋布置(單位：mm)

3 主要施工步驟

(1)墩頂預埋先澆臨時墊塊及后澆混凝土錨塊鋼筋。墩身施工完成后，支模澆筑墊石混凝土。根據支座的錨栓孔預留錨栓孔位置，預留孔直徑應大于錨栓直徑5 cm。支座灌漿前，需復測墊石高程，鑿毛墊石頂面支座位置和錨栓孔壁混凝土，清除預留錨栓孔的雜物，并將鑿毛的墊石表面潤濕。

(2)在主墩附近橋下地面澆筑0號段，梁底預留后澆混凝土錨塊預留孔?；炷吝_到設計要求后，張拉預應力束并壓漿。

(3)安裝吊座，安裝位置梁面打磨平整，確保吊座與梁面整體密貼。

圖4 0號段吊點構造(單位：mm)

(4)0號段吊裝前，主墩四周使用盤扣架搭設0號段吊裝就位時人員的作業平臺。

(5)墩頂先澆臨時墊塊施工。臨時墊塊頂面高程須嚴格控制，墊塊頂部混凝土需認真收面，使用60 cm長的刮杠將頂面整體刮平，每個墊塊頂面四角和中心的高差、4個臨時墊塊之間的高差均應小于1 mm。在先澆臨時墊塊頂鋪設MGE滑板，在墊石頂安裝支座灌漿的模板。

(6)使用QUY650型650 t履帶式起重機緩慢、平穩起吊0號段至離地1 m，再安裝支座下錨栓。

(7)將0號段提升至主墩頂，通過墩頂和0號段梁底預埋的反力點調整0號段的平面位置；再將后澆混凝土錨塊鋼筋與梁底預留孔對位，支座錨栓和墊石上的預留孔對位后，緩慢下放0號段。采用4臺千斤頂豎向頂起5 mm，使梁體到達至設計高程，灌注支座灌漿料。千斤頂布設位置如圖2，順橋向間距為1.924 m，橫橋向間距為4.614 m。

(8)待灌漿料達到設計要求強度后，在墊塊及梁底之間采用鋼楔塊頂緊，再卸載千斤頂，梁底預留孔鑿毛，澆筑梁底預留孔與后澆混凝土錨固塊。當后澆錨固塊混凝土達到設計要求后，取出梁底及墊塊間的鋼楔塊。完成0號段與主墩的臨時固結。

4 吊點局部應力分析

為避免起吊過程中0號段產生局部破壞[6-7]，應對0號段吊裝狀態進行詳細的實體計算分析。采用土木結構有限元分析系統Midas FEA，精確模擬吊點的細部構造，采用四面體單元建立0號段的有限元模型。模型中順橋向為Y方向，橫橋向為X方向，豎向為Z方向。計入的荷載為自重和吊點力，其中吊點力分布在墊板上(如圖5)。由于結構和荷載都是對稱的，取1/4結構，橫橋向和縱橋向分別為對稱約束，底部為固定約束[8-10]。

圖5 0號段有限元模型

圖6 主拉應力分布(單位：MPa)

由圖6可以看出，最大主拉應力發生在加厚錨塊與箱梁腹板的交界處，為3.11 MPa，并沿橫橋向和豎向迅速衰減。該點屬于局部應力集中點，略大于規范容許值(2.79 MPa)。故布置φ28 mm的 N1鋼筋、φ28 mm的N2鋼筋和φ20 mm的N6鋼筋，以分散吊點拉應力(如圖4)。

圖7 吊點力引起的豎向正應力及變形(單位：MPa)

豎向正應力最大值為2.4 MPa，如圖7。由變形情況可知，該豎向力是由腹板彎曲造成的彎曲正應力以及軸向正應力疊加引起的[11-13]。

5 箱梁底板應力分析

為了設置臨時固結，在0號塊底板預留了4個1 100 mm(橫橋向)×600 mm(順橋向)的長方形孔(對梁底板有削弱作用)。為了分析在0號塊張拉頂板束后箱梁底板應力，分別建立縱向梁單元無預留孔、有預留孔計算模型[14-15]，計算結論如下：無預留孔的情況下，梁底正拉應力為0.304 MPa。有預留孔的情況下，梁底正拉應力為0.407 MPa。小于規范限值0.7fct′(fct′為預加應力或存梁階段混凝土的抗拉極限強度)。

6 結語

新建北京至張家口鐵路工程延慶下行聯絡線特大橋(40+64+40) m連續梁創新性地采用0號段“橋下地面澆筑與吊裝”方案，通過精心制定施工方案，最后提前46 d順利完成0號段預制與吊裝施工，未出現任何安全質量問題。該方案既節約了寶貴的工期，又避免了冬季施工。因此，在項目工期緊張的情況下，該方法具有較高的推廣價值。