大跨度剛構連續梁臨時支座及體系轉換施工技術

劉俊斌

（中鐵二十局集團第一工程有限公司，陜西 西安 215151）

1 工程概況

南龍鐵路閩江特大橋位于福建省南平市境內，橋梁全長1066.41m，橋梁跨越峰福鐵路、閩江及朱熹路。此橋16#～20#墩為主橋范圍，主橋長度555m，為孔跨（118+216+138+83）m不對稱雙線剛構連續梁，主跨216m，為目前鐵路同類型剛構連續梁世界最大跨度。17#、18#墩水中主墩高59.5m，為固結剛構墩；19#墩為次主墩，連續墩，墩高53m，為圓端型空心墩；16#邊墩高61m；20#橋臺位于九峰山1#隧道進口。箱梁為變截面預應力連續箱形梁，單箱單室直腹板，箱梁底緣按圓弧曲線進行過渡。19#墩0#段長13m，箱梁中支點處梁高9.5m，合攏段高7.5m，頂寬12.0m，底寬9.2m，頂板厚62cm，腹板由55～150cm變化，底板由52～180cm變化。19#墩0#段長度13m，C55混凝土511.3m3，0#段懸挑出墩身部分長3.7m。0#段小里程方向為1#～8#段懸灌段，節段長度為7×4m+4.5m+2m（合攏段）；大里程方向為1#～12#段懸灌段，節段長度為7×4m+4.5m+2×5m+2m（合攏段）。箱梁與橋墩采用兩個球形支座連接，支撐墊石大小250cm×250cm，箱梁采用三向預應力體系，梁體縱坡為0%，橫坡0.8%。

2 施工方案及關鍵技術

19#次主墩為連續墩，小里程方向懸灌段為1#～8#段，懸灌至8#墩時進行138m次中跨合攏，大里程懸灌段為1#～10#段，即小里程138m次中跨合攏后，大里程再懸灌9#～10#段，然后進行83m合攏，故19#墩為非對稱懸灌梁連續墩。采用三角裝配式托架+碗扣支架澆筑施工，外模采用掛籃定型鋼模板，內模采用大塊組合鋼模，底模采用竹膠板，0#段混凝土一次澆筑成型。閩江特大橋非對稱結構如圖1所示。

2.1 臨時支座及體系轉換落梁措施設計

19#墩連續梁設置4個臨時支座，臨時支座縱橋向間距為3.0m，橫橋向間距為4.5m，以永久支座對稱布置。臨時支座采用混凝土+硫磺砂漿結構形式，在支座墊石前后兩側分別設置截面尺寸為250cm×70cm現澆混凝土塊做臨時支座，連續梁箱體與臨時支墩相接部位布設2層縱橫Φ12@10cm的鋼筋網片；臨時支座中心高度86cm，混凝土強度等級為C30，在臨時支座豎向中間位置設置厚度為8cm硫磺砂漿層作為體系轉換落梁措施，硫磺砂漿強度等級為M30；臨時支座設置Φ32精軋螺紋鋼筋做臨時錨固措施，單個臨時支座設置23組精軋螺紋鋼筋，每組2根，共46根，4個臨時支座共184根；錨固精軋螺紋鋼筋下料長度為4.5m，在墩身及梁體內錨固長度均為1.8m，上下錨固端均上精軋螺帽增加錨固效果；臨時支墩錨固精軋螺紋鋼筋橋墩托盤頂帽施工時預埋，并與箱梁底錨固，以抵抗懸灌梁施工過程中的不平衡彎矩；在硫磺砂漿層內布置電阻絲，通電接頭露外，待箱梁合龍后，切割臨時支墩豎向錨固鋼筋，通電熔化硫磺砂漿，使箱梁重量全部落在永久支座上，完成體系轉換。臨時支座及體系轉換措施結構如圖2、圖3所示。

圖1 閩江特大橋橋跨結構圖

2.2 臨時支座設計驗算

圖2 臨時支座及體系轉換結構設計圖

圖3 臨時支座硫磺砂漿電熱管設置結構圖

臨時支座截面尺寸為250cm×70cm，混凝土強度等級為C30，硫磺砂漿強度等級M30（設計計算抗壓強度取30/1.5=20MPa）。為確保施工安全，受力計算時，箱梁合攏前所有荷載均由臨時支座承擔，永久支座不考慮受力。抵抗不平衡彎矩錨固力由臨時支座錨固筋承擔。

（1）臨時支座截面強度檢算。箱梁未完成體系轉換前，永久支座不受力，梁體0#段至合攏段總荷載全部由臨時支座承擔，梁體預應力鋼筋混凝土容重取26kN/m3。

梁段自重產生荷載（0#、1#～8#段及合攏段）G1=（125.9+121.8+116.2+114.4+108.6+101.3+93+10 0.6+42.8）×2+511.3=2360.5t=61360kN。施工人員、機械設備及材料等施工荷載，取梁體重量的10%。即G2=G1× 10%=61360×10%=6136kN。臨時支座承擔的總荷載G=G1+G2=61360+6136=67496kN。故單個臨時支座所承擔的荷載N=G÷4=67496÷4=16874kN。

臨時支墩混凝土抗壓強度計算。混凝土所承受壓應力：

故臨時支座抗壓強度滿足要求，采用M40硫磺砂漿落梁滿足要求。

（2）精軋螺紋鋼筋錨固力檢算。梁體施工過程存在不平衡力矩，需對梁體進行臨時固結，精軋螺紋鋼筋僅考慮受拉，不考慮受壓，以承受豎向荷載及抵抗連續粱懸澆施工時的不平衡力矩。每個臨時支座設計46根Φ32精軋螺紋鋼筋錨固，鋼筋截面面積A=802.4mm2，設計強度值fpy=830N/mm2。精軋螺紋筋錨固應力按照設計強度75%計算。計算模型如圖4所示。

式中,l和w分別是樣本長度(l=80 mm)和寬度(w=10 mm)。具有碳纖維織物(Mm=1.888%)和無碳纖維織物(Mm=2.850%)的石墨復合材料的擴散率分別為1.90×10-5 mm2/s和2.93×10-5 mm2/s。水分含量隨時間的變化可以表示為:

圖4 結構計算模型圖

以最不利組合計算臨時支座錨固鋼筋抗不平衡彎矩能力，圖中A、D點距離支點最遠，根據力平衡原理，錨固筋錨固力相對支點產生的彎矩：

能抵抗最距離支點最遠處A、D點產生最大不平衡力：

梁體臨時錨固滿足要求，安全可靠。為確保施工安全，梁體要求對稱施工，減小不平衡彎矩。精軋螺紋鋼筋錨固長度按照錨固于C30混凝土計算：l=45d=45×32=1440mm，本設計錨固長度為1.8m，上下端均上精軋螺母增加錨固效果，確保安全可靠。

根據《鐵路橋涵設計基本規范》（TB 10002.1-2005），計算現澆箱梁抗風荷載能力。

2.3 臨時支座施工

臨時支座總高度為86cm，分3層次澆筑，第1層次澆筑C30混凝土35cm，第2層次澆筑M40硫磺砂漿8cm，第3層次澆筑C30混凝土43cm。在硫磺砂漿層內布置電阻絲，單個臨時支座內水平鋪設4套，上下位置為硫磺砂漿層厚中間位置，通電接頭露外，設計電熱管功率為2500W，通電電壓為220V，套管為銅管，保證正在通電的情況下電阻絲不能燒斷。電熱管通電線路全部采用并聯方式連接。

（1）臨時支座錨固鋼筋預埋。臨時支座錨固鋼筋每兩根一組，單個支座23組，共計46根。預埋時，必須進行準確的放樣，設置定位鋼筋，保證精軋螺紋鋼筋的錨固長度和垂直度滿足設計要求。為方便切除精軋螺紋鋼筋方便，精軋螺紋鋼筋緊靠臨時支座外邊緣，可以不留鋼筋保護層，必須保證預埋垂直度。為增大安全系數，確保錨固效果，精軋螺紋鋼筋上下兩端頭設置螺母；精軋螺紋鋼筋預埋時，杜絕采用電焊作業，防止電焊燒傷精軋螺紋鋼筋。

（2）臨時支座混凝土澆筑。臨時支座水泥混凝土按常規施工進行澆筑，混凝土分兩次澆筑，模板采用鋼模板，注意預留電熱管安裝孔洞。采用插入式振搗棒振搗，首次混凝土澆筑完成后表面需拉毛處理，保證硫磺砂漿層與混凝土面結合密實。第二次混凝土必須待硫磺砂漿層凝固并冷卻后方可澆筑，臨時支座混凝土頂面高程等同對應梁底高程，混凝土表面拉毛處理，確保梁底混凝土與臨時支座結合密貼。

（3）硫磺砂漿澆筑施工。硫磺砂漿具有硬化快、早強、施工方便、經濟安全等優異性。硫磺砂漿澆筑是臨時支座施工的重要環節，施工時嚴格按配合比進行施工。硫磺砂漿的熬制方法如下：①先將硫磺打成2～5cm的小塊，按比例稱好分批放入鍋中，加熱130～150℃熔化，邊熔邊放邊攪，注意防止局部過熱，以達到充分脫水的目的。②硫磺脫水后，分批將已攪拌均勻的130℃烘干細骨料、水泥放入鍋中不斷攪拌、脫水，混合均勻；注意要嚴格控制熬制溫度，一般為140～170℃，最高不超過180℃，熬制1～2h。③待硫磺砂漿熬制均勻、顏色一致、汽泡完全消失時，即可澆注，澆注溫度應保持在135～145℃。不合格可重新熬制，在二次熔化時可外加5%～10%的硫磺。④硫磺砂漿質量鑒定。在140℃時，澆入“8”字型抗拉試模中，觀察其冷卻時應無涌泡、凹陷、不密實、分層現象，將其打斷觀察，其頸部斷面內，肉眼看可見小孔多于5個，說明熬制時間不夠，通常延長熬制時間，直到眼見小孔小于或等于5個為止。

（4）體系轉換過程。待懸灌梁全橋合攏達到體系轉換條件后，首先采用風鎬鑿除臨時支座外壁混凝土，鑿除高度約20cm，完全外露豎向精軋螺紋鋼筋，采用氣割切除豎向精軋螺紋鋼筋，切除精軋螺紋鋼筋上下切口距離不少于10cm，保證體系轉化時的落梁是兩切口面不能接觸；然后接通電阻絲電源（注意采用并聯連接線路），熔化硫磺砂漿，通電熔化時間約6h，硫磺砂漿完全熔化，落梁到位，使箱梁重量全部落在永久支座上，完成體系轉換；最后采用風鎬鑿除臨時支座剩余混凝土或采用繩鋸切除，清理殘余硫磺砂漿及混凝土塊，對梁體與臨時支座接觸相應位置進行必要的修飾處理。

3 施工質量控制關鍵點

（1）精軋螺紋錨固鋼筋預埋。精軋螺紋鋼筋必須按設計位置準確固定牢固，不得電焊燒傷，保證垂直度。

（2）硫磺砂漿澆筑。嚴格按設計配合比澆筑，澆筑過程中避免混入雜質，基層表面應晾干、烘干或用熱風器吹干；用的粉料和細砂必須炒干后使用，并保證出鍋溫度為130～150℃，出鍋前應進行溫度檢查。熬制時間應充分，澆注前應對熔化物進行外觀檢查，以不出現明顯氣泡即可。澆注溫度應保持在135～145℃，不合格可重新熬制。

（3）硫磺砂漿澆筑需待第一層混凝土達到設計強度的80%后再進行澆筑，第三次混凝土需待硫磺砂漿完全冷卻后方可澆筑。

（4）電熱管水平設置并必須安放在硫磺砂漿層的層中間位置，外露電極需采取保護措施，涂抹黃油，防止電極折斷和銹蝕。

（5）體系轉換落梁前，必須確保豎向精軋螺紋鋼筋切斷，并仔細檢查精軋螺紋鋼筋上下切除口的間距不得少于10cm，處于“自由狀態”，防止精軋螺紋鋼筋未切除或間隙不夠，導致落梁時精軋螺紋鋼筋集中束受壓應力頂傷梁底混凝土。

4 施工安全及防毒措施

（1）起重吊裝等特種作業人員必須經過相關機構進行培訓考核合格，取得特種作業操作證后，才能上崗作業。

（2）硫磺砂漿熬制過程中，由于硫磺的受熱不均及熬制溫度不夠可能會導致產生大量的有毒氣體SO2。因此在熬制過程中，施工人員應佩帶防毒口罩、防毒服等以防中毒，并應保證施工場地通風良好。

（3）通電熔化硫磺砂漿過程中，由于硫磺熔化、燃燒，產生大量的有毒氣體SO2，值班旁站人員應佩帶防毒口罩、防毒服等以防中毒，加強通風。

（4）箱梁體系轉換及鑿除臨時支座施工過程中，屬于高空作業施工，施工人員必須正確系好安全帶、佩戴安全帽及穿防滑鞋，確保施工安全。同時做好用電安全措施工作，由專業電工進行用電線路連接及檢查，確保線路正確，通電過程中技術人員及電工現場旁站，確保落梁順利。

5 結束語

臨時支座設計及施工是大跨度剛構連續梁施工的重要環節。通過工程實例，采用水泥混凝土與硫磺砂漿組合，預埋設置精軋螺紋鋼筋抵抗施工不平衡力錨固措施，預埋電熱管做臨時支座落梁措施。精軋螺紋鋼筋具有強度高、施工方便、錨固性能好的優點，硫磺砂漿具有硬化快、高早強、可熔性好、操作簡單等特點。剛構連續梁懸臂施工安全可靠，落梁及體系轉換平衡同步，有效確保了施工質量，而且落梁速度快、省工省力、功效高，經濟效益及社會效益明顯。文章研究對類似工程起借鑒作用。