拉林鐵路藏木雅魯藏布江特大橋主梁現澆吊架設計與施工關鍵技術*

張應紅，劉 濤，周 文

(1.中鐵廣州工程局集團橋梁工程有限公司，廣東 廣州 510800； 2.中南大學土木工程學院，湖南 長沙 410075； 3.中鐵廣州工程局集團有限公司，廣東 廣州 511459)

0 引言

中承式提籃鋼管混凝土拱橋混凝土主梁現澆施工，常規施工方法有支架現澆法、掛籃懸臂澆筑法等。拉林鐵路藏木雅魯藏布江特大橋(以下簡稱“藏木特大橋”)跨越雅魯藏布江深水庫區，支架法難以實施；混凝土主梁現澆節段長、噸位大，采用掛籃懸臂澆筑施工時對掛籃的結構強度及剛度要求高，且掛籃施工單節循環周期長，無法滿足項目工期要求；峽谷內長期有峽谷大風，最大可達12級，通過吊桿承力的掛籃會出現風振現象，現澆施工時混凝土接茬面處易出現裂紋。經多方面研究及對比，制訂了3孔貝雷梁組合式現澆吊架分3個工作面同步施工的方案，既解決了掛籃結構強度及剛度問題，又可拆裝倒用形成平行流水作業縮短工期，還可解決風振影響產生裂紋問題，具有施工方便、成本低、工期短等特點。

1 工程概況

藏木特大橋位于西藏自治區加查縣藏木水電站上游1.2km處，設計行車速度160km/h，單向行駛，設計使用壽命100年。橋梁全長525.1m，孔跨布置為(39+32)m連續梁+384m主梁+(28+34)m連續梁，主跨為430m中承式提籃鋼管混凝土拱橋。藏木特大橋橋式布置如圖1所示。

圖1 藏木特大橋橋式布置(單位：cm)

主梁為單箱雙室斜腹板截面全預應力混凝土梁，其中主梁標準段箱梁梁高3m，梁頂板寬18m，頂板厚0.33m，梁底板寬12m、厚0.3m，腹板厚0.35m，設計標準節段長8m，混凝土用量約為130m3，梁體每隔8m設置1組吊桿，在吊桿橫梁處均設橫隔板。大橋位于桑加峽谷藏木水電站庫區內，山高谷深，橋下平均水深66m，橋區時常有大風天氣，最大風力可達12級，橋址處存在年溫差小而日溫差大、陰坡與陽坡溫差較大的特點。

2 混凝土主梁現澆施工及吊架設計難點

1)混凝土主梁截面尺寸大、節段長、質量大，最大重300t，現澆吊架設計荷載大，且混凝土要一次澆筑完成，施工難度大。

2)橋位處峽谷風最大可達12級，且風場紊亂。受風荷載影響大，通過永久吊桿做承力結構的掛籃會出現風振現象，現澆施工時要保證混凝土接茬面處不出現裂紋，施工難度大。

3)混凝土主梁節段懸澆吊架要利用永久吊桿做承力結構，吊桿的上部錨固在呈提籃狀拱肋上，其空間角度均在變化，使懸澆吊架施工和箱梁線形控制難度加大，施工難度大。

4)現澆吊架主橫梁為主要受力結構，采用鋼板和型鋼焊接而成，高原高寒條件下主橫梁焊縫質量控制難度大，施工難度大。

針對以上施工難點，開展了科研課題研究，實施取得良好效果。本文對藏木特大橋混凝土主梁現澆及吊架設計等關鍵技術進行介紹。

3 混凝土主梁施工方案比選

通過詳細的現場調查及多方論證，對掛籃懸澆法、鋼管支架法及3孔貝雷梁組合式吊架現澆法3個方案進行反復研究比選，如表1所示。

表1 混凝土主梁現澆方案比選

最終綜合現場施工場地條件、安全、經濟等多方面比選，優選3孔貝雷梁組合式吊架現澆法施工。

4 貝雷片式現澆吊架設計

4.1 現澆吊架結構設計

3孔現澆吊架共分4節，采用銷軸連接，其主要結構由主橫梁+貝雷片系統、懸吊系統、模板系統、走行系統、平臺防護系統等組成，現澆吊架立面與橫截面如圖2所示。

圖2 現澆吊架(單位：cm)

吊架主橫梁為主要受力結構且受力較大，經計算設計為寬1m、高2m的大型箱形截面，采用2cm厚鋼板焊接而成，為了方便主橫梁與貝雷片連接和拆除，在主橫梁的側壁面設計了連接貝雷片陰陽頭的三角連接架，三角連接架采用2[10型鋼制作，在主橫梁與三角連接架制作過程中，須確保焊縫及銷孔精度質量滿足要求。主橫梁制作完成后將貝雷片與主橫梁三角連接架采用銷軸連接，整體作為吊架縱橋向的主要受力結構，為了方便后期模板標高調整，在貝雷片頂設計了可固定碗扣支架頂托的2[10 型鋼分配梁，在2[10型鋼分配梁頂設置碗扣支架頂托來調整底模板標高。支架后端錨固于已澆筑梁段上，前端通過接長吊桿與拱肋吊桿連接，可充分利用主體結構承受現澆段梁體荷載。

由于整個吊架通過吊桿懸吊在主拱上，且主要受力結構為主橫梁與貝雷梁組合結構，屬于柔性結構，為了加強吊架的縱、橫向剛度，在吊架后端設計了后短吊桿，將吊架與已澆筑的混凝土梁采用后短吊桿固定，橫橋向設限位裝置，且在吊架主橫梁底面設計縱、橫向連接系，確保吊架剛度和抗風振性能滿足要求。待吊架制作并驗收完成后采用纜索起重機分2次整體吊裝就位后懸掛在主拱上，調整至設計標高，錨固后短吊桿、接長前吊桿，進行后續節段綁扎鋼筋、澆筑混凝土等工序，通過吊架節段的循環倒用實現節段混凝土梁的流水作業施工。

4.2 模型計算

4.2.1計算工況分析

1)吊架工況1(見圖3a) 現澆吊架預制完成并驗收合格后由纜索起重機分2次將4節吊架起吊至已懸掛吊桿位置，每次起吊2節吊架，此時荷載包括2節吊架自重、模板自重及風荷載，所有荷載由4個起吊點承受。

圖3 吊架工況1～3(單位：cm)

2)吊架工況2(見圖3b) 吊架吊裝到位后，與后短吊桿及接長前吊桿連接，澆筑第1澆筑段混凝土且養護，安裝第2澆筑段模板和鋼筋，荷載包括4節吊架自重、第1澆筑段混凝土與模板自重、第2澆筑段模板與鋼筋自重、施工荷載及風荷載。

3)吊架工況3(見圖3c) 待第2澆筑段混凝土達到張拉強度后，張拉第2澆筑段預應力及后短吊桿；張拉完成后，用纜索起重機將第1，2節吊架整體前移，此時荷載包括2節吊架自重、第3澆筑段鋼筋與模板自重、施工荷載及風荷載。

4.2.2計算模型

采用MIDAS/Civil2018有限元軟件建立現澆吊架整體模型，依據施工工況對現澆吊架進行計算分析。通過梁單元模擬橫梁、貝雷片、分配梁及前、后吊桿，然后加載相應荷載，模擬與施工相近的邊界條件，對吊架各施工工況進行模擬計算。

4.2.3吊架計算結果

通過對吊架3個工況進行受力分析可知，吊架橫梁受力最不利工況為工況1，此時橫梁的跨度最大，為22m，橫梁的應力最大，彎軸組合應力為107.4MPa(允許值為215MPa)，剪應力為50.4MPa(允許值為125MPa)；吊架貝雷片受力及吊架撓度最不利工況為工況2，此時吊架承受最大荷載，貝雷片弦桿軸力為276kN(允許值為560kN)，貝雷片腹桿軸力為77kN(允許值為172kN)，吊架豎向最大撓度出現在吊架第2跨處，數值為33.3mm，相對撓度值為33.3-26=7.3mm(允許值為8 000/400=20mm)，吊架計算結果如表2所示。

表2 吊架計算結果

表2中括號外數據為吊架受力計算結果，括號內數據為吊架受力允許值，綜合上述結果分析，現澆吊架結構各部件受力均滿足要求，且有較大安全儲備。

5 施工關鍵步驟及流程

1)第1步 現澆吊架制作并驗收完成后由纜索起重機分2次將4節吊架起吊至待澆筑梁段位置，通過接長鋼棒與永久吊桿連接，安裝后錨固短吊桿，調好標高并進行預壓。現澆吊架施工流程1如圖4a所示。

2)第2步 驗收合格后綁扎第1澆筑段的鋼筋，安裝內模，澆筑混凝土。現澆吊架施工流程2如圖4b所示。

3)第3步 第1澆筑段混凝土養護，第2澆筑段鋼筋及模板安裝(留出第1節段預應力張拉所需空間)。現澆吊架施工流程3如圖4c所示。

4)第4步 待第1澆筑段混凝土達到張拉強度后，張拉第1澆筑段預應力,并按設計值預張拉第1澆筑段橫隔板處的后短吊桿，張拉完成后，澆筑第2澆筑段混凝土。現澆吊架施工流程4如圖4d所示。

5)第5步 第2澆筑段混凝土等強度時，安裝第3澆筑段模板與鋼筋。待第2澆筑段混凝土達到張拉強度后，張拉第2澆筑段預應力及后短吊桿；張拉完成后，用纜索起重機將第1，2節吊架整體前移。現澆吊架施工流程5如圖4e所示。

6)第6步 吊架前移至設計位置并用接長前吊桿連接，澆筑第3澆筑段混凝土。現澆吊架施工流程6如圖4f所示。

圖4 現澆吊架施工流程(單位：cm)

7)第7步 循環施工直至合龍前。主梁合龍時，兩岸吊架行走至跨中位置，利用兩岸吊架作為合龍口施工平臺進行合龍段施工。

6 結語

本文提出的3孔貝雷梁組合式現澆吊架設計，充分利用鋼管混凝土拱肋自身承載力，將主梁的現澆支撐架懸吊于主拱上，采用無支架設計，不受施工場地影響；結合工程實際，給出了現澆吊架的控制工況、受力分析結果及關鍵施工步驟與流程。