摘要:山西中南部鐵路通道ZNJL-16標(biāo)管段東平湖滯洪區(qū)特大橋跨柳長(zhǎng)河的1-(65+112+65)m連續(xù)梁采用掛籃法施工，本文結(jié)合自身施工經(jīng)驗(yàn)及總結(jié)，重點(diǎn)對(duì)菱形掛籃中跨合攏段施工過(guò)程中容易出現(xiàn)的安全、質(zhì)量及文明施工等問(wèn)題及預(yù)防、控制措施進(jìn)行介紹，而鋼筋加工安裝、灌筑混凝土和預(yù)應(yīng)力施加質(zhì)量、梁體線形、體系轉(zhuǎn)換、合攏段施工等是連續(xù)梁懸臂灌筑法工藝和質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

　　關(guān)鍵詞:菱形掛籃法,現(xiàn)澆梁施工,中跨合攏段,施工控制

　　1 工程概述

　　1.1工程簡(jiǎn)介

　　東平湖滯洪區(qū)特大橋316-319#墩跨柳長(zhǎng)河采用1-(65+112+65)m跨連續(xù)梁跨越。連續(xù)梁懸澆節(jié)段為0-15#塊，單側(cè)懸澆長(zhǎng)度(7m+4×2.5m+6×3m+5×4m)56m。16#節(jié)段為邊跨合龍段，長(zhǎng)度2m,截面高度5.7m ，混凝土方量26.576m3,重量69.098t。16ˊ#節(jié)段為中跨合龍段，長(zhǎng)度為2m，截面高度5.7m,混凝土方量36.411m3，重量94.669t。梁體混凝土設(shè)計(jì)采用高性能C50混凝土。

　　1.2工法特點(diǎn)

　　菱形掛籃法現(xiàn)澆梁施工是采用移動(dòng)式掛籃作為主要施工設(shè)備，以橋墩為中心，對(duì)稱向兩岸利用掛籃逐段灌筑梁段混凝土，待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，張拉預(yù)應(yīng)力束，再移動(dòng)掛籃，進(jìn)行下一節(jié)段的施工。懸臂灌筑每個(gè)節(jié)段長(zhǎng)度一般2～6m，其主要特點(diǎn)是：

　　⑴橋梁在施工過(guò)程中產(chǎn)生負(fù)彎矩，橋墩也要承受由施工而產(chǎn)生的彎矩，因此懸臂施工宜選用營(yíng)運(yùn)狀態(tài)的結(jié)構(gòu)受力與施工階段的受力狀態(tài)比較接近的橋梁中選用，如預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)橋、變截面連續(xù)梁橋和斜拉橋等;

　　⑵非墩梁固接的預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，采用懸臂施工時(shí)應(yīng)采取措施，使墩、梁臨時(shí)固結(jié)形成“T構(gòu)”，梁體施工完成后，需進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換;

　　⑶采用懸臂施工的機(jī)具種類很多，就掛籃承重系統(tǒng)而言，有三角形構(gòu)架、菱形構(gòu)架、自錨式構(gòu)架等多種型式，可根據(jù)實(shí)際情況選用;

　　⑷懸臂灌筑施工簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)整體性好，施工中可不斷調(diào)整位置，常用在跨徑大于100m的橋梁上選用;

　　⑸懸臂法施工可不用或少用支架，施工中不影響通航或橋下交通。

　　2施工工藝流程

　　2.1混凝土連續(xù)梁合龍梁段的施工順序，必須符合設(shè)計(jì)要求，以確保連續(xù)梁結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換后梁體內(nèi)力及變形符合設(shè)計(jì)要求。

　　2.2相鄰T構(gòu)梁體懸臂端中線、高程，應(yīng)在距合龍口2～3個(gè)梁段施工開始貫通測(cè)量控制，以保證合龍口的兩懸臂端中線、高程偏差控制在允許范圍內(nèi)。

　　2.3合龍梁段施工前，應(yīng)對(duì)兩懸臂端的中線、高程進(jìn)行測(cè)量檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)兩懸臂端中線和高程及其相對(duì)偏差大于15 mm時(shí)，應(yīng)采取措施實(shí)施糾正。合龍口糾偏措施應(yīng)經(jīng)設(shè)計(jì)單位和監(jiān)理單位同意。

　　2.4糾偏措施須待合龍梁段預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢才能解除。

　　3合龍口臨時(shí)鎖定

　　3.1混凝土連續(xù)梁的合龍口臨時(shí)鎖定力，必須大于解除合龍口任何一側(cè)梁墩臨時(shí)固定后各墩全部活動(dòng)支座的摩擦力，以保證合龍梁段混凝土從開始澆筑至縱向預(yù)應(yīng)力筋實(shí)施張拉過(guò)程中，不承受任何擠拉外力，避免引起混凝土開裂。

　　3.2混凝土連續(xù)梁合龍口臨時(shí)鎖定方法.應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

　　3.3合龍口臨時(shí)鎖定，應(yīng)在合龍口最大、懸臂端高程符合設(shè)計(jì)要求和相關(guān)規(guī)定時(shí)進(jìn)行鎖定。由于梁體收縮變形滯后于最低環(huán)境溫度約為2～3h，故在一日之晨進(jìn)行鎖定。鎖定前，應(yīng)先將剛性支撐的一端與梁端預(yù)埋件焊接，到計(jì)劃鎖定時(shí)間時(shí)，再對(duì)稱、快速地將剛性支撐的另一端與梁體預(yù)埋件焊接。采用支拉共同鎖定方法，剛性支撐聯(lián)鎖后，將臨時(shí)預(yù)應(yīng)力筋按設(shè)計(jì)要求張拉力值盡快張拉，形成支拉鎖定結(jié)構(gòu)將合龍口鎖定。

　　3.4混凝土連續(xù)梁合龍口臨時(shí)鎖定后，應(yīng)立即將合龍口一側(cè)的梁墩固結(jié)及支座臨時(shí)鎖固約束解除，使梁的一側(cè)能在合龍口臨時(shí)鎖定裝置連接下沿支座自由伸縮。

　　3.5合龍口臨時(shí)鎖定設(shè)施，應(yīng)在合龍梁段縱向預(yù)應(yīng)力孔道壓漿前拆除。梁體預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)，用作臨時(shí)鎖定的永久預(yù)應(yīng)力束，張拉時(shí)間應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)要求時(shí)，應(yīng)在其他縱向預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢再補(bǔ)充張拉到設(shè)計(jì)值。

　　4吊架施工及模板安裝

　　4.1合龍梁段施工采用掛籃吊架做施工作業(yè)平臺(tái)，對(duì)掛籃及模板進(jìn)行改制，使其適應(yīng)與合龍口兩端梁段搭接需要。

　　4.2施工吊架的支點(diǎn)，應(yīng)設(shè)置在梁體腹板上，且宜設(shè)在距懸臂端不小于50 cm處。

　　4.3施工吊架結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)選用的型鋼類型、規(guī)格、力學(xué)性能等經(jīng)計(jì)算確定，并應(yīng)便利安裝和拆除，吊架承載力檢算時(shí)，構(gòu)件應(yīng)力安全系數(shù)應(yīng)不小于1.3，穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)不小于1.5。

　　4.4施工吊架安裝時(shí)，必須按吊架結(jié)構(gòu)安裝設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，梁體橫向應(yīng)同時(shí)對(duì)稱進(jìn)行結(jié)構(gòu)件安裝，并應(yīng)按照先錨固梁體上面承重梁后，再安裝下部結(jié)構(gòu)件進(jìn)行施工，確保吊架安裝施工安全。

　　4.5施工吊架拆除時(shí)間應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)要求時(shí)，應(yīng)在合龍梁段全部縱向預(yù)應(yīng)力筋張完畢和混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度等級(jí)后進(jìn)行拆除。拆除施工一般應(yīng)遵循先下后上、先外后內(nèi)的順序進(jìn)行，并應(yīng)做好警戒區(qū)域內(nèi)安全防護(hù)工作和拆除作業(yè)人員安全保護(hù)工作。

　　4.6模板設(shè)計(jì)、安裝除應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定外，合龍梁段模板與兩懸臂端梁體表面搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于30㎝，搭接縫必須緊密、牢固，搭接縫內(nèi)應(yīng)設(shè)置彈性膠條，以防止振搗混凝土?xí)r漏漿。

　　5混凝土施工

　　5.1合龍梁段混凝土澆筑前，全面檢查模板及吊架、鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道、鋼筋保護(hù)層及模板堅(jiān)固件等安裝情況。

　　5.2合龍梁段混凝土澆筑前，在合龍口兩端懸臂預(yù)加壓重穩(wěn)定懸臂。每一懸臂端預(yù)壓重量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)要求時(shí)可按合龍梁段現(xiàn)澆混凝土重量之半加載，并應(yīng)于混凝土澆筑過(guò)程中按等量換重方式逐步撤除。為調(diào)整合龍口懸臂端高程、高差所加壓重，在合龍梁段預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后才能拆除。

　　5.3合龍梁段混凝土在一天中氣溫最低時(shí)間段內(nèi)快速、連續(xù)澆筑。

　　5.4合龍梁段混凝士澆筑完成后加強(qiáng)保濕保溫養(yǎng)護(hù)，控制梁體內(nèi)外溫差，并應(yīng)將合龍梁段及兩懸臂端部1m范圍進(jìn)行覆蓋灑水，降低日照溫差影響。

　　6預(yù)應(yīng)力施工及體系轉(zhuǎn)換

　　6.1混凝土連續(xù)梁合龍梁段混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求條件時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉，預(yù)應(yīng)力筋張拉順序及張拉力值必須符合設(shè)計(jì)要求。合龍口臨時(shí)鎖定利用永久預(yù)應(yīng)力筋作為臨時(shí)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，其補(bǔ)充張拉施工應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)要求時(shí)應(yīng)在其他縱向預(yù)應(yīng)力筋全部張拉完畢再進(jìn)行補(bǔ)充張拉到設(shè)計(jì)錨固噸位。

　　6.2混凝士連續(xù)梁合龍梁段縱向預(yù)應(yīng)力筋全部張拉完畢，應(yīng)立即解除相應(yīng)T構(gòu)全部永久活動(dòng)支座的臨時(shí)鎖定設(shè)施，實(shí)現(xiàn)連續(xù)梁結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換。拆除相應(yīng)T構(gòu)梁墩臨時(shí)固結(jié)設(shè)施和臨時(shí)支座時(shí)，應(yīng)對(duì)稱、均勻施作，并應(yīng)觀測(cè)墩頂梁體高程預(yù)應(yīng)力和永久支座受力狀態(tài)變化情況，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)應(yīng)立即停止作業(yè)，查明原因，保證施工安全。

　　6.3混凝土連續(xù)梁永久支座安裝位置和方向應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。當(dāng)合龍梁段全部按設(shè)計(jì)要求施工完畢形成連續(xù)梁體系之后，發(fā)生承永久活動(dòng)支座預(yù)偏量大于允許值等情況，必須頂起梁體進(jìn)行調(diào)整施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)定制訂專項(xiàng)頂梁施工方案，并應(yīng)征得設(shè)計(jì)單位和監(jiān)理單位同意后進(jìn)行施工，嚴(yán)防梁體破損。

　　6.4混凝土連續(xù)梁合龍梁段預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿、封錨等應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。

　　7勁性骨架設(shè)計(jì)

　　為了減少兩端懸臂受溫度變化的影響可能產(chǎn)生縱向伸縮使合龍段節(jié)段長(zhǎng)度變化，從而導(dǎo)致合龍梁段混凝土凝固過(guò)程中受到張拉或壓縮的超應(yīng)力的影響而產(chǎn)生裂縫，在澆筑合龍段混凝土前采用勁性骨架(臨時(shí)外支撐)和施加預(yù)應(yīng)力束外拉的方式將兩端懸臂臨時(shí)聯(lián)結(jié)，保證混凝土的完整。

　　7.1 (65+112+65)m連續(xù)梁鎖定形式

　　(65+112+65)m連續(xù)梁采用體外鎖形式，采用2[40C槽鋼組合焊接為勁性骨架支撐(臨時(shí)外支撐)并張拉合龍口一定范圍內(nèi)的頂?shù)装迮R時(shí)預(yù)應(yīng)力束外拉的方式將兩端懸臂臨時(shí)聯(lián)結(jié)共同鎖定用剛性支撐抵抗混凝土升溫時(shí)產(chǎn)生的壓力，用預(yù)應(yīng)力抵抗降溫時(shí)產(chǎn)生的拉力，以保護(hù)合龍段混凝土的完整。

　　在梁面合龍口頂板預(yù)埋3塊600×1000×20mm鋼板，底板頂預(yù)埋3塊600×1000×20mm鋼板做為板面預(yù)埋件，每塊鋼板下方加焊24根φ20mm的“U”型鋼筋進(jìn)行錨固，鋼筋與預(yù)埋板采用滿焊并與鋼板焊接埋入混凝土內(nèi)，勁性骨架支撐采用2[40C槽鋼焊接而成，兩根一組，共6組。剛性支撐見(jiàn)附圖。

　　7.2 合龍力學(xué)分析原理和計(jì)算過(guò)程

　　7.2.1合龍力學(xué)分析原理

　　由于合龍期短，可不計(jì)混凝土的徐變，對(duì)箱梁斷面較大，由于溫度升高將會(huì)產(chǎn)生數(shù)千噸的溫度內(nèi)力，剛性支撐無(wú)法承受，故為了方便施工，宜在合龍口鎖定后立即釋放一端梁的滑動(dòng)支座約束。當(dāng)梁體滑動(dòng)支座約束解除后，合龍口剛性支撐受力情況發(fā)生變化，邊跨合龍應(yīng)力計(jì)算情況示意圖見(jiàn)圖4.2：

　　圖4.2 橋梁合龍應(yīng)力計(jì)算示意圖

　　當(dāng)升溫Δt時(shí) N=Q×f+Ny

　　式中：N-----合龍口剛性支撐所受壓力

　　Q-----支座(模板)上的梁體重量

　　f-----支座(模板)與混凝土的摩擦系數(shù)。邊跨合龍時(shí)邊跨模板與混凝土的摩擦系數(shù)取0.15，中跨合龍時(shí)活動(dòng)支座摩擦系數(shù)取0.05。

　　Ny----預(yù)應(yīng)力束的張拉力

　　當(dāng)降溫Δt時(shí) N=Ny- Q×f

　　由以上分析可見(jiàn)，合龍口剛性支撐是升溫時(shí)控制。在合龍口施工設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)實(shí)際情況，測(cè)得混凝土澆筑時(shí)混凝土達(dá)到足夠強(qiáng)度時(shí)的溫度Δt，由此計(jì)算出梁體降溫時(shí)產(chǎn)生的溫度內(nèi)力，若其小于Q×f，則可不設(shè)或少設(shè)臨時(shí)預(yù)應(yīng)力束，若其大于Q×f，依抗裂安全要求，可求得所需預(yù)應(yīng)力值，即

　　令 N=Ny- Q×f=0

　　Ny= Q×f

　　考慮安全系數(shù)K Ny= K×Q×f

　　N=Ny- Q×f=(K-1)Q×f

　　相應(yīng)地升溫時(shí)的軸向力為

　　N=Ny+Q×f=(K+1)Q×f

　　取K=1.2,則 N=2.2Q×f

　　根據(jù)最大N值驗(yàn)算勁性骨架。

　　7.2.2計(jì)算過(guò)程

　　(65+112+65)m連續(xù)梁計(jì)算過(guò)程

　　合龍邊跨時(shí)：

　　(65+112+65)m連續(xù)梁邊跨17#節(jié)段梁重Q=10463.18KN，17#節(jié)段模板與混凝土摩擦系數(shù)f=0.15。

　　N=2.2Q×f=2.2×10463.18×0.15=3452.85KN

　　同理合龍中跨時(shí):

　　(65+112+65)m連續(xù)梁T構(gòu)重與邊跨現(xiàn)澆段和邊跨合龍段梁重Q=68105. 83KN，活動(dòng)支座與混凝土摩擦系數(shù)f=0.05。

　　N=2.2Q×f=2.2×68105.83×0.05=7491.64KN

　　故中(邊)跨合龍段勁性骨架和臨時(shí)張拉預(yù)應(yīng)力值按照中跨受力較大設(shè)計(jì)偏安全，取N=7491.64KN，Ny=7491.64KN。

　　7.2.3勁性骨架驗(yàn)算和臨時(shí)預(yù)應(yīng)力張拉束值驗(yàn)算

　　(65+112+65)m連續(xù)梁采用體外鎖形式，采用2[40C工字鋼組合焊接為勁性骨架支撐。梁面頂及底板頂預(yù)埋6塊600×1000×20mm鋼板，每塊鋼板下方加焊24根φ20mm的“U”型鋼筋進(jìn)行錨固。

　　7.2.3.1勁性鋼骨架容許力計(jì)算

　　[40C截面特性：A=91.04cm2;重量q=71.47kg/m;Ix=19710cm4;Wx=985.6cm3;t=1.8cm;b=10.4cm，d=1.45cm,H=40cm,a=7.2cm

　　h1=H-2t=36.4cm

　　z=7.82cm

　　z0=b-z=2.58cm

　　Iy0=573.85cm4

　　Iz0=19496.2 cm4

　　Am=180.44cm2

　　組合截面的勁性骨架采用體外鎖形式，2[40C槽鋼與預(yù)埋鋼板焊接，可視為兩端固定，故勁性骨架按μ=1進(jìn)行壓桿驗(yàn)算。

　　2[40C槽鋼截面組合后最大臨界力：

　　Iz=2Iz0=38992.4 cm4

　　Iy=2Iy0+A(a/2+z)2=24680.04cm4

　　Iy< Iz

　　ry=( Iy / Am)1/2=11.695cm

　　μL/ry=1×340/11.695=29.07,取φ=0.938

　　則單個(gè)立桿勁性骨架受力：

　　[f]=215;

　　[N]= φ×Am× [f]=0.938×180.44×215=3639.13KN

　　每個(gè)合龍段工設(shè)置6根組合工字鋼，則其支撐力：

　　N=6×3639.13=21834.78KN>7491.64KN

　　滿足安全要求，其安全系數(shù)21834.78/7491.64=2.91,滿足安全要求。

　　7.2.3.2預(yù)埋鋼筋容許力計(jì)算

　　單個(gè)組合采用24根φ20mm的“U”型鋼筋，單根鋼筋抗剪力為Q=7491.64/6/48=26.01KN。

　　則：τ=Q/A=26.01×1000N/314mm2=82.83MPa<[τ]=140MPa

　　滿足強(qiáng)度要求。

　　7.2.3.3焊縫強(qiáng)度計(jì)算

　　N=7491.64KN，焊縫寬度取he=8mm,焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為： =160MPa

　　單個(gè)組合結(jié)構(gòu)用2[40C槽鋼焊接在600mm×1000mm×20mm鋼板上，焊縫長(zhǎng)度計(jì)算時(shí)取2000mm(下緣長(zhǎng))，對(duì)每條焊縫邊扣除10mm，實(shí)際焊縫長(zhǎng)Lw=1960mm,增大系數(shù)為βf=1.0，則：=N/he/Lw=7491.64×1000/6/8/1960=79.63<βf =160

　　焊縫滿足要求。

　　7.3預(yù)應(yīng)力張拉臨時(shí)束張拉力計(jì)算

　　中跨合龍段張拉頂板束為L(zhǎng)(15-7φ5)，左右各1束，共2束，每束的臨時(shí)張拉力為2000KN，底板為B14(15-7φ5)，左右各2束，共4束，每束的臨時(shí)張拉力為1000KN。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　菱形掛籃法連續(xù)梁中跨合攏段施工工藝復(fù)雜，存在的潛在施工安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)較高，需要我們嚴(yán)格按照施工工藝精細(xì)化的組織施工，認(rèn)真做好施工過(guò)程安全質(zhì)量控制，嚴(yán)格各工序卡控制度，認(rèn)真履行簽證和復(fù)檢程序，才能確保山西中南部鐵路通道東平湖滯洪區(qū)特大橋跨柳長(zhǎng)河連續(xù)梁施工質(zhì)量滿足重載鐵路標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)得起運(yùn)營(yíng)和歷史的考驗(yàn)。

　　參考 文 獻(xiàn)：

　　[1]《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB10424-2010)

　　[2]《客貨共線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》(TZ203-2008)