王宏利

(中鐵十八局集團有限公司，天津 300222)

1 工程概況

京滬高速鐵路滄德特大橋跨南運河連續(xù)梁為預應力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu),主墩為C38和C39、邊墩為C37和C40,梁部計算跨度為(80.6+128+80.6)m,里程為DK236+472.47～DK236+763.67,全長290.9 m。梁部截面采用單箱單室,變高度、變截面直腹板形式,箱梁頂寬12.0 m,底寬7.0 m。頂板厚度除梁端附近外為450～650 mm,按折線變化；腹板厚640～1 100 mm,按折線變化；底板厚由跨中的520 mm按二次拋物線變化至根部的1 200 mm。中支點截面中心處梁高9.6 m；中跨跨中9.0 m直線段、邊跨21.95 m直線段,截面中心處梁高5.6 m。

除0號、22號塊在支架上現(xiàn)澆外,1號～20號塊均采用掛籃懸臂澆筑,其中0號塊長18 m,懸澆段節(jié)段長度從2 m變化到3.5 m,兩邊跨現(xiàn)澆段22號長度為16.45 m。邊跨合龍為2段,分別為21號段和21′號段,21號段為C37墩側(cè)22號與C38墩側(cè)20號合龍段、21′號段為C40墩側(cè)22′號與C39墩側(cè)20′號合龍段；中跨合龍為1段,為21′號段,為C38墩側(cè)20′號與C39墩側(cè)20號合龍段；邊跨及中跨合龍段長度均為2 m。見圖1。

圖1 (80+128+80)m連續(xù)梁施工分段示意

2 低溫施工合龍段概述

2.1 合龍段概述

合龍段施工是懸灌梁體施工中的一道重要工序,在主梁懸臂灌注完畢后應盡快完成與邊跨現(xiàn)澆段的合龍和中跨合龍段的現(xiàn)澆施工,使主梁由雙臂狀況轉(zhuǎn)化為連續(xù)整體,結(jié)構(gòu)體系發(fā)生變化。在合龍段施工過程中,因混凝土自重、溫度變化、施工荷載的作用,在懸臂梁段產(chǎn)生位移,影響合龍段混凝土與懸臂端的連接,易產(chǎn)生裂紋。因此滄德特大橋跨南運河(80.6+128+80.6)m連續(xù)梁邊跨、中跨合龍段施工采用勁性骨架支撐和臨時預應力的撐拉作用將合龍口臨時鎖定,同時在灌注混凝土時在合龍口處增加等載壓重,保持合龍口兩端無相對位移,從而保證在灌注混凝土時合龍段混凝土與懸臂梁段之間不產(chǎn)生裂紋。

2.2 低溫施工

低溫施工合龍段采取措施：支座安裝時準確設置預偏量；加熱、保溫保證合龍段混凝土的質(zhì)量；加熱、保溫和采用低溫型壓漿劑等措施保證壓漿的質(zhì)量。

3 支座預偏量設置

3.1 準確計算合龍時間

在0號段施工時,準確估算邊跨合龍、中跨合龍的時間,以便確定邊跨合龍月、中跨合龍月的平均氣溫。

3.2 支座安裝預偏量的計算

跨南運河連續(xù)梁C39為固定墩,因此在C37、C38和C40墩柱上安裝支座時均需設置縱向預偏量。該連續(xù)梁所在地區(qū)年平均氣溫為12.5℃；計劃合龍時間為2010年1月份,平均氣溫為-4.5 ℃。支座布置見圖2。

預偏量包括梁體收縮徐變和溫度影響兩部分,計算如下：各支座處的縱向預偏量公式Δ=-(Δ1+Δ2),式中負號表示按計算所得的偏移量反方向設置預偏量；Δ1為梁體收縮徐變量,設計圖紙已給出,直接取用。

Δ2=αΔtL

式中α——鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)線性膨脹系數(shù),取1.0×10-5；

Δt——合龍月均氣溫與該地區(qū)年均氣溫差值(注意固定支座側(cè)邊跨合龍段與另外一側(cè)活動支座要分開考慮,尤其2個T構(gòu)時間差距較大時)；

L——計算點到固定支座距離。

圖2 (80+128+80)m連續(xù)梁支座布置(單位：mm)

以C38為例計算：

設計圖紙給出Δ1=53 mm(指向固定支座)；

Δ2=αΔtL=1.0×10-5×(-4.5-12.5)×128≈

-21 mm(遠離固定支座)

Δ=-(Δ1+Δ2)=-32 mm(方向為遠離固定支座)

經(jīng)計算，各支座預偏量見表1。

表1 各支座預偏量

3.3 支座安裝

在0號段施工時,按計算的預偏量安裝支座。

4 合龍段施工方案

4.1 施工順序

合龍段按先邊跨后中跨的順序施工。(1)在20號、22號梁段澆筑完成后,拆除掛籃模板,安裝邊跨合龍段臨時剛性連接構(gòu)造,臨時對稱張拉2根頂板束T22以及2根底板鋼束B0,澆筑邊跨合龍段。(2)待合龍段混凝土達到設計強度后,張拉(或補拉)T22、B0～B3縱向預應力束及橫向、豎向預應力筋。(3)解除墩梁臨時固結(jié)措施,并將中墩活動支座的縱向約束臨時鎖定。張拉并錨固B4～B9縱向預應力束及橫向、豎向預應力筋。邊跨合龍段混凝土澆筑完成并張拉結(jié)束后,安裝中跨合龍段臨時剛性連接構(gòu)造,解除中墩活動支座的縱向臨時約束,張拉并錨固頂板臨時束2T21及底板合龍鋼束2D0。(4)采用懸吊支架現(xiàn)澆中跨合龍段混凝土。(5)待合龍段混凝土達到設計強度后,張拉(或補拉)并錨固D0～D13縱向預應力束及橫向、豎向預應力筋。預應力筋布置詳見圖3、圖4。

圖3 邊跨合龍段勁性骨架立面(單位：mm)

圖4 中跨合龍段勁性骨架立面(單位：mm)

4.2 施工工藝

4.2.1 合龍段模板

利用掛籃模板在支架上進行。

4.2.2 設置合龍段勁性骨架

合龍段采用外鎖定勁性骨架的方式進行施工。每個合龍段由4根勁性骨架(勁性骨架由2[32a型鋼加工而成)與箱梁兩懸臂端的預埋鋼板焊接而成。頂板設置2道,底板設置2道。詳見圖5、圖6。

圖5 合龍段勁性骨架平面(單位：mm)

圖6 合龍段勁性骨架側(cè)面(單位：mm)

(1)邊跨合龍勁性骨架

邊跨合龍段采用勁性骨架措施鎖定后,由于中墩臨時支撐尚未拆除, 在溫度變化作用下,邊跨直線段梁體會產(chǎn)生微小的滑動,因此需要由勁性骨架來抵消邊跨現(xiàn)澆段混凝土與模板之間的摩擦力以及邊墩支座的摩擦力。邊跨現(xiàn)澆段施工完成后,邊支座處支頂方木要拆除,使支座能夠活動。

木模板與混凝土之間的摩擦系數(shù)μ1=0.15,活動支座摩擦力系數(shù)μ2=0.05，則:

合龍段剛性支撐所受軸力

N=μ1G+0.5μ2G=(0.15+0.5×0.05)×

8 276.3=1 448 kN。

其中,G為邊跨現(xiàn)澆段梁段的重力。

假設采用雙根[32a型鋼焊成支撐骨架,每個合龍段4個,則每個剛性支撐所受應力

σ=N/A=1 448.4/(4×2×0.004 85)=

37 MPa <170 MPa

能夠滿足要求。

臨時張拉束：按受力及設計要求臨時張拉縱向預應力束來抵消由于梁體移動產(chǎn)生的摩擦力,按設計要求選擇2T22與2B0(均為19根預應力筋)。由于邊跨梁體最大摩擦力為1 448.4 kN,故每束鋼絞線張拉到1 448.4/4=362.1 kN即可。為確保不開裂,施工時對4束鋼絞線臨時各張拉到400 kN(此時預應力的拉應力為153 MPa,該預應力束的張拉控制應力為1 265 MPa)。待混凝土強度達到100%后, 按張拉順序張拉鋼束,將臨時張拉鋼束補張至設計張拉控制應力。

(2)中跨合龍勁性骨架

中跨合龍段的勁性骨架焊接后,勁性骨架以及預應力束來抵消滑動墩C38以及邊墩C37支座上的摩擦力。

此時摩擦力(等于合龍段剛性支撐所受軸力)為

N=μ2G=0.05×59 482.9=2 974.2 kN

其中G=0.5×(全橋梁體重力-中跨合龍段重力)

同樣采用2根[32a型鋼焊成支撐骨架,共布置4個,則每個剛性支撐所受應力

σ=N/A=2 974.2/(4×2×0.004 85)≈

77 MPa<170 MPa

能夠滿足要求。

臨時張拉束：按設計要求選擇2T21與2D0(均為19根預應力筋)。由于邊跨梁體最大摩擦力為2 974.2 kN,故每束鋼絞線張拉到2 974.2/4=743.6 kN即可。為確保不開裂,施工時對4束鋼絞線臨時各張拉到750 kN(此時預應力的拉應力為287.3 MPa,預應力束的張拉控制應力為1 265 MPa)。待混凝土強度達到100%后, 按張拉順序張拉鋼束,將臨時張拉鋼束D0補張至設計張拉控制應力。

4個骨架所承受的平均力為:2 974.2/4=744 kN,單個骨架在鋼板上焊縫長度為112 cm。為保證焊縫牢固,每個骨架與預埋鋼板的焊縫均采用四周滿焊,焊縫寬度16 mm。

4.2.3 混凝土施工

為了使混凝土盡早達到設計張拉強度和防止混凝土收縮裂縫的產(chǎn)生,在混凝土配合比中摻加膨脹劑,強度比梁體混凝土設計強度提高一級。

規(guī)范及設計要求“滿足正常施工溫度的條件下,合龍段混凝土澆筑時間應在一天中溫度最低時,并使混凝土澆筑后溫度開始緩慢上升為宜”,為此在合龍段施工前連續(xù)5 d測量當?shù)氐臍鉁刈畹忘c,以便正確選擇合龍時間,并且根據(jù)天氣預報確保合龍段混凝土澆筑完畢后連續(xù)5 d不得有大幅度降溫天氣,實際合龍溫度為-5 ℃。

混凝土澆筑前采用巖棉與棉被將合龍段的底模、側(cè)模進行包裹,混凝土澆筑結(jié)束后,及時對合龍段混凝土進行覆蓋保溫,蒸汽養(yǎng)護,溫度控制在20～25 ℃,達到設計強度和彈性模量的100%后進行終張拉。

4.2.4 預應力施工

先按設計張拉順序先補拉合龍臨時約束,再張拉其余的預應力束。張拉程序及工藝與懸澆段相同。

4.2.5 管道壓漿施工

用棉被嚴密封堵每孔箱梁的內(nèi)腔端部,在內(nèi)腔內(nèi)每2 m放1個火爐升溫,通過提高內(nèi)腔溫度來保證預應力筋管道溫度在5 ℃以上(梁體混凝土澆筑時在預應力筋管道處預埋測溫線,通過測溫試驗,確定火爐數(shù)量,確保溫度達到5 ℃以上)；采用低溫型壓漿劑保證壓漿的質(zhì)量。壓漿程序及工藝與懸澆段相同。

4.2.6 結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換

邊跨合龍完成后,待混凝土強度達到設計要求后,張拉(或補拉)T22、B0～B3縱向預應力束及橫向、豎向預應力筋。解除墩梁臨時固結(jié)措施,并將中墩活動支座的縱向約束臨時鎖定,使結(jié)構(gòu)由雙懸臂狀態(tài)轉(zhuǎn)換成單懸臂受力狀態(tài)。張拉并錨固B4～B9縱向預應力束及橫向、豎向預應力筋。邊跨合龍段混凝土澆筑完成并張拉結(jié)束后,安裝中跨合龍段臨時剛性連接構(gòu)造,解除中墩活動支座的縱向臨時約束,形成連續(xù)梁受力狀態(tài)。張拉并錨固頂板臨時束T21及底板合龍鋼束D0。采用懸吊支架現(xiàn)澆中跨合龍段混凝土。待合龍段混凝土達到設計強度后,張拉(或補拉)并錨固D0～D13縱向預應力束及橫向、豎向預應力筋。

5 結(jié)語

京滬高速鐵路滄德特大橋跨南運河128 m大跨連續(xù)梁低溫合龍段施工,通過采取設置支座預偏量、設置勁性骨架、合龍段混凝土澆筑保溫和壓漿后漿體保溫等具體措施,成功實現(xiàn)了低溫條件下順利合龍。

[1]TZ213—2005，客運專線鐵路橋涵工程施工技術指南[S].

[2]TZ210—2005，鐵路混凝土工程施工技術指南[S].

[3]孫芳垂，徐 建.注冊結(jié)構(gòu)工程師設計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.