蘇國(guó)明
(中鐵第五勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,北京 102600)
一聯(lián)多孔連續(xù)梁大節(jié)段快速施工設(shè)計(jì)
蘇國(guó)明
(中鐵第五勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,北京 102600)
準(zhǔn)池鐵路前窯子水庫(kù)大橋(58+3×96+58)m有砟軌道混凝土連續(xù)梁,原設(shè)計(jì)采用掛籃懸臂施工,為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)池鐵路“先通后善、臨管運(yùn)營(yíng)”的目標(biāo),改為支架現(xiàn)澆法施工,施工工期節(jié)省了一半時(shí)間。詳細(xì)介紹梁部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)概況、主要設(shè)計(jì)參數(shù)、構(gòu)造細(xì)節(jié)、計(jì)算方法,以及設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題。
鐵路橋;連續(xù)梁;支架現(xiàn)澆法;施工
準(zhǔn)池鐵路前窯子水庫(kù)大橋主橋?yàn)?58+3×96+58)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,設(shè)計(jì)為雙線、有砟軌道,設(shè)計(jì)活載采用新中-活載,原設(shè)計(jì)采用掛籃懸臂施工。作為控制全線架梁鋪軌的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),前窯子水庫(kù)大橋須于2012年冬季來(lái)臨前完成梁部施工。原設(shè)計(jì)工期安排如下:12 m0號(hào)塊及掛籃安裝60 d,12個(gè)掛籃節(jié)段施工12×10 d=120 d,3個(gè)合龍段3×12 d,合計(jì)216 d。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工進(jìn)度,按以上工期梁部需跨冬季施工,尚不能滿足架梁鋪軌通過(guò)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求。經(jīng)過(guò)多種方案比選,最終確定變更方案為54 m 0號(hào)塊+2個(gè)10 m現(xiàn)澆段,同時(shí)調(diào)整合龍順序?yàn)橄戎锌绾瓦吙缫黄鸷淆?,最后次中跨。這樣該橋梁部變更設(shè)計(jì)方案工期安排為:0號(hào)塊60 d,2個(gè)10 m現(xiàn)澆節(jié)段共2×10 d=20 d,中跨、邊跨和次中跨合龍段2×10 d=20 d,合計(jì)總共100 d,按現(xiàn)澆施工工期安排可于2012年10月30日完成合龍。
現(xiàn)該橋已于2012年10月26日順利合龍完成(圖1),支架現(xiàn)澆施工與懸灌施工比較提前了116 d合龍,大大縮短了工期。
圖1 支架現(xiàn)澆施工現(xiàn)場(chǎng)
京津城際及京滬高速鐵路大跨連續(xù)梁支架現(xiàn)澆一般采用墩頂、跨中及邊跨為大節(jié)段,中跨設(shè)置2個(gè)合龍段。施工順序?yàn)槎枕敿翱缰写蠊?jié)段可一起澆筑,混凝土強(qiáng)度滿足要求后進(jìn)行張拉,腹板預(yù)應(yīng)力通過(guò)聯(lián)結(jié)器在合龍段處接長(zhǎng),然后澆筑合龍段,混凝土強(qiáng)度滿足要求后進(jìn)行張拉,腹板預(yù)應(yīng)力接長(zhǎng)至梁端,澆筑邊跨大節(jié)段,混凝土強(qiáng)度滿足要求后進(jìn)行剩余預(yù)應(yīng)力的張拉。
以(48+80+48)m連續(xù)梁為例,全橋共分A、B、C、D 4種梁段(圖2),中支點(diǎn)B號(hào)梁段長(zhǎng)度36 m;A號(hào)梁段長(zhǎng)度30.75 m;C號(hào)合龍段長(zhǎng)度3.5 m;D號(hào)梁段長(zhǎng)度37.0 m。采用三向預(yù)應(yīng)力體系,頂板縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用15φs15.2鋼絞線,中跨底板采用18—φs15.2鋼絞線,邊跨底板采用15φs15.2鋼絞線,腹板采用15φs15.2鋼絞線,縱向預(yù)應(yīng)力筋布置見(jiàn)圖3。
在梁段澆筑完成后,隨著預(yù)應(yīng)力的逐步施加,施工支架的受力將發(fā)生變化,對(duì)于跨中段而言,支反力有向兩側(cè)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì),而對(duì)于中支座0號(hào)段而言,支反力有向墩頂附近轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。根據(jù)對(duì)施工階段的受力分析,(48+80+48)m連續(xù)梁中支座處墩旁每側(cè)托架在施工過(guò)程中的最大受力為12 000 kN,對(duì)于中間段臨時(shí)支座處,支架在施工過(guò)程中的最大受力為7 300 kN,故對(duì)于上述位置支架需特殊處理,必須采用勁性支架支撐,確保該處的承載力滿足要求。
圖2(48+80+48)m主梁縱向分段(單位:cm)
圖3 (48+80+48)m主梁縱向預(yù)應(yīng)力布置
對(duì)于一聯(lián)多孔連續(xù)梁,如采用一聯(lián)三孔節(jié)段劃分方式,預(yù)應(yīng)力布束困難,且由于張拉過(guò)程中支反力的重分配,將大大提高跨中支架的風(fēng)險(xiǎn)性。故對(duì)于一聯(lián)多孔連續(xù)梁,節(jié)段劃分及施工步驟應(yīng)為大節(jié)段懸灌及合龍方式。施工過(guò)程中通過(guò)預(yù)應(yīng)力的張拉,中間支架逐步脫架,反力傳至中墩可靠的臨時(shí)支座上,整個(gè)施工過(guò)程結(jié)構(gòu)受力明確,現(xiàn)澆支架僅按梁段自重加施工荷載考慮即可,節(jié)省了臨時(shí)工程的投入。
前窯子水庫(kù)大橋主橋(58+3×96+58)m混凝土連續(xù)梁主要施工步驟如下。
(1)橋墩施工完畢后,進(jìn)行支架基礎(chǔ)處理,在中墩兩側(cè)搭設(shè)鋼管樁貝雷梁,并進(jìn)行預(yù)壓。安裝永久支座及臨時(shí)支座,立模澆筑0號(hào)段混凝土,并將0號(hào)段與墩身臨時(shí)固結(jié),采取可靠措施,保證永久支座不受力。養(yǎng)護(hù)、待混凝土達(dá)到90%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度且混凝土齡期不小于5 d時(shí),張拉并錨固本階段縱、橫、豎向預(yù)應(yīng)力。如圖4所示。
(2)搭設(shè)鋼管樁及貝雷梁,立模綁扎1號(hào)段梁體鋼筋,澆筑1號(hào)段混凝土,待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%時(shí),張拉并錨固本階段縱、橫、豎向預(yù)應(yīng)力筋。搭設(shè)鋼管樁及貝雷梁,立模綁扎2號(hào)段梁體鋼筋,澆筑2號(hào)段混凝土,待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%時(shí),張拉并錨固本階段縱、橫、豎向預(yù)應(yīng)力筋。如圖5所示。
圖4 0號(hào)段現(xiàn)澆及張拉
圖5 1號(hào)、2號(hào)段現(xiàn)澆及張拉
(3)在2號(hào)墩、7號(hào)臺(tái)旁搭設(shè)現(xiàn)澆支架,并進(jìn)行預(yù)壓,安裝邊墩永久支座,澆筑邊跨直線段4號(hào)梁段。
(4)安裝中跨跨中合龍段及邊跨合龍段臨時(shí)剛性連接構(gòu)造,張拉中跨及邊跨臨時(shí)束,現(xiàn)澆中跨跨中合龍段及邊跨合龍段混凝土。待合龍混凝土達(dá)到90%設(shè)計(jì)強(qiáng)度,齡期不小于6 d后,張拉本階段預(yù)應(yīng)力束。拆除中跨合龍段及邊跨合龍段臨時(shí)剛性連接構(gòu)造。拆除3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)墩處臨時(shí)固結(jié)措施,啟動(dòng)3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)墩永久支座,且3號(hào)墩、6號(hào)墩縱向臨時(shí)鎖定,完成第一次體系轉(zhuǎn)換。
(5)安裝次中跨跨中合龍段臨時(shí)剛性連接構(gòu)造,張拉次中跨臨時(shí)束,現(xiàn)澆次中跨合龍段混凝土。待混凝土達(dá)到90%設(shè)計(jì)強(qiáng)度,齡期不小于6 d后,張拉并錨固本階段預(yù)應(yīng)力束。拆除次中跨合龍段臨時(shí)剛性連接構(gòu)造,拆除3號(hào)、6號(hào)墩縱向臨時(shí)鎖定,完成第二次體系轉(zhuǎn)換。
(6)拆除所有支架,存梁60 d,進(jìn)行橋面系的鋪設(shè)。
圖6 (58+3×96+58)m主梁主跨縱向預(yù)應(yīng)力布置(單位:cm)
前窯子水庫(kù)大橋主橋(58+3×96+58)m連續(xù)梁采用變高度單箱單室直腹板箱梁,橋梁全長(zhǎng)405.5 m(含兩側(cè)梁端至邊支座中心各0.75 m)。梁體控制截面梁高分別為:端支座處及邊跨直線段和跨中處為4.5 m,中支點(diǎn)處梁高7.5 m,梁高按圓曲線變化,圓曲線半徑R=309.667 m;全橋箱梁頂寬10.9 m,底寬7.0 m;頂板厚40 cm,腹板厚分別為60、80、100 cm,底板厚由跨中的40 cm按圓曲線變化至中支點(diǎn)梁根部的90 cm,邊支點(diǎn)處加厚到70 cm。
全橋共設(shè)9道橫隔梁,分別設(shè)于中支點(diǎn)、端支點(diǎn)和跨中截面。中支點(diǎn)處設(shè)置厚2.5 m的橫隔梁,邊支點(diǎn)處設(shè)置厚1.5 m的端隔梁,跨中合龍段設(shè)置厚0.8 m的中橫隔梁。橫隔梁處設(shè)有孔洞,供檢查人員通過(guò)。
本橋支架現(xiàn)澆梁體結(jié)構(gòu)尺寸與掛籃懸灌施工的梁體結(jié)構(gòu)尺寸完全相同,僅節(jié)段劃分不同。懸臂施工中支點(diǎn)0號(hào)段長(zhǎng)12 m,一般懸灌段分為3.0、3.5、4.0 m,合龍段長(zhǎng)2 m,邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)9.75 m。支架現(xiàn)澆中支點(diǎn)0號(hào)現(xiàn)澆段長(zhǎng)54 m,剩余現(xiàn)澆段長(zhǎng)10 m,合龍段長(zhǎng)度、邊跨現(xiàn)澆直線段長(zhǎng)度不變,與懸臂施工節(jié)段相同。
(58+3×96+58)m連續(xù)梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系,即縱向、橫向和豎向預(yù)應(yīng)力??v向預(yù)應(yīng)力鋼束采用19-φs15.2和15-φs15.2鋼絞線,采用 M15-19和M15-15錨具。橫向預(yù)應(yīng)力采用4-φs15.2,單端交錯(cuò)張拉。豎向預(yù)應(yīng)力筋采用 φ32 mm精軋螺紋筋,用JLM-32型錨具,順橋布置間距0.5 m。主梁縱向預(yù)應(yīng)力布置見(jiàn)圖6。
本橋支架現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力形狀與懸灌預(yù)應(yīng)力形狀基本相似,不同之處在于懸灌施工頂板及腹板預(yù)應(yīng)力基本都錨固在施工節(jié)段縫上,而支架現(xiàn)澆施工預(yù)應(yīng)力則因?yàn)楣?jié)段較長(zhǎng),無(wú)法全部錨固在節(jié)段縫上,大部分頂板及腹板預(yù)應(yīng)力筋彎出梁體,在箱梁里面做鋸齒塊錨固。
(58+3×96+58)m主梁共分254個(gè)單元,255個(gè)節(jié)點(diǎn),采用BSAS4.2.6版建模計(jì)算。預(yù)應(yīng)力輸入和邊界條件輸入與施工階段相對(duì)應(yīng)。
本橋主梁計(jì)算按全預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì),各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 主梁按新中-活載計(jì)算結(jié)果 MPa
靜活載作用下邊跨最大撓度值14.6 mm,為跨度的1/4 000,小于 L/800,次中跨最大撓度值為 45.2 mm,中跨最大撓度值47.9 mm,均小于L/700。
一聯(lián)多跨連續(xù)梁施工過(guò)程中,結(jié)構(gòu)受力明確,線形易于控制,邊界條件與懸灌施工基本相同,與掛籃懸臂澆筑設(shè)計(jì)相比,需注意以下幾點(diǎn)。
(1)支架現(xiàn)澆與掛籃懸臂澆筑施工相比,支架現(xiàn)澆施工工期將會(huì)大大縮短,施工方法相對(duì)簡(jiǎn)單,線形控制更加容易,梁體外觀相對(duì)美觀。所以在工期緊張且地形條件允許的情況下,可以將懸灌施工改為支架現(xiàn)澆施工。
(2)邊跨預(yù)應(yīng)力鋼束均為兩端張拉時(shí),要注意交接墩錯(cuò)臺(tái)及橋臺(tái)胸墻要等梁體邊跨預(yù)應(yīng)力張拉完畢才能澆筑。
(3)支架現(xiàn)澆設(shè)計(jì)中,應(yīng)注意計(jì)算程序中現(xiàn)澆支架剛度的模擬。中跨與邊跨同時(shí)合龍后張拉預(yù)應(yīng)力鋼束時(shí),應(yīng)注意要先拆掉支架,以免次中跨下?lián)鲜茏璁a(chǎn)生反頂。
(4)預(yù)應(yīng)力齒塊較多,特別是腹板束需旁彎錨固,需注意齒塊構(gòu)造及配筋細(xì)節(jié)。
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Design for Rapid Construction of Large Segments of a Multi-span Continuous Girder
SU Guo-ming
(China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Beijing 102600,China)
In the original design for the(58+3×96+58)-m concrete continuous girder with ballasted track of Qianyaozi Reservoir Bridge on Zhun-Chi Railway,the cantilever construction method with form traveler was adopted.Afterwards,in order to achieve the ideal goal of putting this bridge into operation as quickly as possible,the cast-in-place method with support frame was then employed,instead of the previous construction method,so that the construction period was finally shortened by half.This paper introduces the design overview of girder structure,the main design parameters,structural details,construction method and the issues to be noticed in design.
railway bridge;continuous girder;cast-in-place method with support frame;construction
U448.21+5;U445
B
1004-2954(2013)09-0050-04
2013-03-06;
2013-03-26
蘇國(guó)明(1971—),男,高級(jí)工程師,1993年畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué),工學(xué)學(xué)士。