汾河特大桥预应力混凝土刚构连续梁施工技术探讨.pdf

1 2 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i n e e r i n g 文章编号： 1 0 0 3 - 1 9 9 5 ( 2 0 1 3 ) 0 7 - 0 0 1 2 0 3 汾河特大桥预应 力混凝土 刚构 连续梁 施工技术探讨 李亚楠 ， 杨健辉 ， 魏加 志 ， 彭 浩 ( 1 河南理工大学 土木学院 ， 河南 焦作4 5 4 0 0 0 ； 2 中铁十一局集团 第一工程有限公司 ， 湖北 武汉4 3 0 0 7 2 ) 摘要 ： 预应力混凝土连续梁具有变形小、 受力性能好、 抗震能力强等优点， 预应力混凝土刚构连续梁可以 满足 高架、 大跨 度 的要 求 ， 由此 所形 成的 悬臂挂 篮 浇筑施 工技 术 可以 突破 地 形 ， 跨越 江 河等条 件 的限制 。 本 文 以中南 重载铁路 汾 河特 大桥 为例 ， 给 出 了该 法的具体 施 工工 艺和技 术要 求 ， 探 讨 了施 工 中应 重点 注 意 事项 ， 希望 能为 类似桥 梁施 工进 一步提 高质 量 奠定基 础 。 关键词 ： 预应力混凝土桥梁 刚构连续梁 悬臂挂篮灌筑法 三角托架体 系转换应力 中图分 类号 ： U 2 3 9 4； U 4 4 8 3 5 文 献标识 码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 3 0 7 0 5 位于山西洪洞境 内的中南重载铁路汾河特大桥 ， 其 主桥 刚构 连续 梁 中心里程 为 D K 3 4 6+ 2 7 7 2 0 0 ， 全长 2 4 4 i n ， 跨 度为 ( 4 6+ 2 7 6+ 4 6 ) m， 3 墩 墩 梁 固结 。边 支 座 中心线 到梁 端 0 6 5 m， 边支 座 与 中支 座横 向 中心 距为 4 0 m。主梁采用变高度预应力混凝土单箱单室 直腹板箱梁 ， 梁高采用 圆曲线变化。箱梁顶面横向设 置人字形排水坡 ， 坡 度为 2 。箱梁 中心线处 中支点 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 1 - 2 6 ； 修 回日期 ： 2 0 1 3 0 3 1 5 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目( 4 1 1 7 2 3 1 7 ) ； 深部矿井建设 河南省重 点学科开放实验室开放基金 ( 2 0 1 1 K F O 1 ) ； 河南省 教育厅科 技攻关项 目( 2 0 1 0 A 5 6 0 0 1 0 ) 作者 简介： 李亚楠 ( 1 9 8 8 ) ， 女 ， 河北保定人 ， 硕 士研究生 。 梁高 7 0 8 6 i n ， 端支点及跨中梁高 4 2 8 6 m。顶板宽度 为 9 0 m， 一 般 厚 0 4 0 m； 底 板 宽 度 为 5 0 m， 底 板 厚 0 5 51 0 5 m； 腹板厚 0 6 01 0 5 m， 翼缘板厚为 0 2 0 0 5 5 m。箱梁在支 点处设 横 隔墙 ， 端 隔墙 厚度 为 1 4 m， 2 ， 4 墩 中墩隔墙厚 度为 2 5 m， 3 墩 中墩 隔墙厚 度为 4 5 m， 中跨跨中隔墙厚度为 1 m。该桥连续梁采用挂篮 悬臂灌筑法施工， 主桥 连续梁 于 2 0 1 1年 4月 2 7日开 工， 2 0 1 1 年 1 1 月 1 8 E t 顺利合龙 ， 其示意如图 1 。 1 悬臂灌筑施 工工艺 1 1 0 段 施 工 由于 0 段内部结构和受力 比较复杂 ， 混凝土灌筑 量大， 钢筋多且铺放复杂 ， 墩顶还有横 向隔板 ， 内模板 2 ) 通过现 代检测技 术 ， 对破 损桥梁 进行安 全评 估 ， 为抢修加固提供第一手资料。值得一提的是 ， 抢修 加固材料是个很有价值的研究方 向， 它的 目标是快速 硬化 、 早强 ， 使用性能优越等 。 3 ) 该桥抢修加 固后通过一年多的运营， 未发现新 的病 害及 不 正常变 形 ， 桥 梁 通车正 常 ， 达到设 计荷 载标 准要 求 。 参 考 文 献 1 王军华 ， 叶晓彦 立交 桥试用 激光 防撞 预警系 统 N 北京 晚报 ， 2 0 0 7 - 0 7 3 1 2 F u c C， B U R HO U S E J R， C H A N G G L O v e r h e i g h t v e h i c l e c o l l i s i o n s w i t h h i g h w a y b r i d g e s J T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h Re c o r d ，2 0 0 4( 1 8 6 5 )： 8 O 一 8 8 3 陆新征 ， 张炎圣 ， 宁静 ， 等 超高车辆 与立交桥梁碰撞 的高精 度非线性有 限元仿 真 J 石 家庄铁 道学院学 报 ， 2 0 0 7 ， 2 0 ( 1 ) ： 2 9 3 4 4 江见鲸 ， 陆新征 ， 叶列 平 混 凝土 结 构有 限元 分 析 M 北 京 ： 清华大学出版社 ， 2 0 0 5 5 陆新 征 ， 张炎圣 ， 叶列平 ， 等 超高 车辆一桥 梁上部结 构碰撞 的破坏模式 与荷 载 计算 J 中 国公路 学 报 ， 2 0 0 9 ， 2 2 ( 5 ) ： 6 0 6 7 6 何水 涛 ， 陆新征 ， 卢 啸 ， 等 超 高车辆撞击钢筋混凝 土 T梁桥 主梁试验研究 J 兰州交通大学学报 ， 2 0 1 1 ， 3 0 ( 6 ) ： 2 0 2 5 7 陆新 征 ， 何水 涛 ， 黄盛 楠 超 高 车 辆 撞击 桥 梁 上部 结 构 研 究破坏 机理 、 设计方法和防护对策 M 北京 ： 中国建筑工 业 出 版社 ， 2 0 1 1 8 刘 自明 桥梁工 程检 测手 册 M 北 京 ： 人 民交 通 出版 社 ， 2 00 2 9 田盛丰 ， 康天鉴 桥 梁抢 修决策 系统 的设 计 J 铁道学 报 ， 1 9 9 6， 1 8 ( 3) ： 8 6 9 1 1 0 胡所亭 ， 牛斌 ， 李蒇 某受损 预应力混凝 土简支箱梁的整修 思路及实施 J 铁道建筑 ， 2 0 0 8 ( 1 ) ： 2 4 2 7 ( 责任审编赵其文) 2 0 1 3年第 7期 李亚楠 等 ： 汾河特大桥 预应力 混凝土刚构连续梁施工技术探讨 图 1 汾河特大桥 主桥连续梁示 意 施工复杂。因此 ， 为保证梁体外观和避免分次灌筑 ， 工 程 中采用整体立模一次成型的施工方法 。 1 2 O 段三 角 托架 施工 0 段施工前需设置墩旁三角托架 ， 三角托架采用 3 2 槽钢和钢板焊接而成 。墩身施工时 ， 在托盘上预埋 连接钢板和锚固精轧螺纹钢管道。待墩身施工完并拆 除托盘顶 帽模板后 ， 将 已焊接好的三角托架标 准件 吊 装至 墩 顶 ， 与预埋 连 接钢 板焊 接 ， 再用 精 轧螺 纹钢 将三 角托架锚 固。为保证托架 的横向稳定 ， 采用I ： o 工字钢 作横联与三角托架标准件焊接。然后在托架上横 向铺 设双 2 I 4 5 工字 钢 ， 再 在 2 I 4 5 工 字 钢 顶 铺 设 I 2 8 工 字 钢 形成支架平台 ， 从而可在平台底 板宽范围内铺设底模 板 ， 并 采 用沙 袋 预压 。对 托架 进 行 预压 的 目的是 为 了 检测托架的强度及稳定性 ， 进而消除其非弹性变形 ； 同 时， 测量并计算出弹性变形值 ， 为悬臂灌筑施工和确定 立模标高提供依据 。 1 3 挂 篮安 装和 悬臂 现 浇梁 段施 工 悬臂灌筑法是 以桥墩为 中心 向两岸对称、 逐节悬 臂接长的施工方法 。其主要施工设备为挂篮 ， 是一 个能够沿轨道行走 的活动作业平 台， 支承在 已完成 的 悬臂梁段上 ， 通过精轧螺纹钢锚固在已灌筑的梁体上。 利用前伸 的三角形桁架通过前后 吊带和吊杆将挂篮外 模 、 挂篮底模连接 ， 形成梁体现浇工作平 台， 完成悬臂 现浇施工任务 。其施工步骤主要包括挂篮安装、 挂篮 预压 、 内外模 、 底模安装 、 悬臂段施工和挂篮移动 ， 并依 此 顺序 进 行下 一梁 段施 工 。 1 4边 跨现 浇段 施 工 边跨现浇段长度为 7 m， 梁高 4 。 2 8 6 m， 底板 宽 5 m， 顶板宽 9 m。施工时 ， 1 ， 5 边跨 现浇段采用 钢管支 架 现 浇施 工 ， 一次 浇筑 成 型 。工艺 流程 为 ： 支架 搭设 一 底模安装一支架预压及预拱度设置一安装外模一绑扎 底板和腹板钢筋及安装预应力波纹管一安装内模一绑 扎顶板钢筋及安装预应力波纹管一各部位检查测量一 现浇段混凝土灌筑并一次成型。 1 5合 龙 段施 工 合龙段 ， 通常是现浇的多跨连续主梁 ， 也是悬臂施 工大跨度预应力混凝土桥梁施工的关键工序之一 。 边跨合龙利用该端 的挂篮进行 ， 另外一端挂篮作 配重。中跨合龙前 ， 拆除或后退 2 ， 4 墩 T构两端的挂 篮 ， 并利用 3 墩 T构的挂篮外模及底模桁架灌筑合龙 段。主梁合龙的顺序为先边跨后中跨。 1 ) 合龙段施工流程 ： 挂篮及模板就位一 安装劲性 骨架 ( 边跨时 ， 将直线段 与悬臂端间锁定 ； 中跨时 ， 将 两 T构悬臂端间锁定) 一绑扎 钢筋 、 安装预应力管道 一T构 悬臂 端压 配 重一 浇 筑 合龙 段 混 凝 土 ( 浇筑 时 间 应选在 日气温较 低 ， 温度变 化幅度小 的时 间段 内进 行 ) ， 同时按照混凝土重量相应解除配 重一 混凝土 养生至设计张拉强度一按设计要求张拉预应力束一拆 除模板一按设计要求解 除锁 定一 张拉剩余合龙束并 压浆 。 2 ) 合龙段的配重 。一般来说 ， 不能采取 配重 的方 式来调整梁端的标 高。这是 因为通过配重调整后 ， 当 梁体施工完毕并将配重拆除后 ， 自身已在梁体产生 了 初应力。正确的方式是应该在施工过程中加强观测和 监控 ， 使梁体标高在合龙 时控制在规范规定 的允许偏 差范 围 内 ， 而不 需 要 再 增 加 配重 。增 加 配重 是 在 没 有 控制好标高的情况下不得已才 实行 的补救措施 ， 通过 增加配重调整高度也很有限。因此 ， 在施工 中应作好 标高的施工监测工作。 3 ) 合龙段 的锁定支撑 。 按设计要求采 用刚性 支撑锁定方案 ， 使合龙段两端形成可以承受一定弯矩 和剪力的刚结点 ， 防止 由于温度等各种 因素影响在合 龙前就产生变形。其 中， 对刚性支撑 的断面面积和支 撑位置 ， 需要严格按设计要求实施。 刚性支撑锁定 时问应根据连续观测结果确定 ， 原则上是各合龙段在 规定的时间内， 即梁体相对变形最小和温度 变化 幅度 最小的时间区间内， 全桥对称、 均衡 同步锁定。 2体 系转换 预应力混凝土连续梁桥采 用悬臂施工的方法 ， 需 要在施工 中进行体 系转换 。即在悬臂施工时 ， 结构 的 受力状态呈 T形刚构， 合龙后形成连续梁。 待中跨合龙后 ， 拆除 2 ， 4 墩 临时支座 ， 形成简支 外伸梁， 完成体系转换。具体转换方法为 ： 在中跨合龙 段施工完毕后 ， 张拉预应力束 ； 解 除临时锁定支撑 ， 并 对称解除临时支座 。凿除临时支座混凝土 ， 使 2 ， 4 梁 端落在永久性盆式支座上 ， 完成体系转换。 1 4 铁道建筑 在体系转换完成后 ， 应对临时支座剩余混凝土进 行拆除， 并将 临时支座伸入 主梁和桥墩内的精轧螺纹 钢筋割断 ， 再用砂浆进行封堵 以防止钢筋暴露 锈蚀。 同时， 还应拆除现浇段支架、 施工挡砟墙和防水层等附 属工程 ， 并拆除施工机具 ， 完成所有连续梁施工。 3悬臂 灌筑 中的施工监控测 量 施 工控 制对 大跨度 连续 梁桥 的施 工质 量是非 常 重 要 的 。在悬 臂施 工过 程 中 ， 通 过 连续 监测 各 个 施 工 阶 段 主 梁 的变形情 况 ， 以及 时 了解 结构 的实 际行 为 。 刚构 连续 梁在 悬臂 挂 篮 灌 筑施 工 过 程 中 ， 必 须 进 行严格的监控量测控制。其主要测控内容有。 。 ： 1 ) 以悬臂施 工 的挂 篮 前 移 阶段 、 浇 筑 混凝 土 阶段 和张 拉 预应力 阶段 这 3个 阶段 作 为挠 度观 测 周 期 ， 并 对每一节段梁按以下 4个工况观测 ： 混凝土浇筑前 ； 混凝土浇筑后( 即在纵 向预应力钢束张拉前 ) ； 纵 向预应力钢束张拉后 ； 挂篮前移定位后。 2 ) 主梁平面位置和中轴线控制 的主要工况为： 挂篮调整就位后 ； 每节梁段立模 时及立模完成后 ； 混凝土浇筑后进行平面位置或中轴线复核 ， 以便及时 调 整误 差 。 3 ) 为 防止 已浇 梁体 变 形 发 生 突 变 ， 3 段 以后 的块 件施工除必要的工况观测外 ， 还需每天进行全梁 已完 成 的各 块体 的观测 。 4 ) 悬浇节段完成后 ， 对边跨合龙前 、 后 ， 边跨合龙 钢束张拉后 ， 边跨支承体系解除后 ； 次中跨合龙前 、 后 ， 次中跨合龙钢束张拉后 ， 次中跨支承体系解除后 ； 中跨 合龙前、 后 ， 中跨合龙钢束 张拉后 ， 中跨支承体系解 除 后 ； 吊架全 部解 除后 共 1 3个工 况实 施观 测 。 4预应 力筋 张拉 施工 在 梁段 混凝 土 强度 和 弹性 模 量达 到设 计值 的 1 0 0 ， 养护龄期满足要求后方可进行张拉。主梁的纵 向和横向预应力采用高强度、 低松弛预应力钢绞线 ； 竖 向预应 力采 用 直 径 为 3 2 m m 的精 轧 螺 纹 钢 筋 。 预应 力筋的张拉顺序为 ： 在挂篮模板下降之前进行纵 向预 应 力张 拉 ， 在挂 篮移 动 到下 一 梁 段 后 再进 行 横 向预 应 力张拉和竖 向预应力张拉 。其中， 横向张拉是在挂篮 前移就位后进行 ； 竖向预应力钢筋的张拉是在纵向、 横 向张拉完成后进行。但纵 向与竖向张拉梁段数之差不 得 大于 3节 ， 并且 要严 格按 照操作 规 程对 千斤 顶 、 油 表 进 行检 测 。 待连续梁预应力束张拉完 毕后 ， 宜在 2 d内及时 压浆。在压浆前 ， 应清除管道内杂物和积水 ； 压浆时及 压浆后 3 d内， 梁体及环境温度不得低于 5 c I = 。预 应力管道采用金属波纹管成孔 ， 真空压浆工艺 ， 以提高 密实度 ， 保证压浆的质量。 5 结 语 根 据 中南重 载 铁路 汾 河 特 大桥 的施 工 情 况 ， 施 工 中尤应 注 意 以下 事项 。 1 ) 预应 力工程 必须 要严 格按 照相关 规范 施 工 。张 拉时气温应 在 5 q C 以上 ， 5 以下 时应 有保 温措 施 。张 拉锚固后应及时进行压浆( 在 4 8 h内完成) ， 压浆前要 切除多余钢束 ， 切割时应 留有足够长度 ， 不能碰伤锚具。 2 ) 整个桥梁都是依靠挂篮悬臂技术进行施工 的， 但 悬臂 施工 难度较 大 ， 要求极 高 。 因此 ， 要彻 底 掌握悬 臂 施工 法 的技术 要点 ， 并在 施工 中进行 严格 控制 ， 只有 这样才能保证工程的质量。 3 ) 对 于混凝 土连 续 刚 构桥 ， 已施 工 梁段 上 一 旦 出 现线形误差， 误差将永远存在 ， 后续梁段只能通过立模 、 标高来消除已施工梁段的残余误差。因此 ， 在施工过 程 中必须 进行 线形控 制 ， 以及 时掌握 结 构实 际状 态 ， 对 施工步骤和控制条件作出调整 ， 减小施工 中的误差 累 积 ， 从 而保 证 成桥线 形 与结构 安 全。 4 ) 混凝土配合 比设计 ， 应严格遵守 国家现行有关 标准和规范规定。其中， 要重点遵循选用高效减水剂、 掺人活性掺合料 、 优化配合 比设计参数原则。通过降 低水灰 比、 强化水泥石与集料的界面 、 改善水泥水化产 物、 降低孔隙率 、 提高密实度来实现高强度、 高耐久性。 从而使混凝土满足工程寿命要求 ， 以保 证工程结构 的 刚度 和强度 。 参 考 文 献 1 李锟 洛清江特大桥连续 梁悬臂灌 筑施工技 术 J 铁道 建 筑技术 ， 2 0 1 1 ( r 1 ) ： 8 2 8 6 2 季国清 预应力混 凝土连 续梁桥悬 臂施工 法关 键技术 与应 用研究 J 中国高新 技术 企业 ， 2 0 0 8 ( 1 1 ) ： 2 3 0 2 3 1 3 张继尧 ， 王昌将 悬 臂灌筑 预应力混 凝土连 续梁桥 M 北 京 ： 人民交通 出版社 ， 2 0 0 4 4 高永贵 客专 多跨预应力 昆凝 土连续梁 悬臂施 工控制 J 铁道建筑 ， 2 0 1 3 ( 3 ) ： 2 9 3 1 5 周大勇 大跨度 连续 梁施 工线 性控制技 术探讨 J 绿 色科 技 ， 2 0 I I ， 1 2 ( 1 2 ) ： 2 1 4 2 1 7 6 陈明山 大跨度连续梁桥悬臂 施工线 形控制 实施方 案 J 工程 与建设 ， 2 0 1 1 ( 4 ) ： 5 4 0 5 4 2 7 常汉 明， 铁路大跨度连续 梁结 构施工 工艺 和质 量控 制要点 J 铁道建筑 ， 2 0 1 1 ( 1 2 ) ： 3 3 3 5 8 赵 国堂， 李 化 建 高 速 铁 路 高 性 能 混 凝 土 应 用 管 理 技 术 M 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 8 ( 责任 审编赵其文)