128 m大跨连续梁低温合龙施工技术

王宏利

(中铁十八局集团有限公司，天津 300222)

1 工程概况

京沪高速铁路沧德特大桥跨南运河连续梁为预应力混凝土连续箱梁结构,主墩为C38和C39、边墩为C37和C40,梁部计算跨度为(80.6+128+80.6)m,里程为DK236+472.47～DK236+763.67,全长290.9 m。梁部截面采用单箱单室,变高度、变截面直腹板形式,箱梁顶宽12.0 m,底宽7.0 m。顶板厚度除梁端附近外为450～650 mm,按折线变化；腹板厚640～1 100 mm,按折线变化；底板厚由跨中的520 mm按二次抛物线变化至根部的1 200 mm。中支点截面中心处梁高9.6 m；中跨跨中9.0 m直线段、边跨21.95 m直线段,截面中心处梁高5.6 m。

除0号、22号块在支架上现浇外,1号～20号块均采用挂篮悬臂浇筑,其中0号块长18 m,悬浇段节段长度从2 m变化到3.5 m,两边跨现浇段22号长度为16.45 m。边跨合龙为2段,分别为21号段和21′号段,21号段为C37墩侧22号与C38墩侧20号合龙段、21′号段为C40墩侧22′号与C39墩侧20′号合龙段；中跨合龙为1段,为21′号段,为C38墩侧20′号与C39墩侧20号合龙段；边跨及中跨合龙段长度均为2 m。见图1。

图1 (80+128+80)m连续梁施工分段示意

2 低温施工合龙段概述

2.1 合龙段概述

合龙段施工是悬灌梁体施工中的一道重要工序,在主梁悬臂灌注完毕后应尽快完成与边跨现浇段的合龙和中跨合龙段的现浇施工,使主梁由双臂状况转化为连续整体,结构体系发生变化。在合龙段施工过程中,因混凝土自重、温度变化、施工荷载的作用,在悬臂梁段产生位移,影响合龙段混凝土与悬臂端的连接,易产生裂纹。因此沧德特大桥跨南运河(80.6+128+80.6)m连续梁边跨、中跨合龙段施工采用劲性骨架支撑和临时预应力的撑拉作用将合龙口临时锁定,同时在灌注混凝土时在合龙口处增加等载压重,保持合龙口两端无相对位移,从而保证在灌注混凝土时合龙段混凝土与悬臂梁段之间不产生裂纹。

2.2 低温施工

低温施工合龙段采取措施：支座安装时准确设置预偏量；加热、保温保证合龙段混凝土的质量；加热、保温和采用低温型压浆剂等措施保证压浆的质量。

3 支座预偏量设置

3.1 准确计算合龙时间

在0号段施工时,准确估算边跨合龙、中跨合龙的时间,以便确定边跨合龙月、中跨合龙月的平均气温。

3.2 支座安装预偏量的计算

跨南运河连续梁C39为固定墩,因此在C37、C38和C40墩柱上安装支座时均需设置纵向预偏量。该连续梁所在地区年平均气温为12.5℃；计划合龙时间为2010年1月份,平均气温为-4.5 ℃。支座布置见图2。

预偏量包括梁体收缩徐变和温度影响两部分,计算如下：各支座处的纵向预偏量公式Δ=-(Δ1+Δ2),式中负号表示按计算所得的偏移量反方向设置预偏量；Δ1为梁体收缩徐变量,设计图纸已给出,直接取用。

Δ2=αΔtL

式中α——钢筋混凝土结构线性膨胀系数,取1.0×10-5；

Δt——合龙月均气温与该地区年均气温差值(注意固定支座侧边跨合龙段与另外一侧活动支座要分开考虑,尤其2个T构时间差距较大时)；

L——计算点到固定支座距离。

图2 (80+128+80)m连续梁支座布置(单位：mm)

以C38为例计算：

设计图纸给出Δ1=53 mm(指向固定支座)；

Δ2=αΔtL=1.0×10-5×(-4.5-12.5)×128≈

-21 mm(远离固定支座)

Δ=-(Δ1+Δ2)=-32 mm(方向为远离固定支座)

经计算，各支座预偏量见表1。

表1 各支座预偏量

3.3 支座安装

在0号段施工时,按计算的预偏量安装支座。

4 合龙段施工方案

4.1 施工顺序

合龙段按先边跨后中跨的顺序施工。(1)在20号、22号梁段浇筑完成后,拆除挂篮模板,安装边跨合龙段临时刚性连接构造,临时对称张拉2根顶板束T22以及2根底板钢束B0,浇筑边跨合龙段。(2)待合龙段混凝土达到设计强度后,张拉(或补拉)T22、B0～B3纵向预应力束及横向、竖向预应力筋。(3)解除墩梁临时固结措施,并将中墩活动支座的纵向约束临时锁定。张拉并锚固B4～B9纵向预应力束及横向、竖向预应力筋。边跨合龙段混凝土浇筑完成并张拉结束后,安装中跨合龙段临时刚性连接构造,解除中墩活动支座的纵向临时约束,张拉并锚固顶板临时束2T21及底板合龙钢束2D0。(4)采用悬吊支架现浇中跨合龙段混凝土。(5)待合龙段混凝土达到设计强度后,张拉(或补拉)并锚固D0～D13纵向预应力束及横向、竖向预应力筋。预应力筋布置详见图3、图4。

图3 边跨合龙段劲性骨架立面(单位：mm)

图4 中跨合龙段劲性骨架立面(单位：mm)

4.2 施工工艺

4.2.1 合龙段模板

利用挂篮模板在支架上进行。

4.2.2 设置合龙段劲性骨架

合龙段采用外锁定劲性骨架的方式进行施工。每个合龙段由4根劲性骨架(劲性骨架由2[32a型钢加工而成)与箱梁两悬臂端的预埋钢板焊接而成。顶板设置2道,底板设置2道。详见图5、图6。

图5 合龙段劲性骨架平面(单位：mm)

图6 合龙段劲性骨架侧面(单位：mm)

(1)边跨合龙劲性骨架

边跨合龙段采用劲性骨架措施锁定后,由于中墩临时支撑尚未拆除, 在温度变化作用下,边跨直线段梁体会产生微小的滑动,因此需要由劲性骨架来抵消边跨现浇段混凝土与模板之间的摩擦力以及边墩支座的摩擦力。边跨现浇段施工完成后,边支座处支顶方木要拆除,使支座能够活动。

木模板与混凝土之间的摩擦系数μ1=0.15,活动支座摩擦力系数μ2=0.05，则:

合龙段刚性支撑所受轴力

N=μ1G+0.5μ2G=(0.15+0.5×0.05)×

8 276.3=1 448 kN。

其中,G为边跨现浇段梁段的重力。

假设采用双根[32a型钢焊成支撑骨架,每个合龙段4个,则每个刚性支撑所受应力

σ=N/A=1 448.4/(4×2×0.004 85)=

37 MPa <170 MPa

能够满足要求。

临时张拉束：按受力及设计要求临时张拉纵向预应力束来抵消由于梁体移动产生的摩擦力,按设计要求选择2T22与2B0(均为19根预应力筋)。由于边跨梁体最大摩擦力为1 448.4 kN,故每束钢绞线张拉到1 448.4/4=362.1 kN即可。为确保不开裂,施工时对4束钢绞线临时各张拉到400 kN(此时预应力的拉应力为153 MPa,该预应力束的张拉控制应力为1 265 MPa)。待混凝土强度达到100%后, 按张拉顺序张拉钢束,将临时张拉钢束补张至设计张拉控制应力。

(2)中跨合龙劲性骨架

中跨合龙段的劲性骨架焊接后,劲性骨架以及预应力束来抵消滑动墩C38以及边墩C37支座上的摩擦力。

此时摩擦力(等于合龙段刚性支撑所受轴力)为

N=μ2G=0.05×59 482.9=2 974.2 kN

其中G=0.5×(全桥梁体重力-中跨合龙段重力)

同样采用2根[32a型钢焊成支撑骨架,共布置4个,则每个刚性支撑所受应力

σ=N/A=2 974.2/(4×2×0.004 85)≈

77 MPa<170 MPa

能够满足要求。

临时张拉束：按设计要求选择2T21与2D0(均为19根预应力筋)。由于边跨梁体最大摩擦力为2 974.2 kN,故每束钢绞线张拉到2 974.2/4=743.6 kN即可。为确保不开裂,施工时对4束钢绞线临时各张拉到750 kN(此时预应力的拉应力为287.3 MPa,预应力束的张拉控制应力为1 265 MPa)。待混凝土强度达到100%后, 按张拉顺序张拉钢束,将临时张拉钢束D0补张至设计张拉控制应力。

4个骨架所承受的平均力为:2 974.2/4=744 kN,单个骨架在钢板上焊缝长度为112 cm。为保证焊缝牢固,每个骨架与预埋钢板的焊缝均采用四周满焊,焊缝宽度16 mm。

4.2.3 混凝土施工

为了使混凝土尽早达到设计张拉强度和防止混凝土收缩裂缝的产生,在混凝土配合比中掺加膨胀剂,强度比梁体混凝土设计强度提高一级。

规范及设计要求“满足正常施工温度的条件下,合龙段混凝土浇筑时间应在一天中温度最低时,并使混凝土浇筑后温度开始缓慢上升为宜”,为此在合龙段施工前连续5 d测量当地的气温最低点,以便正确选择合龙时间,并且根据天气预报确保合龙段混凝土浇筑完毕后连续5 d不得有大幅度降温天气,实际合龙温度为-5 ℃。

混凝土浇筑前采用岩棉与棉被将合龙段的底模、侧模进行包裹,混凝土浇筑结束后,及时对合龙段混凝土进行覆盖保温,蒸汽养护,温度控制在20～25 ℃,达到设计强度和弹性模量的100%后进行终张拉。

4.2.4 预应力施工

先按设计张拉顺序先补拉合龙临时约束,再张拉其余的预应力束。张拉程序及工艺与悬浇段相同。

4.2.5 管道压浆施工

用棉被严密封堵每孔箱梁的内腔端部,在内腔内每2 m放1个火炉升温,通过提高内腔温度来保证预应力筋管道温度在5 ℃以上(梁体混凝土浇筑时在预应力筋管道处预埋测温线,通过测温试验,确定火炉数量,确保温度达到5 ℃以上)；采用低温型压浆剂保证压浆的质量。压浆程序及工艺与悬浇段相同。

4.2.6 结构体系转换

边跨合龙完成后,待混凝土强度达到设计要求后,张拉(或补拉)T22、B0～B3纵向预应力束及横向、竖向预应力筋。解除墩梁临时固结措施,并将中墩活动支座的纵向约束临时锁定,使结构由双悬臂状态转换成单悬臂受力状态。张拉并锚固B4～B9纵向预应力束及横向、竖向预应力筋。边跨合龙段混凝土浇筑完成并张拉结束后,安装中跨合龙段临时刚性连接构造,解除中墩活动支座的纵向临时约束,形成连续梁受力状态。张拉并锚固顶板临时束T21及底板合龙钢束D0。采用悬吊支架现浇中跨合龙段混凝土。待合龙段混凝土达到设计强度后,张拉(或补拉)并锚固D0～D13纵向预应力束及横向、竖向预应力筋。

5 结语

京沪高速铁路沧德特大桥跨南运河128 m大跨连续梁低温合龙段施工,通过采取设置支座预偏量、设置劲性骨架、合龙段混凝土浇筑保温和压浆后浆体保温等具体措施,成功实现了低温条件下顺利合龙。

[1]TZ213—2005，客运专线铁路桥涵工程施工技术指南[S].

[2]TZ210—2005，铁路混凝土工程施工技术指南[S].

[3]孙芳垂，徐 建.注册结构工程师设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.