石武客运专线东孟姜女河特大桥(32+48+32)m预应力现浇连续梁跨新菏铁路施工技术

王振岩,李 琳

(中铁十九局集团有限公司第二工程公司,辽宁辽阳 111000)

1 工程概况

石家庄至武汉铁路客运专线(河南段)东孟姜女河特大桥,其286号墩～289号墩的设计里程为DK610+215.52～DK610+329.12,其上部结构为连续梁(32+48+32)m,采用悬臂法施工。新荷铁路从287号～288号桥墩间穿过,与桥梁交角97°,既有线左线里程为K16+086。东孟姜女河特大桥287号墩、288号墩土质主要为粉质黏土、粉土、黏土、中砂、细砂,地质承载力200～450 kPa,土壤最大冻结深度0.21 m。

2 工程特点和难点

2.1 连续梁悬臂灌注施工

悬浇梁段全部采用菱形挂篮悬臂对称灌注,边跨现浇段采用支架法施工。小型机具和钢筋等材料垂直运输采用汽车吊,混凝土浇筑采用泵送法施工。施工顺序:中墩处搭设托架,立模,浇筑现浇段→混凝土强度达到设计要求强度时张拉预应力筋→拆除托架,安装挂篮,对称浇筑每一节段→搭设支架,浇筑边跨直线段→拆除挂篮[1～3]。

连续梁0号块施工。0号块采取一次立模整体灌注的施工方案。连续梁0号块施工顺序:墩旁支架拼装→支架预压→永久支座、临时支座安装→底模、侧模安装→底模、腹板、隔墙钢筋绑扎,预应力筋安装→内模安装→绑扎顶板钢筋、预应力筋安装→安装封端模板→混凝土浇筑、养护→施工缝混凝土凿毛→预应力施工。

2.2 支架预压(图1)

图1 托架预压示意

为了消除托架和挂篮在混凝土浇筑期间的沉降,防止因弹性变形下沉而造成混凝土构件出现裂缝,并保证梁段的线形与设计一致,应对托架和挂篮进行预压。本工程采用土袋预压。具体做法为:在托架搭设完成以后,应对托架进行预压,预压荷载不小于梁体钢筋混凝土重力的1.2倍,预压采用砂(或土)袋预压,其荷载分布与现浇箱梁重力分布情况一致,预压期间在每跨设置5个断面15个观测点,预压前先测量复核支点高程,砂袋用吊机吊放到托架上,预压分3次水平加载,第一次预压重40%,第二次为40%,第三次全部加完,然后观测7 d,卸载按3次进行,第一次按预压重的20%,第二次为40%,第三次全部卸完,每个观测点在每一次加载(卸载)完毕及全部加载完(卸载完)均要观测,全部加载完成后先每天观测1次,若连续7 d观测结果在5 mm以内,则可以认为托架或挂篮沉降基本稳定[4]。

2.3 模板制备

箱梁内外侧模均设计成框架式结构,主要由模架、模板、横带、竖带等组成。外侧模板面板采用大块定型钢模,以提高梁体表面光滑度。内模面板采用30 mm厚的木板拼装而成,设计为插板式,浇筑混凝土时,随着梁体腹板混凝土浇筑高度的提高,逐步安插内模面板。外模和内模均可在陆地上预先拼装成互为独立的整体,既解决梁高立模定位困难,又可减少高空作业,并保证模板精度。

2.4 混凝土浇筑施工

混凝土采用集中拌和,搅拌车运输至现场泵送。由于梁段较高,在浇筑底板、腹板混凝土时,均采用减速漏斗下料。底板中因钢筋布置不多,使用振动力大的插入式振捣器捣固,混凝土入模在托架部分由悬臂端向根部方向浇筑。腹板因高度大,厚度薄,且钢筋密集,混凝土入模、振捣困难,腹板采用水平分层浇筑,分层厚度为30 cm。振捣时主要以插入式振捣器振捣为主,同时利用外模附着式振捣器辅助振捣。顶板混凝土入模与振捣,顶板厚度不大,混凝土入模时,先将承托填平,振实后再由箱梁两侧悬臂板分别向中心推进,混凝土振捣可分块进行,根据具体情况,可启动3个或6个振捣器振捣,待表面翻浆流平即属振实。对承托部分混凝土辅以软管轴插入式振捣器振捣。最后用平板振捣器在整个顶板面上振捣找平。停留1～3 h,收浆后,再予表面抹平[5]。

3 防护施工方案

3.1 防护棚架设计

为防止物件从高处坠落这样的意外发生,在安全防护方案上除了对挂篮全封闭外,还必须在既有铁路上方设置防护棚架,防护棚架示意如图2、图3所示。

图2 防护棚架示意

图3 防护管棚施工平面、立面布置(单位:cm)

(1)根据设计图纸及现场实际测量情况,挂篮施工前对既有新荷铁路安全防护距离16m,既有顶至防护棚底垂直距离6.8 m,满足行车及挂篮施工限界需要。

(2)为保证钢管支撑的稳定,在既有线路两侧路肩位置浇筑高50cm×宽80cm×1600 cm的混凝土条形基础,混凝土基础内埋设钢板与钢管桩焊接成整体。

(3)棚架防护采用[30型钢做承托梁,槽钢与钢管桩采有焊接加固形成框架结构,槽钢上设[12型钢按间距20 cm布置,槽钢上与木板连接方式采用钢丝绑扎。

(4)防护棚架施工是在铁路限界内进行,该防护工程施工必须要点进行。

3.2 防护棚施工注意事项

(1)线路开通条件必须道床丰满,并备有充足的道砟。

(2)线路开通后加强巡检。

(3)邻线来车时,停止作业,注意瞭望,防护人员及时组织下道避车。

(4)在有轨道电路的线路上施工,无论作业或休息,均应注意防止两股钢轨由于金属器件搭连而导电,造成错误信号而影响正常行车。

(5)拆卸的材料,要放置在合适的位置,以防侵入限界而影响行车安全。

3.3 防护棚施工安全措施

东孟姜女河特大桥采用挂篮悬臂现浇施工,有效地减少了对既有铁路线路的影响。在跨既有线施工中采取如下作业安全措施。

(1)为保证基础施工过程中既有铁路的运营安全,施工前先用钢板桩防护,之后再进行基础的施工。并对既有线进行位移、沉降检测,发现情况及时采取措施,保证行车安全。

(2)跨既有线施工要与设备管理单位和行车组织单位分别签订施工安全协议书。安全协议书要明确双方的责任和义务、施工责任地段和期限、安全防范内容和措施、结合部安全分工等。当施工与行车发生矛盾时,要严格遵循“安全第一”的原则,服从行车安全的需要。参加施工的职工必须通过《铁路技术管理规程》、《铁路行车线上施工技术安全规则》、《铁路行车组织规则》、《铁路工务安全规则》等内容相关工种的应知应会考核。

(3)桥梁悬臂施工时,编制施工计划与方案,并向主管部门和铁路运营部门申报,既有线上空作业时,其净空满足铁路限界要求,设置驻站和工地防护员,保证行车安全。施工结束后要认真清理现场,断开临时电源。机械、工具、设备和材料码放在安全地带,废弃物统一清理干净装袋收回,确认安全后方可离开现场。

(4)既有线旁施工作业,应设置距钢轨外侧不少于2 m的限界标志,机械设备运转前应检查是否处于良好状态,并派专人进行防护,检查标志是否齐全无误。对于在既有线等高的作业应加强对来往列车瞭望,当列车通过时应暂停机械设备移动伸臂等作业。防护人员平时应经常检查限界标志的设置情况,对作业中损坏的标志应及时修复或补齐。收工前工地负责人应组织专人对本工地进行一次详细检查,确认无事故隐患,才准撤除防护收工。

(5)加强对员工的安全教育,增强安全意识,提高防范能力。严格按照有关劳动保护法律、法规和铁道部有关劳动保护条例、规定及郑州铁路局有关安全生产的要求执行,确保安全生产、生产必须安全。施工人员跨越铁路股道时,一定做到“一站、二看、三通过”,并在两侧设警示牌,严禁抢道;上道作业人员必须穿好黄背心,杜绝人身事故的发生。

4 连续梁挂篮悬浇施工工艺

为了加快悬臂施工进度,各梁段亦采取全断面一次浇筑的施工方案。保证梁段混凝土一次浇筑,各梁段浇筑方法及工艺要求同0号块。

4.1 挂篮拼装及试验

在墩顶现浇段现浇施工完成后(含预应力施工及压浆),采用吊机进行挂篮构件起吊和拼装。安装时注意桥墩两侧的挂篮应对称同步安装,按设计要求控制不均衡荷载。

新加工的挂篮采用试压台加压法检测桁架的受力性能和状况,未经试压的挂篮不得吊装上墩进行悬灌施工。通过试压消除结构的非弹性变形。试压可采用在桥位附近(或在工厂)试验台加压法进行[6～7]。

对拼装就位待灌注混凝土的挂篮,采用水箱试压法检查挂篮的性能和状况。加压水箱设于菱形桁架的前上横梁吊点处,计算试压力后,分级进行灌水试压,记录全过程挂篮变化情况即可求得控制数据。

4.2 挂篮的前移

待已灌注梁段混凝土强度和弹性模量达到设计要求后,对纵向预应力筋张拉并压浆,铺设垫梁和轨道。轨道锚固后,放松底模架前后吊带并将底模架后横梁用2台10 t倒链悬挂在后上横梁上;拆除后吊带与底模架的联接,先放松所有后吊杆再放松前吊带,按照同样的方法松开外侧模。用2台5 t倒链牵引前支座使菱形桁架带动底模侧模前移,就位后安装底模后吊带,将底模吊起。解除外模走行梁的一个吊带前移至预留孔,调整立模高程进入下一循环施工。

4.3 挂篮底模、侧模高程调整及位置控制

当挂篮安装完成后,即可进行模板高程及中线调整。模板控制高程=设计高程+施工预留拱度。设计高程由设计院提供。施工预留拱度由设计院提供的理论预留拱度结合现场挂篮试压测试数值(如弹性变形值)等因素,通过编制的线形控制软件计算而得。同时在每个承台顶面上设水准点4个,观测群桩的沉降;在墩顶现浇段顶面腹板位置处各设水准点4个,观测墩身的压缩[8～9]。

4.4 混凝土施工

本悬灌现浇梁全部采用泵送混凝土,为防止混凝土泵送过程中堵管和能耗加大,混凝土所选原材料的骨料级配,含砂率要满足泵送技术要求,添加泵送剂等外加剂,以增强混凝土的流动性和和易性,加快悬灌施工速度。

为缩短工期,加快进度,确保一段梁体的施工周期在8～10 d,梁体混凝土配合比设计时掺入早强减水剂。由于梁段钢筋及预应力管道较密,选用的混凝土配合比的坍落度控制在14～18 cm。

为了使后浇混凝土不引起先浇混凝土的开裂,箱梁梁段混凝土一次浇筑成型,并在底板混凝土凝固以前全部浇筑完毕,也就是要求挂篮的变形全部发生在混凝土塑性状态之间,即可避免裂纹的产生[10]。

混凝土浇筑前,每个梁段均搭设工作平台,人员和机具均在平台上操作,以免压坏钢筋及预应力管道。灌注采用先梁节前端,后梁节后端,并从腹板向中间推进的方法。

4.5 预应力筋施工

纵、横向预应力筋穿束前用通孔器疏通预应力管道,纵向预应力筋穿束时先将导线穿过孔道与预应力筋束连接在一起,由卷扬机牵引穿束;横向预应力筋采用人工穿束。穿束后检查预应力筋外露情况,保证两端外露长度基本相同,满足张拉要求,然后安装锚具、千斤顶。

竖向预应力筋按设计下料直接加工成型,并在梁段混凝土灌注前直接安放在梁体竖向波纹管中。

钢绞线的张拉在梁段混凝土强度和弹性模量达到设计要求的指标后,按设计要求的张拉方法和顺序进行张拉。张拉程序为:0→初应力(0.10σcon)→σcon(持续3 min锚固)。

竖向预应力筋在纵横向预应力筋张拉完成,挂篮前移后进行张拉,张拉程序为:0→初应力(0.10σcon)→σcon(锚固)。

孔道压浆在预应力张拉完成、挂篮前移之前进行,压浆采用真空辅助压浆工艺施工,水泥选用42.5级普通硅酸盐水泥,水灰比为0.40～0.45。为增强其流动性,可掺入FDN-5高效减水剂,掺量约为水泥用量的0.6%,此时水灰比可减小到0.35。为减少收缩,可掺入0.1%水泥用量的铝粉作微膨胀剂。

4.6 边跨现浇段施工

边跨直线段支架安装完成之后,必须做静载压重试验,以消除结构残余变形。立模调整高程后绑扎钢筋,安装预应力管道及预埋件,浇筑混凝土。直线段混凝土应在悬臂段倒数第二节段施工结束前完成,以利控制最后节段的施工放样高程,确保合龙段的施工精度和成桥设计线型。

4.7 连续梁合龙段施工

合龙段采用吊架法进行施工,按照先合龙边跨、后合龙中跨的顺序施工。施工步骤如下。

(1)焊接安装合龙段体外固结劲性骨架,绑扎钢筋,连接预应力管道并定位,并使劲性骨架与周围钢筋焊接,对中间跨合龙段须设体外钢结构劲性骨架及临时预应力束并张拉锁定。

(2)安装吊架于合龙段上方,并调整就位,再安装内模,在梁体悬臂端采用砖砌水池充水配重,选择日温度最低的夜间浇筑合龙段混凝土,并逐级解除合龙段压配重。

(3)待边跨混凝土达到设计强度后,开始中跨施工。

(4)在混凝土强度达到设计张拉强度后,按设计张拉顺序,对称张拉梁体预应力束,先长束后短束,待预应力束张拉完毕后,将管道压浆封锚。

(5)待中跨合龙完毕后,按设计要求张拉所有剩余的预应力束,全部完成体系转换。

5 结语

石武客运线东孟姜女河特大桥现浇预应力混凝土连续梁已顺利完工,施工过程中未发生任何安全质量问题。施工实践证明,连续梁的施工方案和跨既有线路的安全措施是科学的、合理的,可在类似现浇梁和跨既有线路的施工中可以借鉴。

[1]刘红伟.现浇预应力连续箱梁施工技术[J].山西建筑,2004,30(24):105-106.

[2]JT J041—2000,铁路桥涵施工技术规范[S].

[3]铁建设[2005]160号,客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准[S].

[4]TZ213—2005,客运专线铁路桥涵工程施工技术指南[S].

[5]陈辉文,夏亚飞.现浇预应力连续箱梁施工监理质量控制[J].山西建筑,2006,32(18):124-125.

[6]丛义营.巴江河特大桥连续梁支架施工技术[J].百科论坛,2007(12):271-272.

[7]贺海飞,贾同安.洪排河特大桥连续梁悬灌施工技术[J].施工技术,2008,37(12):200-204.

[8]丁兴华,高 俊,程 鹏.悬臂浇筑连续梁施工技术探讨[J].交通科技,2007(7):14-16.

[9]黄 腾,张书丰,章登精.大跨径预应力混凝土连续梁施工控制技术[J].河海大学学报,2003,31(6):669-674.

[10]周瑞泽.预应力连续箱梁悬臂浇筑施工技术[J].铁道标准设计,2007(8):69-70.

[11]侯希承.预应力连续梁悬臂施工控制技术探讨[J].西部探矿工程,2005,110(7):184-186.

[12]耿会云.菱形挂篮在各闷特大特悬灌施工中的应用[J].铁道标准设计,2009(6):65-68.