袁書(shū)強(qiáng)

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，山西 太原 030024）

大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土框架墩結(jié)構(gòu)受力特性及施工措施

袁書(shū)強(qiáng)

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，山西 太原 030024）

在橋梁工程施工建設(shè)中，大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土框架墩結(jié)構(gòu)是一種常用的下部結(jié)構(gòu)形式。以實(shí)際工程為例，首先對(duì)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土框架墩受力特性進(jìn)行分析，并對(duì)施工中改善框架墩結(jié)構(gòu)受力的方法進(jìn)行分析，然后對(duì)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土框架墩結(jié)構(gòu)的施工措施進(jìn)行分析和探討。

預(yù)應(yīng)力混凝土；框架墩結(jié)構(gòu)；碗扣支架搭設(shè)

1 工程概況

新建濟(jì)青高速鐵路跨海青鐵路特大橋286～288號(hào)墩跨天然氣管道里程為 DK265+740.27～DK265+781.67，286～288號(hào)墩采用3個(gè)門(mén)式框架墩2～20 m簡(jiǎn)支箱梁跨越天然氣管道。286～288號(hào)框架墩基礎(chǔ)為直徑1.25 m和1 m的鉆孔樁，樁長(zhǎng)24.5 m，共計(jì)34根；承臺(tái)結(jié)構(gòu)平面尺寸采用9.1 m× 5.7 m，7.6 m×4.8 m兩種，高度均為3 m，與天然氣管道邊沿最近距離5.1 m；框架墩墩柱為2.8 m× 2.8 m的方形立柱，墩高11 m；框架墩采用后張法預(yù)應(yīng)力橫梁，橫梁尺寸為3.1 m×3.2 m×24.4 m，其凈跨為21 m，橫梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)采用雙端同步張拉。樁基和承臺(tái)采用C35混凝土，橫梁及立柱頂部1.5 m采用C50混凝土，立柱頂部1.5 m以下部分采用C45混凝土，封錨采用C50補(bǔ)償收縮混凝土。

2 受力特點(diǎn)及改善措施

2.1 受力特點(diǎn)

2.1.1 框架整體剛度分配的影響

一般來(lái)說(shuō)，框架墩墩梁連接構(gòu)造主要是墩梁鉸接、墩梁固結(jié)。在進(jìn)行墩梁固結(jié)時(shí)，墩柱和蓋梁之間的相對(duì)剛度會(huì)對(duì)整體荷載的分配造成比較大的影響[1]。如果橋墩剛度比較大，那么蓋梁受到的彎矩會(huì)比較??；如果橋墩剛度比較小，那么蓋梁受到的彎矩會(huì)比較大。

2.1.2 空間受力體系

對(duì)于大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土框架墩來(lái)說(shuō)，除了需要承受順橋向荷載，還需要承受自身平面內(nèi)的荷載效應(yīng)，因此需要對(duì)框架墩的空間受力情況進(jìn)行分析。

2.1.3 基礎(chǔ)剛度的影響

在框架墩設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果基礎(chǔ)剛度過(guò)大，會(huì)使墩柱驗(yàn)算無(wú)法通過(guò)，影響蓋梁設(shè)計(jì)的安全性；相反，如果樁基剛度模擬值過(guò)小，亦會(huì)使蓋梁驗(yàn)算無(wú)法通過(guò)，影響墩柱的結(jié)構(gòu)安全性。

2.2 改善措施

在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土框架墩施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，受蓋梁上部恒、活載支反力、蓋梁自重、預(yù)應(yīng)力鋼束等因素的影響，在邊墩柱柱頂位置會(huì)產(chǎn)生偏向內(nèi)側(cè)的水平位移，后期收縮徐變會(huì)使用此變形進(jìn)一步加大，從而使邊墩產(chǎn)生偏位，影響邊墩受力情況[2]。為了使結(jié)構(gòu)受力情況得以改善，可以在施工時(shí)向邊墩施加一個(gè)向外的水平頂推力，從而將上述因素造成的邊墩水平位移抵消掉，降低邊墩柱底彎矩效應(yīng)。

3 框架墩結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

3.1 承臺(tái)的施工

286～288號(hào)框架墩的承臺(tái)分別開(kāi)挖深度是6.2 m、4.9 m和6.5 m，承臺(tái)距離天然氣管道約為5.5 m，承臺(tái)基底超過(guò)地下水位，以粉質(zhì)粘土為主，通過(guò)計(jì)算得出：選用放坡開(kāi)挖方式完成承臺(tái)的施工，基坑開(kāi)挖施工后需馬上進(jìn)行臨時(shí)防護(hù)，并安排相關(guān)人員開(kāi)始施工，2#加工廠內(nèi)統(tǒng)一加工的承臺(tái)鋼筋在運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行綁扎成型，并進(jìn)行立柱鋼筋的預(yù)埋設(shè)。承臺(tái)模板為定型鋼模板，一次性完成澆筑施工。

3.2 立柱的施工

立柱施工前期，需使用全站儀完成立柱中心和輪廓的放線(xiàn)，并清除承臺(tái)頂面墩柱預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的浮漿，及時(shí)進(jìn)行連接鋼筋的整修。施工選用兩排碗扣式腳手架，控制腳手架步距為60 cm，高程至墩柱模板頂端距離不低于50 cm，并布設(shè)防護(hù)網(wǎng)。立柱模板采用了定型大塊鋼模板，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和調(diào)整節(jié)分別是2 m和1 m，使用25 t吊車(chē)完成立柱模板單塊的吊裝，因立柱鋼筋密集度較高，結(jié)合混凝土自由落體高程不超過(guò)2 m，故選用翻模法完成立柱施工。當(dāng)完成立柱鋼筋2 m的綁扎后，需安設(shè)第一節(jié)2 m模板，后澆筑第一層混凝土。當(dāng)混凝土強(qiáng)度＞2.5 MPa時(shí)，采用人工鑿毛，之后進(jìn)行第二節(jié)段的鋼筋綁扎施工，并安設(shè)第二節(jié)2 m模板；當(dāng)混凝土強(qiáng)度＞2.5 MPa后，進(jìn)行人工鑿毛及清潔表面浮漿，而后拆卸第一節(jié)2 m模板，保留第二節(jié)2 m模板，接著綁扎第三層3 m節(jié)鋼筋，安設(shè)模板后澆筑混凝土，完成施工后實(shí)時(shí)對(duì)立柱混凝土灑水養(yǎng)護(hù)。

3.3 搭建支架

圖1 現(xiàn)澆支架正面布局圖（單位：cm）

3.4 安設(shè)橫梁

橫梁長(zhǎng)4.5 m，使用3根40b工字鋼并焊形成。橫梁吊裝施工前，需將40b工字鋼焊接成橫梁體，之后準(zhǔn)確標(biāo)注鋼管柱頂端的橫梁位置，使用人工和吊車(chē)配合完成橫梁安裝。工字鋼吊裝后滿(mǎn)焊將橫梁底端和鋼管柱頂板進(jìn)行連接。貝雷梁由雙排加強(qiáng)型貝雷片組合而成，控制貝雷梁和橫梁間距為30～45 cm，使用標(biāo)準(zhǔn)桿件完成其連接，詳細(xì)布局圖如圖2。當(dāng)完成貝雷梁的安裝后，使用吊車(chē)進(jìn)行31根分配梁的吊裝，分配梁布局間隔為60 cm，長(zhǎng)5 m。分配梁吊裝前，使用墨線(xiàn)或粉筆準(zhǔn)確標(biāo)出貝雷梁上分配梁的位置，選用人工和吊車(chē)配合的方式完成分配梁安裝。

圖2 現(xiàn)澆支架平面布局圖（單位：cm）

3.5 搭建碗扣支架

結(jié)合立桿和橫桿的設(shè)計(jì)要求，由底部至頂部依次完成立桿和橫桿的安裝，安裝時(shí)要控制立桿始終位于墊塊中心。通常先完成一個(gè)作業(yè)面底端的立桿和部分橫桿的安設(shè)，后逐層進(jìn)行安設(shè)，并安設(shè)所有橫桿，待完成立桿和橫桿的安設(shè)后進(jìn)行斜撐桿的安設(shè)，以此保障支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。使用48 mm鋼管和扣件連接斜撐，安設(shè)時(shí)連接結(jié)構(gòu)需盡量布設(shè)于框架節(jié)點(diǎn)上，并于碗扣支架的立桿頂端布設(shè)頂托，頂托超出梁高度不超過(guò)25 cm；于頂托上順著蓋梁橫向和縱向布設(shè)2層方木，并調(diào)平，控制上層方木間距為30 cm；于方木上端安設(shè)橫梁底模，并搭建上層鋼管的防護(hù)欄桿，施工平臺(tái)搭設(shè)于上層防護(hù)欄桿和橫梁底模之間。

3.6 支架的預(yù)壓施工

為減少基礎(chǔ)沉降和支架變形給現(xiàn)澆橫梁結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響，需于底模和支架結(jié)構(gòu)搭設(shè)完工后及時(shí)進(jìn)行支架的預(yù)壓。使用砂袋完成支架預(yù)壓，控制單個(gè)砂袋重量約1 t，總重需超過(guò)橫梁總重的1.2倍，預(yù)壓前需完成砂袋稱(chēng)重，為防止雨水對(duì)砂袋的影響，雨天時(shí)需用防水篷布覆蓋砂袋。預(yù)壓加載順序如下：

（1）加載順序：預(yù)壓加載按照（荷載總重）0→60%→100%→120%→100%→60%→0完成砂袋的加載和卸載，并及時(shí)測(cè)量和記錄每個(gè)級(jí)別下荷載觀測(cè)點(diǎn)的變形值，卸載原則是分層逐級(jí)卸載。

（2）預(yù)壓觀測(cè)：觀測(cè)點(diǎn)設(shè)于L/4、L/2跨處，以及墩部處，每組測(cè)點(diǎn)包括左右兩點(diǎn)，觀測(cè)標(biāo)需固定于點(diǎn)位處。加載前、加載60%、100%、120%時(shí)，分別測(cè)量1次，后間隔3 h測(cè)量一次，詳細(xì)記錄各測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)值。壓重1 d后再次測(cè)量各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，若最后兩次沉降量平均值不超過(guò)2 mm則可卸載。

3.7 穿束、張拉施工

橫梁鋼絞線(xiàn)穿束方法采用鋼套牽引法，穿束時(shí)選用膠帶裹纏鋼絞線(xiàn)頭，防止絞線(xiàn)頭鉤掛。張拉施工前，需認(rèn)真檢驗(yàn)張拉設(shè)備，標(biāo)定合格后可投入施工。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙要求和相關(guān)規(guī)范完成張拉施工，張拉前需清除管道中的積水和雜物。使用4臺(tái)千斤頂由兩端分別進(jìn)行左右對(duì)稱(chēng)的同步張拉施工，張拉順序?yàn)?→0.1δk(做伸長(zhǎng)量標(biāo)記)→δk（靜停5 min）→補(bǔ)拉δk（測(cè)伸長(zhǎng)量）→錨固。

張拉時(shí)要張拉和伸長(zhǎng)值測(cè)量同步開(kāi)展，使用應(yīng)變和應(yīng)力同時(shí)控制的方式進(jìn)行張拉施工過(guò)程的控制，控制理論伸長(zhǎng)值和設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)值誤差不超過(guò)6%，張拉時(shí)要統(tǒng)一指揮，若出現(xiàn)異常情況需馬上終止。完成張拉后24 h內(nèi)要檢驗(yàn)有無(wú)斷絲、滑絲現(xiàn)象的發(fā)生。

3.8 孔道的壓漿處理

張拉施工完成后，需在2 d內(nèi)完成管道的壓漿操作。壓漿操作前期需保障管道壓漿流暢，與孔壁及漿液的結(jié)合性非常好，使用高壓水完成孔道沖洗，采用真空灌漿方式完成灌漿施工。管道壓漿施工時(shí)，拌和和壓漿需同步開(kāi)展，當(dāng)新鮮水泥漿經(jīng)由出口冒出，與已壓漿注的稠度一樣時(shí)可停止作業(yè)[3]。此過(guò)程需控制水泥漿攪拌停止至壓入管道的間隔在40 min內(nèi)，水泥漿液的質(zhì)量要求密實(shí)飽滿(mǎn)，完成壓漿后需進(jìn)行封錨混凝土的施工。

3.9 卸架施工

當(dāng)?shù)谝慌A(yù)應(yīng)力施工完工，且壓漿強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求后，可進(jìn)行支架的拆卸作業(yè)，拆卸支架的順序是先跨中后兩邊，均勻拆卸，盡可能控制兩側(cè)支架拆卸進(jìn)程一致，并合理安置拆卸的支架。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文以實(shí)際工程為例，對(duì)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土框架墩結(jié)構(gòu)受力特征進(jìn)行分析，然后對(duì)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)進(jìn)行了分析和探討，工程施工后施工質(zhì)量達(dá)到了預(yù)期要求，值得類(lèi)似工程借鑒和參考。

[1]JTG D63-2012,公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]余江.高速公路大跨徑框架墩的設(shè)計(jì)研究[J].公路交通科技，2011(03)：56-58.

[3]萬(wàn)明.剛度在框架墩計(jì)算中的影響[J].鐵道勘察，2010(09)：129-131.

廣東梅大高速公路梅州東環(huán)支線(xiàn)項(xiàng)目開(kāi)工，預(yù)計(jì)2020年建成通車(chē)

廣東梅大高速公路梅州東環(huán)支線(xiàn)項(xiàng)目已全面開(kāi)工，預(yù)計(jì)將于2020年建成通車(chē)。梅大高速公路梅州東環(huán)支線(xiàn)項(xiàng)目起點(diǎn)位于梅州市梅縣區(qū)丙村鎮(zhèn)丙村互通立交，與梅大高速公路相連，終點(diǎn)位于城東鎮(zhèn)竹洋互通立交，與天汕高速公路相接。路線(xiàn)全長(zhǎng)15.08 km,全線(xiàn)雙向4車(chē)道，設(shè)計(jì)速度100 km/h。項(xiàng)目于2017年7月全面開(kāi)工建設(shè),預(yù)計(jì)2020年底全線(xiàn)建成通車(chē)。

該項(xiàng)目的建設(shè)將使梅州環(huán)城高速閉合成環(huán)，與梅大高速公路、長(zhǎng)深高速公路及濟(jì)廣高速公路共同構(gòu)筑粵東地區(qū)及粵東北地區(qū)的高速公路通道，進(jìn)一步完善區(qū)域高速公路網(wǎng)。

U445

B

1009-7716（2017）09-0117-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.09.034

2017-05-02

袁書(shū)強(qiáng)（1980-），男，山西太原人，工程師，從事預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)工作。