姚君芳

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 方案概述

懸臂澆筑施工是預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工中一種比較常用的方法。連續(xù)梁橋主梁0號段由于結(jié)構(gòu)受力復雜，梁段高、節(jié)段長、混凝土數(shù)量大、各向預應(yīng)力管道密集交錯，給施工帶來較大的困難。主梁0號段采用的施工方法一般為落地支架法或墩旁托架法。已有許多學者進行了相關(guān)研究，文獻[1]介紹了落地支架法施工控制工藝；文獻[2]主要介紹牛腿托架施工方案及托架安裝技術(shù)。但是，這兩種方法施工周期均較長。因此，在工期特別緊張的情況下，對0號段施工方法進行改進很有必要。

新建北京至張家口鐵路工程延慶下行聯(lián)絡(luò)線特大橋跨越北京市延慶區(qū)八達嶺鎮(zhèn)大浮坨村烽火臺，跨度為(40+64+40) m。原設(shè)計為懸臂澆筑施工，0號段采用落地支架法。截面類型為單箱單室、變高度、變截面箱梁。擋砟墻內(nèi)側(cè)凈寬4.50 m， 橋梁寬7.10 m，橋梁建筑總寬7.45 m。梁全長為145.50 m，計算跨度為(40+64+40) m，中支點處截面最低點處梁高5.00 m，跨中2 m直線段及邊跨9.75 m直線段截面最低點處梁高為2.70 m，梁底下緣按二次拋物線變化。

0號段長8 m，支座加寬處梁底寬5 m，其余梁底寬4 m。0號段總體積為103.71 m3，總質(zhì)量為269.65 t。原計劃工期為2018年9月20日～11月30日。因施工所在地入冬早，0號塊必須在保證施工質(zhì)量的前提下提前完成。

大噸位槽型梁跨越既有鐵路線吊裝[3-4]、跨既有鐵路鋼蓋梁吊裝施工[5]均有實際工程案例，但常規(guī)吊裝混凝土質(zhì)量均小于200 t。對于本項目如此大型的0號段預制后吊裝，尚無實際的工程案例。

圖1 (40+64+40) m 連續(xù)梁1/2立面(單位：mm)

2 0號段吊裝方案介紹

施工工法由“落地支架法”方案變更為“橋下地面澆筑與吊裝”方案，需要解決如下幾個問題：①吊裝后如何對梁體進行定位和位置調(diào)整；②吊裝結(jié)構(gòu)如何實現(xiàn)臨時固結(jié)；③大噸位吊裝點位的設(shè)計及受力計算。

圖2 0號段吊裝方案示意(單位：mm)

0號段吊裝方案如圖2，在梁底預埋4塊300 mm(順橋向)×760 mm(橫橋向)鋼板，墩頂設(shè)置4個600 mm(順橋向)×800 mm(橫橋向)先澆臨時墊塊(先澆臨時墊塊用于0號段吊裝后的支撐與精確調(diào)位)。在0號段梁底兩側(cè)預埋雙20b工字鋼B，共預埋4處，作為調(diào)整梁體順橋向位置的反力點。在橋墩頂帽兩側(cè)預埋雙20b工字鋼A，共預埋兩處，作為0號段左右調(diào)整位置的反力點。0號段在橋墩下預制，0號段底板預留4個1 100 mm(橫橋向)×600 mm(順橋向)的長方形孔，該處作為臨時固結(jié)措施的預留孔。臨時固結(jié)采用3根一束φ20 mm螺紋鋼N1。梁體吊裝就位后，預留孔處混凝土與后澆混凝土錨塊共同澆筑。

先澆臨時墊塊頂距離設(shè)計梁底面15 mm，其上鋪設(shè)一層10 mm厚MGE滑板。待梁體臨時就位后，調(diào)整梁體縱橫向位置達到設(shè)計要求后，采用千斤頂豎向頂起5 mm，使梁體到達至設(shè)計高程，灌注支座灌漿料。待灌漿料達到設(shè)計強度時，在墊塊及梁底之間采用鋼楔塊頂緊，卸載千斤頂，再澆筑后澆混凝土錨固塊。當后澆錨固塊混凝土達到設(shè)計要求后(強度及彈性模量達到100%，并且張拉齡期不小于10 d)，可取掉梁底及墊塊間的鋼楔塊。

先澆墊塊為0號預制節(jié)段的臨時支撐結(jié)構(gòu)，也是該節(jié)段橫橋向及順橋向水平位置調(diào)整的滑動裝置，必須保證其頂面的密實度及平整度，應(yīng)使4個先澆墊塊頂面在同一水平面內(nèi)，任意兩點間豎向高差不大于1 mm。預制時，需要注意0號段梁體縱坡的影響，并嚴格控制梁底預埋鋼板底面位于同一水平面內(nèi)，且任意兩點間豎向高差不大于1 mm。先澆臨時墊塊采用C50混凝土，后澆混凝土錨塊需采用補償收縮混凝土。墊石尺寸為：1 710 mm(順橋向)×2 200 mm(橫橋向)。

為保證梁體吊裝安全，需在頂板底設(shè)置4個加厚錨塊。梁體與吊具的接觸面均需磨光頂緊。采用φ32 mm精軋螺紋鋼筋固定吊具與梁頂板。由于原設(shè)計T1鋼束的預應(yīng)力孔道并未在0號段施工時張拉，造成吊具接觸面上方有空的預應(yīng)力管道。為了保證起吊時吊具接觸面上方混凝土沒有空隙，決定將原設(shè)計預應(yīng)力鋼束T0與T1位置對換，及時張拉鋼束并壓漿。

圖3 中支點處預應(yīng)力鋼筋布置(單位：mm)

3 主要施工步驟

(1)墩頂預埋先澆臨時墊塊及后澆混凝土錨塊鋼筋。墩身施工完成后，支模澆筑墊石混凝土。根據(jù)支座的錨栓孔預留錨栓孔位置，預留孔直徑應(yīng)大于錨栓直徑5 cm。支座灌漿前，需復測墊石高程，鑿毛墊石頂面支座位置和錨栓孔壁混凝土，清除預留錨栓孔的雜物，并將鑿毛的墊石表面潤濕。

(2)在主墩附近橋下地面澆筑0號段，梁底預留后澆混凝土錨塊預留孔?；炷吝_到設(shè)計要求后，張拉預應(yīng)力束并壓漿。

(3)安裝吊座，安裝位置梁面打磨平整，確保吊座與梁面整體密貼。

圖4 0號段吊點構(gòu)造(單位：mm)

(4)0號段吊裝前，主墩四周使用盤扣架搭設(shè)0號段吊裝就位時人員的作業(yè)平臺。

(5)墩頂先澆臨時墊塊施工。臨時墊塊頂面高程須嚴格控制，墊塊頂部混凝土需認真收面，使用60 cm長的刮杠將頂面整體刮平，每個墊塊頂面四角和中心的高差、4個臨時墊塊之間的高差均應(yīng)小于1 mm。在先澆臨時墊塊頂鋪設(shè)MGE滑板，在墊石頂安裝支座灌漿的模板。

(6)使用QUY650型650 t履帶式起重機緩慢、平穩(wěn)起吊0號段至離地1 m，再安裝支座下錨栓。

(7)將0號段提升至主墩頂，通過墩頂和0號段梁底預埋的反力點調(diào)整0號段的平面位置；再將后澆混凝土錨塊鋼筋與梁底預留孔對位，支座錨栓和墊石上的預留孔對位后，緩慢下放0號段。采用4臺千斤頂豎向頂起5 mm，使梁體到達至設(shè)計高程，灌注支座灌漿料。千斤頂布設(shè)位置如圖2，順橋向間距為1.924 m，橫橋向間距為4.614 m。

(8)待灌漿料達到設(shè)計要求強度后，在墊塊及梁底之間采用鋼楔塊頂緊，再卸載千斤頂，梁底預留孔鑿毛，澆筑梁底預留孔與后澆混凝土錨固塊。當后澆錨固塊混凝土達到設(shè)計要求后，取出梁底及墊塊間的鋼楔塊。完成0號段與主墩的臨時固結(jié)。

4 吊點局部應(yīng)力分析

為避免起吊過程中0號段產(chǎn)生局部破壞[6-7]，應(yīng)對0號段吊裝狀態(tài)進行詳細的實體計算分析。采用土木結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)Midas FEA，精確模擬吊點的細部構(gòu)造，采用四面體單元建立0號段的有限元模型。模型中順橋向為Y方向，橫橋向為X方向，豎向為Z方向。計入的荷載為自重和吊點力，其中吊點力分布在墊板上(如圖5)。由于結(jié)構(gòu)和荷載都是對稱的，取1/4結(jié)構(gòu)，橫橋向和縱橋向分別為對稱約束，底部為固定約束[8-10]。

圖5 0號段有限元模型

圖6 主拉應(yīng)力分布(單位：MPa)

由圖6可以看出，最大主拉應(yīng)力發(fā)生在加厚錨塊與箱梁腹板的交界處，為3.11 MPa，并沿橫橋向和豎向迅速衰減。該點屬于局部應(yīng)力集中點，略大于規(guī)范容許值(2.79 MPa)。故布置φ28 mm的 N1鋼筋、φ28 mm的N2鋼筋和φ20 mm的N6鋼筋，以分散吊點拉應(yīng)力(如圖4)。

圖7 吊點力引起的豎向正應(yīng)力及變形(單位：MPa)

豎向正應(yīng)力最大值為2.4 MPa，如圖7。由變形情況可知，該豎向力是由腹板彎曲造成的彎曲正應(yīng)力以及軸向正應(yīng)力疊加引起的[11-13]。

5 箱梁底板應(yīng)力分析

為了設(shè)置臨時固結(jié)，在0號塊底板預留了4個1 100 mm(橫橋向)×600 mm(順橋向)的長方形孔(對梁底板有削弱作用)。為了分析在0號塊張拉頂板束后箱梁底板應(yīng)力，分別建立縱向梁單元無預留孔、有預留孔計算模型[14-15]，計算結(jié)論如下：無預留孔的情況下，梁底正拉應(yīng)力為0.304 MPa。有預留孔的情況下，梁底正拉應(yīng)力為0.407 MPa。小于規(guī)范限值0.7fct′(fct′為預加應(yīng)力或存梁階段混凝土的抗拉極限強度)。

6 結(jié)語

新建北京至張家口鐵路工程延慶下行聯(lián)絡(luò)線特大橋(40+64+40) m連續(xù)梁創(chuàng)新性地采用0號段“橋下地面澆筑與吊裝”方案，通過精心制定施工方案，最后提前46 d順利完成0號段預制與吊裝施工，未出現(xiàn)任何安全質(zhì)量問題。該方案既節(jié)約了寶貴的工期，又避免了冬季施工。因此，在項目工期緊張的情況下，該方法具有較高的推廣價值。