沪杭高速铁路横潦泾特大桥135m跨连续梁桥合龙施工技术研究

2011-05-09徐传银

铁道标准设计 2011年6期

关键词：梁桥合龙挂篮

徐传银

(沪杭铁路客运专线股份有限公司,上海 200237)

沪杭高速铁路横潦泾特大桥135m跨连续梁桥合龙施工技术研究

徐传银

(沪杭铁路客运专线股份有限公司,上海 200237)

预应力箱形连续梁在完成各“T”构施工后,合龙段,特别是中跨合龙段的施工关系到连续梁体的施工质量。如何在温度变化时保证合龙段混凝土的质量,是合龙成功与否的关键。沪杭高速铁路横潦泾特大桥4跨连续梁桥在合龙段施工中,通过对合龙方案的制定,对合龙段的受力分析,确定了合龙的各工序及锁定措施,同时结合测量监控,顺利完成了135m大跨度铁路连续梁桥的合龙施工。

沪杭高速铁路;连续梁;合龙;施工

合龙段施工是悬灌梁体施工的一道关键工序,不论是预应力连续梁、连续刚构、斜拉桥在主梁悬臂灌注完毕后均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。在合龙段施工过程中,结构体系发生变化,因混凝土自重、温度变化、施工荷载的作用,在悬臂梁端产生位移,影响合龙段混凝土悬臂梁端的连接,易产生裂纹,施工中通常采用刚性支撑和临时预应力的撑拉作用将合龙口锁定,同时在灌注混凝土时在合龙口处增减压重,保持合龙口两梁端无相对位移,从而保证合龙段混凝土与悬臂梁端之间不产生裂纹。结合沪杭高速铁路跨横潦泾连续梁桥的合龙段施工的实践,介绍悬浇梁的合龙方案、相关技术参数的计算及施工要点。

1 工程概况

沪杭高速铁路采用连续梁桥方式跨越黄浦江上游的横潦泾,连续梁桥共5墩4跨,属横潦泾特大桥的正桥段,墩号119～123号,里程DK35+287～DK35+709,跨径布置为(75+135+135+75)m,全长421.5m。121号墩为水中墩,120号、122号主墩位于北、南两岸的大堤上,119号、123号墩为陆上边墩。连续梁桥跨布置见图1。

图1 跨横潦泾连续梁桥桥跨布置

上部结构为单箱单室预应力钢筋混凝土连续梁,梁顶面宽度12m,底板宽7m,0号块长度29m,高10m,设11个悬浇节段,节段配长为2×4.0m+2× 4.5m+7×5.0m,节段重2050～3000kN。119号、123号墩设边跨现浇直线段,长度7.25m。0号块采用支架法现浇,悬浇段采用贝雷桁架挂篮施工,0号块现浇支架在悬浇时起支撑及稳定作用,直线段采用支架法现浇。边、中跨合龙段截面见图2。

图2 合龙段截面(单位:m)

全桥共有4个合龙段,边跨、中跨各2个,长度均为2m,梁高5.83m。单个边跨合龙段配纵向预应力筋22束,中跨合龙段设置了中隔墙,配纵向预应力筋48束。

2 合龙特点和原则

合龙段施工是连续梁施工和体系转换的重要环节,施工中需面对两个主要问题:(1)合龙新浇筑混凝土在硬化过程中产生收缩,同时合龙口两端悬臂梁随温度下降也会产生收缩,从而不能确保合龙段与两悬臂梁端的连接性能;(2)合龙段混凝土随着温度上升,悬臂梁伸长,而过早参与体系受压,新浇筑的合龙段混凝土在短时间内未具备一定的强度,过早承压则破坏混凝土内部胶结构造,影响其强度。可见如何保证合龙段混凝土质量是连续梁中跨合龙关键。设计上尽可能将合龙段长度设计短一些,以减少合龙段混凝土收缩量。施工中,为防止合龙段新浇混凝土温度升高过早受压及温降而出现裂缝事故,普遍做法是调查合龙的温度规律,确定合龙温差范围,经计算在悬臂段预埋劲性骨架及张拉临时预应力束,对合龙跨进行临时约束锁定。

合龙施工应结合本桥特点,满足受力、线形和误差要求。大桥悬浇过程中,3个主墩独立T构的梁体处于负弯矩受力状态,随着边跨T构与直线段的依次合龙,梁体也依次转化为不同结构的受力状态直至成桥,从而完成连续梁的体系转换。本桥合龙有如下特点。

本桥属大跨度的铁路连续梁桥,梁体刚度较大,主墩采用现浇支架承托固结,合龙段施工的特点是2个边跨分次合龙,2个中跨对称同时合龙,锁定力量大,锁定和解除工序复杂。针对本桥合龙特点,制定合龙方案应遵循如下原则:

(1)按悬浇监控方案要求,先边跨合龙,后中跨合龙;

(2)按支座预偏量设置要求,在(14±4)℃合龙;

(3)合龙时的梁结构为简支受力体系;

(4)满足设计及规范要求。

3 边跨合龙

通过边跨合龙,将2个边孔变成“∏”形的简支结构,合龙时主墩固定,边跨直线段活动。

3.1 边跨合龙方案

边跨合龙时,120号墩固定,锁定北边跨合龙段, 119号墩锁定解除,变为活动墩。南边跨合龙时, 122号墩固定,锁定南边跨合龙段,123号墩锁定解除,变为活动墩。

3.2 边跨合龙段临时锁定设计

3.2.1 直线段现浇支架滑动机构设置

直线段的现浇支架下部为自墩顶向上设置的钢管支架,其上布置贝雷桁架作为承载梁,为使得在边跨合龙时直线段能够纵桥向水平微量滑移,在贝雷桁架下的分配梁与钢管柱间设置了滑动机构,如图3所示。

图3 直线段现浇支架滑动机构

119号、123号墩直线段锁定和解除的主要机构为钢管柱顶4个支点、墩顶模板支撑及活动支座锁定。在4根钢管柱顶的分配梁下设不锈钢板-四氟板滑动层,可锁定,解除后即为活动层。解除锁定时,须拆除墩顶模板支撑并解除支座上下摆锁定。

3.2.2 边跨合龙受力分析

新浇筑的合龙段混凝土在硬化过程中产生收缩,而且在硬化初期的收缩量远比后期的大,在边跨合龙前将合龙跨两端支座进行临时锁定,限制上下板的相对移动,在合龙段布置劲性支撑架,并张拉临时预应力束,再解除支座锁定,选择在悬臂梁内温度最低时浇筑合龙段混凝土,劲性支撑架结构需根据受力计算设计。

以北边跨119号～120号墩为例,首先假定北边跨合龙段两侧的119号、120号墩支座都是固结约束的,墩身无位移,计算图式如图4、图5所示。

图4 边跨结构(单位:m)

图5 边跨合龙温度应力计算图示

计算基本参数如下。

支座滑动摩阻系数:f=0.3;

钢-四氟板滑动摩阻系数:当压应力＜7MPa时, f=0.08;

钢筋混凝土线形膨胀系数(αh):(8～12)×10-6/℃

混凝土弹性模量(Eh):3.6×104MPa(各截面加权计算值)。

设梁升温Δt时产生的自由伸长量为ΔLt,即

因αg=αh,则

两端约束产生的缩短为ΔLh,为简化计算,变截面箱梁分段按平均截面计算,则

根据变形协调原理,

因此,得:

式中:N为梁体因温度变化时所受的轴向力;αg、αh分别为钢和混凝土的线膨胀系数;L、Lh1、Lh2、Lg分别为合龙跨度、两悬臂浇筑段长度、合龙口钢支撑长度;Eg、Eh分别为钢和混凝土的弹性模量;Ah1、Ah2分别为Lh1、Lh2段箱梁平均截面积;Ag为锁定劲性型钢截面积。

根据计算,当119号～120号墩锁定时

由此可见,当昼夜温差至10℃时,在合龙段处可产生22480kN的轴向力,即当两端固结约束时,其温度影响轴向力很大,一般在边跨合龙段锁定后,需要立即释放119号墩直线段端的支座固结约束,使其轴向能滑动,此时合龙口刚性支撑所受轴向力为:

当升温时

式中 N——合龙口刚性支撑所受压力;

Ny——预应力临时张拉束提供的预压力;

Q——边跨直线段梁的自重;

f——直线段梁自由滑动时的摩阻系数。

当降温时

实际合龙时,可根据气候情况及合龙前的梁温测试数据,预估合龙口锁定后至新灌混凝土达到足够强度前可能产生的降温值Δt,然后依Δt求得梁降温时所产生的温度应力,并依此来求得所需预应力临时束的张拉力,从而选定合龙口刚性支撑截面。

根据边跨合龙设计,在合龙时,需张拉临时预应力索4T15(19束)、4B0(19束)至500MPa,则:

Ny=140×19×8×500×10-3=10640kN

边跨梁重按5363kN计,支座、四氟板摩阻系数均按0.08计,则:

由此,得:

在边跨合龙段设置劲性支撑架,用于承受预应力产生的轴向力,拟选用2[32a型钢梁4组,其承载力为

合龙段支撑架布置见图6,支撑架结构见图7。

图6 合龙段支撑架立面布置

图7 支撑架结构

经与设计院联系,将合龙段需张拉的临时预应力索由4T15(19束)、4B0(19束)共8根调整为2T15 (19束)、2B0(19束)共4根,则:

4 中跨合龙

2个中跨采用一次同时合龙方式,将2个边孔的“∏”形和中间121号墩的“T”构形成4孔连续的成桥结构。

4.1 中跨合龙方案

中跨合龙时,121号墩固定,锁定北中跨合龙段,解除120号墩锁定变为活动墩;锁定南中跨合龙段,解除122号墩锁定变为活动墩。

4.2 中跨合龙段临时锁定设计

中跨合龙时的受力计算简图见图8。

图8 中跨合龙计算简图

121号墩固定,其余墩均为活动,合龙段的受力为温度变化时两侧梁的自由滑动摩阻力。中跨合龙段的受力计算与边跨合龙模式相同,即:

根据中跨合龙设计,在合龙时,需张拉临时预应力索2T14(19束)、2D0(15束)至500MPa,则:

边跨+1/2次边跨梁重按87773kN计,支座滑动摩阻系数按0.03计,则:

由此,得:

在边跨合龙段设置劲性支撑架,用于承受预应力的产生的轴向力,拟选用2[32a槽钢梁4组,其承载力为:

[N]=7508kN＞N,满足受力要求。

5 工艺流程及要点

5.1 工艺流程

合龙段施工的工艺流程见图9。

图9 合龙段施工工艺流程

5.2 合龙段质量控制要求

合龙前两悬臂端相对高差不大于合龙段长度的1/100,且不大于 15mm;本合龙段长度为2m,按 15mm控制;

梁段轴线偏差不大于15mm;梁段顶面高程差:±10mm。

5.3 挂篮布置方案

悬浇挂篮参与合龙,其施工布置的顺序为:

(1)120号(北岸)、122号(南岸)墩挂篮悬浇完11号块,121号墩挂篮悬浇完10号块;

(2)120号、122号墩挂篮后退至10号块以后, 121号墩挂篮悬浇完11号块;

(3)延长浇筑直线段的贝雷桁架,挂篮吊架法分次施工两边跨合龙段;

(4)121号墩挂篮前行,同时施工两中跨合龙段。

5.4 合龙段浇筑混凝土压重方案

在待浇筑的合龙段两侧块段上用1.8t/块的混凝土板(2.5m×2.2m×0.2m)作为压重,使两侧压重量与合龙段混凝土等重,随着混凝土的浇筑及时移除混凝土压重块,保证已浇混凝土量加压重块重量与合龙段重量相等。

5.5 合龙段施工加载

边跨合龙段施工平衡压重安放在悬臂块A11段及直线段A12,压重为边跨合龙段浇筑混凝土重力的一半(400kN)。中跨合龙段施工平衡压重安放在两侧悬浇段B11块段,压重为中跨合龙段浇筑混凝土重力的一半(770kN),保持梁平衡受力。

5.6 预应力束穿束、张拉

预应力束的穿束、张拉均分2次进行。先穿合龙段施工需要初张拉的预应力束。穿好后张拉端不能有约束。混凝土浇筑完毕后再穿剩余的预应力束,待混凝土强度达到90%后开始张拉。张拉按设计要求分2批进行,先期张拉顶、底板束,补拉到设计吨位,进行压浆及封锚。

6 实施情况及小结

大桥在满足对合龙段各工况的分析与计算基础下,有效地实现了边跨及中跨合龙,合龙时最高温度约22℃,最低温度为11℃,合龙段高差+4mm,-3mm,中线偏移5mm。

(1)许多类似桥形的合龙资料表明,在合龙段混凝土浇筑完成后,温度上升时,宜采用支座约束锁定(将支座上、下板采用钢板固结),在梁体温度开始下降前拆除,以给合龙段混凝土施压。就跨横潦泾连续梁桥而言,在梁体温度上升时,对合龙段混凝土施加的压力相差不大,是不进行支座约束锁定的原因。

(2)是否在合龙段两侧施加相当于合龙段混凝土重力的压重,在合龙段混凝土浇筑过程中逐步拆除,和合龙段混凝土的浇筑时间有关。如果合龙段混凝土能在混凝土能重塑的时间内完成浇筑,不进行压重设计,对合龙段混凝土质量影响不大。但一般情况下,若不采取平衡配重措施,梁部线形不能按要求控制,且有可能出现合龙段混凝土与悬臂连续处出现裂缝。

(3)当合龙段第二次经历梁体温度上升时,此时合龙段混凝土已经具备一定的抗压能力(约20MPa),合龙段内支顶钢架存在很大的内力,需要再次在温度下降时张拉部分钢束后,截断支顶钢架型钢。

(4)跨横潦泾连续梁桥经大桥设计院施工监控,其混凝土强度、断面抗裂性、刚度及线形均满足设计要求。