客运专线预制箱梁后浇翼缘板施工技术

2011-07-25苏中华

石家庄铁道大学学报(自然科学版) 2011年4期

苏中华

(中铁十二局集团第三工程公司，山西太原030500)

在石太客专寿阳梁场中，共需要通过隧道架设32 m双线箱梁19孔，该箱梁高3.0 m，顶板宽13 m，底板宽5.6 m。因架设时须经过隧道，由于双线整孔箱梁受隧道限界影响［1］，箱梁装车后无法通过隧道，因此制梁时先将两侧部分翼缘板切除，架设完成后通过悬挑支架工地现浇完成。

隧道断面与梁体横断面关系见图1。运梁车高度为3.70 m，加上梁高后为6.7 m，在此高度处隧道宽度为10.48 m，不满足运梁要求。考虑箱梁翼缘板预留钢筋，因此每边预留1.75 m宽的翼缘板后浇带。

1 吊架体系设计

1.1 吊架体系组成

吊架体系由支架、托架及模板系统组成，其组成见图2。

图1 隧道限界与梁体断面关系(单位:cm)

图2 翼缘板现浇模板体系剖面

(1)支架系统。采用菱形挂篮形式，用10号以上槽钢制作，基本以寿阳梁场现有型钢为主。支架杆件采用节点板连接，节点板采用2 cm厚钢板焊接，节点板主体部分宽度按应力扩散角30°考虑计算。焊脚尺寸要求等于被连杆件的厚度，并采用双边满焊。栓接部分采用高强度螺栓安装，并采用力矩扳手保证扭力的准确。支架的安装通过吊车进行。在安装前，找出支架的重心点，并由吊车吊挂后，通过梁体上预留的直径10 mm孔下穿。人员在箱体内部及箱体顶面与托架系统伸入的螺栓钢棒进行栓接。

(2)托架系统。模板加工时，模架底架采用槽钢［16，面板采用δ=5 mm优质钢板，以保证模板的刚度。模板中间通用节加工成每节3 m，梁两端模板每节2.8 m，以方便模板支架的搭设。

(3)模板系统。通过桥面预留孔竖向拉杆固定模板和支架，对支架进行加强保证、提高其稳定性。支架、模板使用前，在梁场进行预压试验，用沙袋代替混凝土和施工操作人员自重荷载，预压时间72 h，试验过程中对支架变形进行量测监控，确保支架刚度、强度、稳定性满足要求。

1.2 支架体系验算

支架体系验算验算采用通用软件ANSYS进行。验算包括受力和变形计算，主要有:各杆件内力，各节点位移变形情况。支架计算简图如图3，支架荷载分析如下。

(1)静载计算。混凝土质量计算，按浇筑长度考虑，1个架子承受1.5 m长的混凝土质量，F砼=1.5×1.75×0.4×2 500×10=26 250 N;人员工作荷载F=200×10=2 000 N;模板、支架荷载按每平方米2 000 N考虑，F模=1.5×1.75×2 000=5 250 N。

(2)动载计算。倾倒混凝土冲击力按6 kPa考虑，即F倾=1.5×1.75×6 000=15 750 N;振捣混凝土冲击力按2 kPa考虑，即F振=1.5×1.75×2 000=5 250 N。

(3)总荷载计算。静载计算，F静=(F砼+F人+F模)×1.2=40 200 N;动载计算，F动=(F倾+F振)×1.4=29 400 N;总荷载，F共载=69 600 N。杆16均布荷载，F杆16=69 600/1.75=39 771 N/m≈40 000 N/m。验算时，杆16按40 000 N/m均布荷载、节点9受1 000 N集中力考虑计算。

(4)支架强度计算。支架杆件采用槽钢［16，ANSYS计算弯矩图见图4。根据计算结果可知，杆16在左端取弯矩最大值为11.604 kN·m，而槽钢［16截面抵抗矩为1.08×105mm3，由此可计算出杆16的弯曲应力为107.4 MPa，小于允许弯曲应力值［σ］=170 MPa，因此结构抗弯强度满足要求。

图3 支架计算简图(单位:m)

图4 支架弯矩图

ANSYS计算剪力图见图5，根据计算结果可知，杆16在左端取剪力最大值为52.64 kN，而槽钢［16截面积为2 190 mm2，由此可计算出杆16的弯曲应力为24.04 MPa，小于允许抗剪应力值［σ］=85 MPa，因此结构抗剪强度满足要求。

(5)支架挠度计算。根据图6可看出支架最大挠度为7.3 mm，位于集中荷载作用处。该吊架挠度允许值为l/400，l为2.993 m，因此吊架挠度允许值为7.5 mm，因此吊架挠度满足要求。并且在模板安装形成整体受力后，托架刚度将显著提升，因此，整体支架系统实际变形将小于7.3 mm，完全满足现场施工要求。本支架在加工后将进行试压及预拼装，以保证整个托架系统安全。

2 吊架预压

采用一段6 m支架进行预压。预压在梁场存梁区进行，利用在现有箱梁梁端留出预留孔安装后进行。预压材料采用平布钢筋进行，6 m支架所用钢筋质量计算:G=1.75×6×0.4×2 500×10×1.5=157 500 N;实际取20 t钢筋进行预压，若长9 m，则需要727根钢筋，平铺于1.75 m的范围内，按纯直径高度计算，则钢筋堆放高度为8.3根。

在支架工作平台部分，模拟人员工作受力，按吊放2 000 N考虑。

图5 支架剪力图

图6 支架变形结果

预压前，在各杆件处建立标高观测点，进行三天的连续观测，每天测量两次。观测变形情况，并与计算结果进行比较，同时修正部分计算参数，以保证与结构实测值一致，并以此为据优化支架结构。

3 施工工艺

现浇翼缘板箱梁在梁场预制施工［2］，成品梁由运梁车载运通过寺南隧道至架桥机架设后，现场用吊车拼装支架及托架模板系统，现场绑扎钢筋后，浇注剩余部分翼缘板混凝土。待混凝土强度达90%以上后，脱模拆架，再进行后续如桥面附属结构施工，其施工工艺见图7。

4 支架安装

(1)托架的安装。吊车和托架固定安装及吊车指挥人员就位后，由两名固定安装人员站在托架模板顶，用简易工具将四个丝棒对孔平顺安置于预留孔内。吊车指挥人员要根据对孔情况进行指挥。对孔后，采用专用扳手将螺丝拧紧。箱梁内部板底垫胶垫，防止对梁体进行坡环。托架安装完成后，用吊链对托架进行临时固定，固定点可以选择预留梁边缘钢筋处。在托架安装过程中，也可以制作一定长度的长杆，可以对托架位置进行调控，配合吊车作业。

(2)菱形支架的安装。托架模板安装完成后，支架开始对位。菱形支架先用吊装设备就位，后用钢棒撬棍进行微调，保证对孔对位后开始安装支架。先上后支架后边丝棒，保证支架的稳定，再上紧前支架螺栓。

图7 后浇箱梁翼缘板施工工艺

(3)支架吊杆的使用。支架安装好后，上四根丝棒吊杆。注意吊杆安装时，尽量留有一定的活动量，就是不能将吊棒形成预先受弯的形态。

(4)标高的调整。根据事前放出的标高点，根据推算的标高，用简易水平管对托架的模板进行标高调节，这样可保证模板一次性对位，在托架支架安装好后，减少对支架吊杆的二次调节。在拧吊杆过程中，通过调整水平管，就可以对托架实现毫米级的定位。

对于支架安装定位不好的情况，只有对吊杆进行二次调整，即通过拧紧或放松螺栓帽来调整标高。相邻托架完成后，进行角部连接。

(5)支架检查。支架在安装就位后，对支架进行全面检查。包括:螺栓上紧程度，每个丝棒均要求上两个螺母。吊杆只允许受拉，不能受弯。对标高微调，最终确定好标高。托架模板间标高顺接，即面板一定要顺接，以防错台影响浇筑质量。以上工序完成后，一名固定人员通过高空挂篮，拧紧底部托架的螺母，只要间隔上紧螺母即可，最终将模板形成整体系统。为保证面板顺接还要进行打磨，模板间缝隙按通常作法，并采用双面胶进行封闭。

5 施工方法

(1)在箱梁预制时，翼缘板钢筋向上弯起［3］。箱梁通过隧道后，将对接钢筋在梁场内扳直扳顺。对梁体侧面边缘进行处理，保证平顺，无残渣。

(2)翼缘板钢筋采用预先加工，运至箱梁后进行焊接。预应力管道在钢筋绑扎时接出，及时组织安装，严格控制波纹管定位钢筋网位置，布设预应力管道并确保管道圆顺，下层钢筋网片间用架立筋垫起绑牢，钢筋保护层厚度采用外购细石混凝土垫块保证。

(3)预埋件在加工场集中加工，梁体使用的预埋件主要指锚具、螺旋钢筋、锚垫板及其它预埋件。钢配件应安装牢固，位置准确，安装完毕后，按相应的标准进行检查。

(4)混凝土必须是耐久性混凝土［4］，在使用时建议加入早强且具有减水性能的外加剂。在振捣混凝土时，人员必须严格站在钢筋骨架上。工作平台上每6 m只准站立两人作辅助工作。梁体混凝土养护是一个关键工序，确保梁体混凝土强度慢速增长，防止干缩及温度裂纹产生，必须引起重视。混凝土养护采取自然养护方式。灌注后至拆模前用土工苫布覆盖。

(5)张拉完毕应及时进行管道压浆，压浆时应按试验室通知水灰比进行拌料，压浆应饱满。压浆后对锚穴进行凿毛处理便于新老混凝土黏结。

(6)张拉完成后的拆架:在吊车就位后，将吊架用二个挂钩吊住，施工人员依次拆除托架下的螺母、八个丝棒。然后通过吊车整体下放托架，直至丝棒脱出预留孔。下放吊车主钩，保证托架平稳，并确保辅钩受力后，脱出主钩，将吊绳下放，托架平移出，放至箱梁顶部。再拆除三角支墩，倒用至下一孔梁;并进行打磨模板作业;注意检查胶皮垫的好坏，如果不行则及时进行更换。对模板、托架进行状况检查后，进行模板打磨和上油，运至下孔梁继续施工。