客运专线32m简支箱梁原位现浇施工技术

2011-12-19耿蓓

邯郸职业技术学院学报 2011年4期

关键词：预拱度贝雷梁波纹管

耿蓓

(中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁大连 116200)

客运专线32m简支箱梁原位现浇施工技术

耿蓓

(中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁大连 116200)

依据地形地势，结合各种施工方案对比选择了钢管贝雷梁支架体系进行32 m简支箱梁原位现浇施工，同时阐述施工工艺特点及控制要点。

客运专线;简支箱梁;现浇;施工

1 工程概况

武广铁路客运专线东湖特大桥全长22251.15 m，有32m预应力混凝土简支箱梁64孔，梁截面类型为单箱单室等高截面，梁端顶板、底板及腹板局部向内侧加厚。梁面宽13.14 m，防撞墙内侧净宽9.14m，梁长32.16m，计算跨度为31.1m，梁高3.05m。由于桥址处在城乡结合部，永久征地仅有18m宽，临时用地征用难、费用高，在综合对比满堂支架及钢管支墩贝雷梁支架体系的基础上，最终选择采用占地面积小、模板整体过孔且过孔速度快的钢管支墩贝雷梁支架体系作为最终施工方案。

2 支架布置及受力计算

2.1 支架布置

采用钢管立柱与贝雷梁配合使用组成箱梁现浇支架体系，临时支架基础处理时先挖除地表松散土至承载力较高的硬塑土，用碎石土进行换填，换填层高出原地面20cm以上，在处理好的基础上铺5 cm细砂找平层，然后安放250cm×250cm×40cm的钢筋混凝土预制块。每孔箱梁设4排钢管支架墩，每排钢管支架墩由5组钢管支架组成，每组钢管支架由4根Ф219×10mm钢管加工而成，两端2排支架支撑在承台上，跨中2排支架支撑在混凝土预制块上，4排钢管支架的中心间距为845.1、133.845 cm。钢管支架墩的每根钢管上设置能调整高度的砂箱，砂箱上横向设置I50型钢做横向承重梁，支架布置如图1～图4所示。

2.2 支架检算

箱梁荷载除考虑梁体自重外，还需考虑模板及支架重量、施工荷载(人、料、机等)，32m预应力简支箱梁箱体横向6.7m范围的全部荷载为梁体自重6586kN、施工荷载1423kN，贝雷片560kN，分配梁、方木等其他构件320kN，合计8889kN，按9000kN计算。

2.2.1 箱体中间6.7 m宽度检算

根据现浇箱梁的截面特点，箱梁荷载主要集中在箱体横向6.7m宽的范围内，箱梁范围内的均布荷载q=9000/32.6=276107kN/m，贝雷梁最大弯矩Mmax=3661103kN·m，最大剪力Qmax=1421176kN，查《装配式公路钢桥多用途使用手册(第一版)》表3－6，单层单排贝雷梁，允许弯矩为［M］=78812 kN ·m，允许剪力为［Q］=24512 kN，单片贝雷梁的W=357815 cm3，I=25049712 cm4。按弯矩作为主要控制因素计算:所需贝雷梁片数n=Mmax/［M］=4.64;按剪力作为主要控制因素计算:所需贝雷梁片数n =Qmax/［Q］=5.8。

可以看出，剪力是控制箱梁箱体下贝雷梁片数的主要因素，综合考虑贝雷梁间的连接及箱梁的整体尺寸，实际施工时在箱梁箱体6.7m范围内布置10片贝雷梁，挠度f=5ql/(384EI)=7.8mm＜10300/ 400=25.8 mm，支架体系完全能满足现浇梁施工要求。

2.2.2 钢管支墩检算

箱梁支架现浇段最不利处墩身高度为15.5 m，除去支架顶部贝雷梁高度1.5m，钢管支架最不利高度为14m，每个支墩由4根Ф219×10mm钢管组成，根据箱梁箱体范围内总荷载9000kN，按均布荷载考虑，q=9000/32.6=276.1kN/m，跨中每排钢管支墩承受的压力F=276.1×11.33/2+276.1×8.45/2= 2730.6 kN，根据布置图知应由每排支架墩的中间3个钢管支架来承受，则中间每个钢管支架必须承受的压力为910.2 kN，每根Ф219钢管必须承受的压力为227.6 kN。钢管截面面积A=π/4(2192－1992) =6565.9 mm2，则压应力σ=N/A=34.7MPa＜f=215MPa，所选择的钢管强度能满足规范要求。

2.2.3钢管支架的组合特性检算

截面面积A=π(2192－1992)=26263.6mm2，惯性矩Ix=1.124×106mm2，回转半径i=(Ix/A)l/2 =654.2 mm，则长细比λmax=l/i=21.4＜［λ］=150，故钢管支架的刚度满足要求。

2.2.4 地基承载力检算

钢管支架安放在2.5m×2.5m×0.4m钢筋混凝土预制块上，根据以上计算每组钢管支架承受910kN的荷载，则基础压应力P=(N+G)/A=156kPa，根据地质勘察资料及试验室现场测定的地基承载力，硬塑土和换填层的地基承载力均在180kPa以上，能满足现浇梁的施工要求。

3 支架预压及预拱度设置

箱梁支架及模板安装完成后要进行全面检查，确认安全可靠后再根据技术规范的要求对每孔支架进行加载预压，预压的目的是为了消除支架的非弹性变形，收集支架、地基的弹性变形数据，作为箱梁设置预拱度的依据，预拱度设置时要考虑张拉上拱、支架弹性变形的影响。预压荷载为梁体重量和施工荷载的115% ，按照箱梁的荷载分布进行加载，采用砂袋和钢筋堆码。为避免装卸载施工干扰，沉降观测点布置在箱梁模板的下部，采用水准仪倒读塔尺的方法进行观测。预压观测点布设如下:每跨纵桥向设7个断面，每个断面横向布设5个测点并进行编号，分别设在两侧翼缘板、两腹板，梁中心线底板。

预压前调好模板，测量所有观测点高程后开始加载，加载顺序同混凝土浇筑顺序(从箱梁的两端向跨中对称推进)，按0→50%→80%→115%顺序分级加载。每级加载完成后每2h观测1次，直到支撑变形稳定为止。卸载顺序与加载正好相反，并做好沉降观测点高程测量。根据每次沉降记录绘制沉降曲线，并根据沉降值进行计算，确定箱梁支架体系的实际挠度值。根据箱梁的设计预拱度和支架体系的变形所计算出的预拱度之和，为预拱度的最高值。其他各点的预拱度以中间点为最高值，以梁的两端点为零点，按二次抛物线进行分配设置。

箱梁支架体系预拱度设置应考虑以下因素:地基弹性沉降、钢管支架的弹性压缩量、砂箱的弹性压缩量、结构的弹性压缩量和箱梁结构设计预拱度等。对于地基沉降，根据预压结果地基沉降为2～4mm，钢管支架的变形量经计算最大为6mm，而非弹性压缩量已通过预压消除。图纸要求32m预应力箱梁的设计预拱度为11.7mm，按二次抛物线变化计算各点的设计预拱度，即δx=δ(1－4X2/L2)，施工预拱度为支架变形值+设计预拱度，底模顶面高程=梁底设计高程+δ2+δx。

4 施工控制要点

4.1 原材料质量控制

水泥:采用水化热和收缩性较小的水泥，掺入适量的粉煤灰与矿粉。

骨料:粗骨料选用粒径均匀、级配良好、碱活性小、质地坚硬、级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等碎石。严格控制砂、石子的含泥量，必要时用洗石机进行清洗，确保将含泥量控制在验标要求内。严格检测砂、石子的含水量。在混凝土搅拌机上安装同位素检测仪，及时检测砂、石子的含水量，自动调整供水量，保证水灰比稳定准确。

4.2 波纹管安装

为防止在浇筑混凝土过程中波纹管变形或局部挤裂漏浆而堵塞管道，应用定位钢筋进行准确定位，在曲线部位时定位钢筋要加密。波纹管连接处的缝隙应用胶带纸包裹缠牢，防止水泥浆渗入。浇筑前应用灌水法检查波纹管的密封性及各接头的牢固性，做完密封性试验后用高压风将管道内残留的积水吹出，同时波纹管内部临时插入2根外径较预应力波纹管内径稍小的硬塑料管，在浇筑混凝土过程中，要每间隔一段时间对硬塑料管进行抽动，直到腹板浇筑完成，以防止水泥浆堵塞波纹管。实践结果表明，采用上述措施能确保预应力波纹管不变形、不堵塞。

4.3 混凝土浇筑顺序

混凝土浇筑应分层连续并在初凝时间内浇筑完成，先从两端向中间，先底板后腹板再顶板。混凝土振捣以插入式振动棒为主，附着式振动器辅助振捣，要特别注意腹板底脚及锚垫板附近混凝土的密实度，由于箱梁内模采用无底式结构，箱梁浇筑腹板至下圆弧角处时，混凝土坍落度宜控制在180mm左右，水平分层浇筑，控制混凝土浇筑速度，并派专人负责观察振捣时混凝土的流向，控制标准以混凝土停止流动时腹板混凝土面在圆弧角上30cm为宜。

4.4 混凝土浇筑时间控制

客运专线验标要求箱梁混凝土浇筑时间不宜超过6h。为确保箱梁混凝土质量，必须提前制定科学可行施工方案，采用全新有效的施工工艺和保证措施进行控制，对施工人员进行认真仔细的交底和分工，使每一个施工人员都明确自己的工作和职责，并定出奖罚措施。所有的机械设备要进行全面的检修和保养，施工时要有备用设备，防止发生意外。

4.5 预应力筋安装及张拉控制

考虑张拉端的工作长度后进行钢绞线下料，完成后要进行编束，在编束前应用专用工具将钢绞线束梳理一下，将钢束端头做成圆锥状，以防钢束在波纹管接头处引起波纹管翻卷，堵塞孔道。预应力筋张拉前，首先应用高压水冲洗孔道，并用高压风枪将孔道残余的积水清理干净，在混凝土强度达到设计要求后尽早进行预张拉，以防止梁体局部出现裂纹。预应力钢绞线张拉采用张拉应力及伸长量双控措施，张拉应力值以油压表读数为主，以钢绞线伸长值做校核，两者的偏差不超过±6%，每束钢束张拉程序为:0→20%δcon→100%δcon(持荷5min)→回油锚固。