大跨度钢筋混凝土预应力箱梁支架法分段现浇施工技术

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概况

新建武汉至孝感城际铁路府河特大桥位于湖北省武汉市，全长11870m，为双线无砟轨道铁路桥梁，其中36#～40#墩上部设计为(40+72+72+40)m钢筋混凝土预应力连续箱梁，跨规划塔子湖西路。

连续梁全长225.2m，分为3个A0段、2个A1段、5个B1段、2个B2段即合龙段长2m，共计12个节段。该连续梁为三向预应力体系，其横断面为单箱单室。梁体构造为：端支座处及边跨直线段和跨中梁高3.25m，中支点处梁高5.65m，梁高按圆曲线变化，圆曲线半径R=235.002m；桥面组成为防护墙内侧宽度8.4m，防护墙外翼缘板宽度各1.35m，顶宽11.6m；箱梁边支点处底宽6.34m，中支点处底宽5.38m；箱梁横截面为单箱单室斜腹板，腹板斜率为5∶1，腹板厚分别为0.5m、0.7m、0.9m；顶板厚0.45m，底板厚由跨中0.46m按圆曲线变化至中支点梁体根部1m；箱梁共设5道横隔梁，分别设于中支点、端支点和中间跨跨中，中支点处设横隔梁厚0.6m，边支点处设端隔梁厚1.2m，跨中合龙段设中隔梁厚0.6m。该连续梁采用C50高性能混凝土，总方量为3272.1m3，采用支架法分段现浇施工。

工程特点：

(1)连续梁跨度大，主跨72m，变高度、变截面、三向预应力体系，结构复杂；

(2)连续梁采用分段现浇法施工，需要进行梁体临时锁定、体系转换，施工工艺流程复杂；

(3)施工支架由贝雷梁+碗扣式支架组成，结构体系较为复杂；

(4)现场地质条件复杂，地表往下12m厚为淤泥质软土，施工支架基础需要专门处理。

2 主要施工技术

2.1 支架工程

2.1.1 支架设计

根据现场实际情况，连续梁距地面净空小于10m，采用常规的钢管立柱+贝雷梁+碗扣式支架方案则净空高度不够且不经济；另外该部位地表往下12m厚为淤泥质软土，采用常规的换填地基处理方法则基础易产生不均匀沉降，梁体施工质量难以控制且存在安全隐患。经比较，连续梁支架采用贝雷梁+碗扣式支架方案，支架基础采用桩基础，桩顶设钢筋混凝土连系梁。

支架顺桥向共设置26个支点，其中8个支点直接支撑在承台上，另外18个支点采用独立桩基+条形基础支撑。

对位于承台上的8个支点，由于承台顶面不在同一个高程上需要设置支墩进行调平。其中支架贝雷梁底距承台顶高度小于1.5m的，采用现浇混凝土条形梁支撑，条形梁宽0.6m，高度根据承台浇筑高度及贝雷梁底高度调节，构造配筋、混凝土强度等级为C20，混凝土调平梁上安装双拼I40工字钢，以满足贝雷梁安装要求；支架贝雷梁底距承台顶高度大于1.5m的，采用钢管立柱+双拼I40a工字钢调平。

对于采用独立桩基+系梁基础支撑的18个支点，桩基采用旋挖钻成孔，直径1m，桩长25m～30m，钢筋笼主筋φ20、长为12.5m～15m即半笼配筋，C20水下混凝土灌注成桩；桩顶设钢筋混凝土系梁，混凝土标号C30，系梁顶面、底面分别配置10根φ20主筋，另外配置4肢箍筋。

2.1.2 支架搭设

支架总体施工顺序为：桩基施工→桩顶系梁、承台顶调平支墩施工→安装工字钢分配梁→安装贝雷梁→安装横向方木→搭设碗扣式支架→安装横向工字钢托梁→安装纵向方木→安装底模及侧模。

支架基础桩基施工前对地面进行整平，确保地面标高大于设计桩顶标高0.5m以上，以保证后续钻孔桩混凝土灌注质量；该连续梁位于线路曲线上，施工时采用平分中矢法进行桩基定位。

桩顶钢筋混凝土系梁施工完成强度达到70%后即可安装贝雷梁，安装前在系梁分中位置铺设粗砂，然后铺设20cm宽的调分钢板，以便后续贝雷梁安装。位于承台上的支点，支墩安装完毕后在支墩上横桥向安装双拼I40a工字钢作分配梁。

连续梁支架每跨横桥向布设11组贝雷梁，共计30片。贝雷梁现场拼装，每组长9m或12m，采用吊车吊装，按平分中矢法定位；贝雷梁安装时竖杆节点必须支撑在双拼I40a；贝雷梁吊装完毕后，在I40a工字钢上采用[10槽钢焊接限位器，防止贝雷梁横向移动，并采用水平通长连接杆将贝雷梁连接成一整体。

贝雷梁吊装完成后，在其上横桥向铺设15cm×15cm方木，顺桥向间距60cm，然后在方木上安装底托搭设碗扣式支架，碗扣式支架需按规范要求设置横向、纵向、水平向剪刀撑。碗扣式支架搭设后安装可调节顶托，调整好标高，在顶托上横桥向铺设I12.6工字钢托梁，最后顺桥向铺设方木，形成模板支撑系统。

支架检算：碗扣支架按照规范检算，其强度、刚度及稳定性满足要求；贝雷梁受力状态、桩基反力、系梁受力使用midas civil建模计算，贝雷梁强度、刚度满足要求，桩基承载力、系梁抗弯、抗压及抗剪强度满足要求。

2.1.3 支架预压

为消除基础、支架非弹性变形，检测支架弹性变形，确定施工预留拱度，保证成桥后线形，同时检查验证支架的安全性及稳定性，支架搭设完成后对支架进行预压。

连续梁共有12个节段，除2个B2合龙段外，还有3个A0节段、2个A1节段、4个B1节段。考虑到施工成本，按工艺流程分阶段预压，即A0节段碗扣支架搭设完成以后，先进行该节段支架预压；A0节段施工完毕，A1、B1节段支架搭设完成后再进行该节段支架预压。预压荷载按节段箱梁自重的60%→100%→120%分三级加载。预压荷载物采用混凝土预制块及成捆钢筋，加载时严格按照顺序加载，并模拟梁体荷载分布情况堆码。

预压前，在A0、A1每个节段支架顶布置30个观测点，纵桥向布设在分段线处，支架底部观测点设在贝雷梁内边缘处并与支架顶观测点对应，另外在贝雷梁1/3跨布置一排观测点，横桥向各5个；在B1每个节段布置40个观测点，横断面布置与A0段相同。经实测，支架沉降与理论分析基本一致，满足施工要求。

2.2 临时支座

为保证连续梁在大悬臂状态下稳定，在37#、38#、39#墩顶处设置临时支座，临时锁定梁体，以抵抗施工过程中因材料、设备等产生的不平衡弯矩，确保梁体不倾覆，临时支座在墩顶A0梁段底模铺设前完成。

2.2.1 临时支座构造

(1)在37#、38#、39#墩每个墩顶永久支座两侧横桥向各设一道临时支座，临时支座采用C50素混凝土，支座尺寸为50cm×57cm×550cm(宽×高×长)，上下面层设置10cm×10cm钢筋网，网片采用φ10钢筋，确保支座局部抗压满足要求；

(2)支座顶面与梁体相接部分15cm高范围采用硫磺砂浆超垫，硫磺砂浆内埋设热熔电阻丝，以方便后续临时支座拆除；

(3)每个临时支座内设置11根φ32精扎螺纹钢，埋入墩身3.1m，待A0节段张拉完成后将预埋的精扎螺纹钢进行张拉、锚固，预紧应力为90MPa。

2.2.2 临时支座拆除

(1)临时支座拆除时间：按照连续梁体系转换过程中对临时支座的解除时间要求拆除临时支座；

(2)临时支座拆除步骤：首先对热熔电阻丝通电，加热融化硫磺砂浆；切割临时支座内埋设的11根精扎螺纹钢；落梁，按设计进行梁体预应力索张拉；支架拆除后，再凿除临时支座混凝土；梁底打磨修理，保证外形美观。

2.3 混凝土工程

2.3.1 混凝土拌制及运输

连续梁梁体采用C50高性能混凝土，在混凝土拌和站集中拌制，拌制完成后由4台10m3混凝土罐车水平运输，垂直入仓采用2台布料杆长37m的混凝土泵车输送。

2.3.2 混凝土浇筑

总体原则：每跨混凝土的浇筑采取由下至上，由内向外，水平分层，横桥向对称方式布料，横桥向混凝土浇筑顺序为底板→腹板→顶板→顶板中部合龙。

A0节段混凝土纵向浇筑顺序为从主墩墩顶向两端对称浇筑，A1节段浇筑从已浇筑A0节段根部向梁端推进，在距离梁端约5m位置处，从相反方向浇筑，最后在距离梁端约5m位置处合龙；B1节段从已浇筑A0节段根部向跨中推进。

2.3.3 混凝土质量控制

为保证混凝土施工质量，严格控制各项参数，坍落度为180mm～220mm，坍落度45min损失不大于10%，模板表面温度控制在5℃～30℃，混凝土入模温度控制在5℃～30℃。

2.3.4 混凝土养护

连续梁每一节段混凝土浇筑完成后，桥面混凝土接近初凝时，即根据混凝土表面不粘手、不粘土工布时采用土工布覆盖，并及时洒水，洒水次数以保持混凝土表面湿润为宜。连续梁腹腔内采用大功率风机进行连续通风，以降低箱室内混凝土表面温度。

2.4 体系转换及合龙施工

2.4.1 连续梁体系转换

根据施工流程该连续梁体系转换分为三个阶段：

第一阶段：支架搭设完毕后安装永久支座、临时支座，并对永久支座进行临时固结；施工37#、38#、39#墩3个A0梁段，待梁段混凝土强度及弹模量达到设计65%时，张拉对应预应力索至600MPa；待梁段混凝土强度及弹模量达到设计100%时，张拉对应预应力索至设计值。该阶段施工完毕后，连续梁37#、38#、39#墩形成3个T构。

第二阶段：张拉临时支座内预埋的φ32精扎螺纹钢并进行锚固；同步施工A1、B1梁段，待梁段混凝土强度及弹模量达到设计65%时，张拉对应预应力索至600MPa；拆除中墩除水平约束以外的其他临时支座；待梁段混凝土强度及弹模量达到设计100%时，张拉对应预应力索至设计值。该阶段施工完毕后，连续梁37#、39#墩形成单悬臂，38#墩仍为T构。

第三阶段：拆除边跨支架，保留中跨支架，安装中跨合龙段临时劲性骨架，并临时张拉对应预应力索至600MPa；施工B2梁段，待梁段混凝土强度及弹模量达到设计65%时，张拉对应预应力索至600MPa；拆除中墩临时支座，形成永久支座，待梁段混凝土强度及弹模量达到设计100%时，张拉本阶段对应预应力索至设计值。该阶段施工完毕后形成4跨一联连续梁。

连续梁体系转换过程要注意按照预应力索张拉顺序及时解除临时支座的竖向、水平向约束，同时按照要求解除永久支座的水平约束。

2.4.2 合龙段施工

(1)合龙段施工在连续梁体系转换的第三阶段完成。施工方法：梁体悬臂段施工完毕后，利用跨中支架作为合龙段模板支撑系统，使用劲性骨架并临时张拉预应力索对两个悬臂端进行临时锁定，然后浇筑合龙段混凝土。

(2)合龙段临时锁定：临时“锁定”是连续梁合龙段施工的关键，合龙前使相邻梁段临时连接，保持相对固定、保证合龙段净空，防止浇筑合龙段混凝土过程中及合龙段混凝土未达到设计强度前相邻梁段错动，同时用来抵抗合龙段因温度升高而产生的压应力及梁体错动而引起的竖向剪应力。合龙“锁定”遵循又拉又撑的原则，即焊接劲性骨架和张拉临时预应力束。

3 结语

该连续梁跨度大、结构复杂，地质条件差，但由于采用分段现浇施工方法，且支架结构设计合理、基础处理符合实际、临时支座及合龙锁定措施得当，使实际应用效果良好：一是施工工期大大缩短，相比同类工程挂篮施工节约工期4个月；二是支架的不均匀沉降得到了有效控制，连续梁整体线性美观；三是充分利用了闲置的碗扣支架、贝雷梁，加快了材料周转速度，降低了施工成本。综上所述，该连续梁分段现浇施工方法是一次成功的应用，为同类工程施工提供了参考和借鉴。