播丫河特大桥悬浇连续梁合拢段施工技术探讨

赖世英

摘要： 通过播丫河特大桥的施工实例，阐述了挂篮悬浇连续梁合拢段施工时的力学分析理论依据及分析过程，合拢段劲性骨架的设计方案及检算方法，合拢段临时预应力施加设计，及合拢段施工质量控制要点等。以期能够给其它相似项目合拢段的施工方案设计起到一些启示与借鉴作用。

Abstract： Based on the construction example of Daya River Bridge， this paper expounds the theoretical basis and analysis process of mechanical analysis during the construction of cantilever continuous beam closure section， and the design scheme and checking method of stiffness skeleton of closure section， the design of temporary prestressing force in closure section and the key points of construction quality control in closure section etc， in order to provide some inspiration and reference to the construction scheme design of other similar project closure section.

关键词： 连续梁；挂篮悬浇；合拢段；力学分析；劲性骨架；施工控制要点

Key words： continuous beam；basket cantilever；closing section；mechanical analysis；stiffness skeleton；construction control points

中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）19-0125-03

0 引言

合拢段施工是连续梁挂篮悬浇施工中非常关键的一个工序，在连续梁主梁挂篮节段浇注完成后均要尽快施做边跨合拢段及中跨合拢段，使主梁由原在主墩上的双悬臂静定结构体系转化成超静定的连续整体结构。连续梁在体系转换的过程中，由于砼自重荷载，砼的收缩与徐变，外界温度变化，墩身沉降及施工荷载等多种复杂因素的共同影响下，使得桥梁结构的内力分布状态发生了变化，内力的不合理重分布往往出现局部应力集中的现象，将严重影响连续梁结构的正常安全使用及梁体的几何线型。因此连续梁合拢段施工时须对中边跨的合拢顺序、时间、温度、劲性骨架方案及锁定时间等系列问题上进行仔细研究，并科学设计，尽可能使连续梁建成后结构内力合理分布，增强结构使用的安全可靠性。

1 工程概况

黄桶至织金铁路播丫河特大桥上构连续梁全长257.2m，计算跨度为48+2×80+48，箱梁顶建筑总宽7.0m，底宽4.0m。连续梁跨的主墩为22#、23#、24#，边跨墩为21#、25#。

中支点处截面梁高6.0m，跨中及边跨直线段梁高3.3m，梁底下缘按二次抛物线Y=3.3+X2/311.481（m）变化，边支座中心至梁端0.6m。

中跨、边跨合拢段长度为2.0m，梁高为3.3m，顶宽7m，顶板厚度40cm，腹板厚度30cm，底板厚度35cm。

2 合拢段施工时结构力学分析

采用先合拢中跨，再合拢边跨的施工顺序。

合拢口设置劲性骨架及施加临时预应力是为了克服梁体温差变化产生的轴向力和合拢段砼作用下产生弯矩的不利影响。梁体降温时，砼发生收缩变形，对合拢段产生轴向拉力，由此确定臨时预应力的张拉力；梁体升温时，砼发生膨胀，对合拢段产生轴向压力，由此确定刚性支撑的承载断面尺寸。

为简化计算，将温差对梁体产生的轴向力按线性膨胀进行计算，悬臂节段截面面积按平均值计算。在两端固结情况下，梁体温升（或降温）后产生的轴向力按（1）式进行计算[1]。

式中：N为梁体温差产生的轴向力；？驻t为升温（或降温）值；α为在两端约束的情况下钢筋与砼的线膨胀系数，均为1×10-4；l、lh、lg分别为合拢段长度、悬浇段长和合拢段钢支撑长度；Eg、Eh分总别钢筋及砼的弹性模量，本项目C50砼弹性模量为35GPa，钢筋取值200GPa；Ahi为梁体第i节段的平均截面面积；lhi为梁体第i节段的长度。

预计本桥进行边跨合拢的温差最大值为15℃（升温），将本项目数据代入式（1）进行计算，得出温升产生的梁体轴向压力高达30867kN（计算过程略）。计算所得轴向压力非常大，通常的型钢劲性支撑难以承受，因此需对合拢段两侧梁体的约束情况进行调整处理，以确保合拢段的安全施工，这一措施是非常重要，采取的处理措施如下。

当中跨两处的合拢段锁定临时支撑后，立即释放22#墩和24#墩的多向、纵向支座临时约束，即使梁体能够相对22#、24#墩产生滑移，从而大幅减少温差对梁体产生的内力。完成中跨合拢后拆除22#、23#、24#墩上临时支座。当边跨合拢段锁定临时支撑后，立即释放21#、25#墩多向、纵向支座约束。

当合拢段临时支撑锁定，解除墩顶支座的临时约束后，梁体能够在支座上纵向滑移，则因温差变化而施加给合拢段的刚性支撑的轴力产生了变化，其最大值由式（2）、（3）进行计算。

上式中：N为温差产生于合拢段刚性支撑的轴力；f为支座与梁体间的摩阻系数，取值f=0.03；Q为该支座所承受的梁体重量；Ny为合拢段临时预应力束的张拉力。

对公式（2）（3）分析可得，施工时要根据实际情况预测合拢段砼浇灌至砼达到足够强度时的温差Δt，计算出降温对梁体产生的轴向拉力，为满足砼抗裂要求，需设置临时预应力束，所需的预应力值Ny=Q×f。

同时根据预测的升温差值，先按（1）进行计算，如果计算值大于式（2），则按式（2）计算值进行劲性骨架的承载设计。否则按式（1）算值进行劲性骨架的承载设计。

3 临时预应力设置计算

本项目在合拢段砼浇灌至砼达到足够强度时的预测最大降温温差Δt为8℃，假设在两端固结的情况下，按式（1）进行计算，得出降温对合拢段产生的轴向拉力为N拉=16462.4kN。但合拢段两侧梁体的墩顶纵向约束已解除，降温时，合拢段承受的最大轴向拉力等于梁与支座的摩擦力[2]：

N拉=27254.5×0.03=817.635KN。

合拢段砼的抗裂安全系数（Kf）取值为1.2。则临时预应力值要大于1.2×N拉=1.2×817.635=981.16kN。

连续梁在底板、顶板处设置的预应力筋为9-15.24mm高强度低松驰钢绞线，预应力张拉时的控制值为1395MPa，则单根预应力筋张拉力控制值为：3.14×（0.01524/2）2×1395×103=254.3kN。

本项目拟于顶板及底板内各对称张拉两孔预应力筋提供合拢段的临时预应力。则要求单根预应力筋的预张拉值为981.16/（4×9）=27.3kN，实际临时预应力筋张拉时按单根28kN进行。临时预应筋张拉力小于控制值，是合理可行的。

4 劲性骨架承载检算及设置方案

4.1 劲性骨架需承受的升温压力计算

根据南宁地区在施工期间的气温变化情况，及本项目边、中跨合拢的施工期间气候情况，并考虑对浇灌的合拢段砼进行洒水降温等措施的影响，按最大升温值为Δt=15℃进行计算。

前述经过试算，在不解除墩顶约束的情况下，温升时于梁体产生的轴向压力过大，仅通过刚性支撑难以承载，故本项目是边、中跨合拢施工时，均解除了相应墩顶的约束，使得温差引起的部分轴向力因梁体与支座间的滑动而得到释放。梁体因温差而产生的轴向应力与梁与支座间的摩擦力相等。本项目中中跨合拢时劲性骨架所承受的升温压力为最大，按式（2）进行计算。将各项数值代入，得：

N=27254.5×0.03+4×28=929.635kN。

4.2 劲性骨架设置方案

本项目边跨与中跨合拢的劲性支撑结构是相同的，采用体外支撑方式，在箱梁顶板及底板上部各设置2处支撑。每处劲性支撑采用2根[40c槽钢束构成，槽钢与箱梁顶板（底板）处预埋的40cm×25cm×2cm钢板通过焊接连接，同时在槽钢束两端设置阻移板，阻移板为预埋在箱梁相应位置的80cm×25cm×2cm钢板，出露高度为40cm，槽钢与阻移板间空隙采用合适厚度的钢板楔紧，阻移板、楔块相互间焊接固定。每束槽钢上设置3处24cm×15cm×1cm缀板进行联结加固，以使槽钢钢束形成稳固的支撑整体。

合拢段劲性骨架构造如图1、图2、图3所示。

4.3 劲性骨架承载验算

本项目边跨与中跨合拢的劲性支撑结构是相同的，故取上述中跨合拢时的较大值进行安全检算N=929.635kN。

合拢段劲性骨架支撑采用2[40c槽钢，[40c槽钢的相对位置及受力模型如图3所示。

对槽钢的验算如下：

槽钢[40c截面特性：截面面积A=91.04cm2，每米重量q=71.47kg/m，惯性矩IX=19711.2cm4，IY=687.8cm4。抗压强度f=170MPa。

组合截面：

IX=2×19711.2=39422.4（cm4）

IY0=2×[687.8+91.04×（8/2+2.42）2]=8880.3（cm4）

因IY

ry=（IY/A）1/2=[8880.3/（2×91.04）]1/2=6.98（cm）

λ=μ×L/ry=1×200/6.98=28.6，查取Φ=0.974

则单个立杆劲性骨架受载能力：

[N]=Φ×A×[f]=0.974×（2×91.04×10-4）×170×106=3014881N=3014.9kN

每个合拢段设置了共有4根组合槽钢，则总支撑力为：

N=4×3014.9=12060.0kN>929.635kN

即满足安全，安全系数k=13.0。

综上所述，劲性骨架强度满足要求。

5 施工注意事项和质量控制要点

5.1 施工前准备

合拢段施工前持续20d对每天各时段气温进行测量及记录，以获得合拢段施工时的最低温度和最高温度，为确定合拢段劲性骨架的安装锁定时间，合拢时间及施工时温度等提供依据。

5.2 模板及支撑系统

中跨合拢梁段采用合拢吊架法施工，合拢吊架和模板采用施工挂篮的底篮及模板系统。

边跨合拢段利用现浇段支架。模板同现浇段。

5.3 合拢段的配重及换重

为了确保在合拢段浇注砼时两侧悬臂的竖向不产变形及线形与砼浇注完成后相同，在砼浇注前，每侧悬臂端按合拢段砼的50%进行配重。本項目中跨合拢段砼数量为32.6m3，故每侧悬臂端的配重为32.6×26×50%=42.4t。本项目在箱梁端头处设置水箱进行配重，边浇筑砼边卸载配重，本项目分8次均匀卸载，预先在水箱壁上标画出每次卸载后的水面线，以确保准确卸载。

5.4 劲性骨架锁定

劲性骨架锁定前，槽钢束一端与预埋钢筋焊接固定，另一端尚处于松动状态。至预定的锁定温度后，将松动端槽钢端头与阻移板间钢锲打紧，随后将槽钢与预埋钢板焊接牢固，最后按先底板后顶板的顺序张拉临时预应力筋，完成劲性骨架的临时锁定工作。

本桥合拢段的锁定设计温度为18～22℃。根据气温的观测结果，并结合天气预报情况，于6月5日完成了劲性骨架的锁定施工。锁定时间为凌晨1：25～3：10，此时段温度为当天最低，且变动幅度较小，锁定温度为19℃。

5.5 钢筋绑扎、预应力管道安设

因合拢段结构复杂，且其中的钢筋及预应力管道密集，进行钢筋绑扎、预应力管道安设时需严控施工质量，确保钢筋、预应力管道定位准确。

预应力波纹管接口用胶带严密缠绕，以避免砼浆液漏入。浇筑砼时，在波纹管中穿插橡胶条，并派人往复抽动，以确保管道畅通不被漏浆堵塞。

5.6 合拢段砼施工

合拢段砼浇筑需选择在一天中最低温度，日气温变化幅度较小的时间段内进行，本桥中跨合拢段砼浇筑时间选择在6月11日清晨1：00至5：00间。实际施工时间为当日1：25～3：50，当时气温为18℃。

合拢段砼初凝后，在合拢段梁面上覆盖两层湿润的无纺布。安排专人洒水养护，洒水次数以梁面保持湿润为宜，养护时间不得低于14d，当拆除侧模、底模、内模后，需立即对外露砼实施洒水养护。

合拢段养护期间，合拢段砼土内部最高温度不宜超过65℃，砼内部温度和砼表面温差、表面与环境温差不宜大于15℃，养护用水温度与砼表面温差不得大于15℃。

本项目为了确保合拢段砼浇筑质量，提高新旧砼的结合，采用微膨胀砼，将设计砼强度由C50提高至C60。

6 结束语

在进行播丫河特大桥连续梁合拢段施工时，根据施工实际温差情况、梁体结构特点及合拢方案进行力学分析，根据分析结果，采取了解除部分支座纵向约束的办法大幅降减低了温升及温降产生的压力一拉力。同时，根据调整温升压力后的实际情况科学设计了劲性骨架方案。并在施工阶段精心实施，严控质量，圆满完成施工。

参考文献：

[1]吕华.马家湖特大桥连续梁中跨合拢段施工[J].四川水利，2013（5）.

[2]梁建平.连续梁体系转换及合龙段施工技术研究[J].创新与实践，2014（9）.

[3]建设部.GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].北京：人民交通出版社，2003，12.