216 m大跨非对称刚构连续梁合龙施工关键技术

王永锋

(中铁二十局集团第一工程有限公司 江苏苏州 215151）

1 工程概况

南龙铁路闽江特大桥位于福建省南平市境内，桥梁全长1 066.41 m，桥梁跨越峰福铁路、闽江及朱熹路。该桥16#～20#墩为主桥范围，为孔跨(118+216+138+83）m不对称双线刚构连续梁，主跨216 m为目前铁路同类型刚构连续梁世界最大跨度。17#、18#水中主墩高59.5 m，19#次主墩高53 m，16#边墩高61 m，20#桥台位于九峰山1#隧道进口。刚构连续梁17#、18#主墩0#段高度16.5 m，中跨悬灌段分28个节段，分段为7×2.5 m+6×3 m+4×3.5 m+3×4 m+6×4.5 m+2×5 m+2 m(合龙段）。 梁体采用单箱单室直腹板，梁顶宽12 m，底板宽9.2 m，悬灌段梁高15.93～7.5 m，腹板厚度1.74～0.55 m，底板厚2.5～0.52 m，节段混凝土方量最大175.2 m3，最小段92 m3。合龙段梁高7.5 m，长度2 m，中横隔板厚度0.8 m，混凝土体积80 m3。

18#墩为固结墩，墩中心距离中跨合龙段和次中跨合龙段之间距离分别为108 m、97.99 m；19#墩为连续墩，墩中心距离次中跨合龙段和边跨合龙段之间距离分别为40 m、50 m。故该桥为非对称高空超大跨度刚构连续梁悬臂施工。闽江特大桥主桥孔跨见图1。

图1 闽江特大桥主桥孔跨立面图（单位：cm）

2 施工方案及关键技术

闽江特大桥刚构连续梁主跨28个悬灌段，纵向预应力束钢绞线27根，最长束294 m，最大张拉力4 750 kN，在国内实属罕见，施工技术及质量控制难度大，施工安全风险高。刚构连续梁合龙成桥至关重要，是保证梁体结构受力及形态特征满足设计要求的关键，合龙段吊架设计、顶推装置设计及施工工艺必须既要保证质量安全，又方便施工[1]。

2.1 施工方案

合龙段采用挂篮吊架合龙，模板采用钢模与竹胶板组合结构，设置连接支撑及临时预应力束，中跨合龙采用顶推措施，混凝土采用微膨胀混凝土，采用水袋作为平衡配重措施。非对称刚构连续梁合龙施工步骤如下:

(1）第1步，138 m次中跨合龙。安装次中跨合龙段挂篮吊架，临时张拉钢束2根H2、2根D2(张拉力400 kN），浇筑次中跨合龙段混凝土及张拉其余钢束，并将张拉临时束(2根H2、2根D2）张拉至设计值。

(2）第2步，118 m边跨合龙。

①拆除次中跨合龙段挂篮吊架，拆除19#墩临时固结，然后依次挂篮悬臂施工18#墩中跨B27、B28段及19#墩C9、C10段。

②安装118 m边跨合龙段挂篮吊架，张拉临时束2根T29、2根B0(张拉力400 kN），浇筑118 m边跨合龙段混凝土及张拉其余钢束，并将2根T29、2根B0张拉至设计值。

③浇筑83 m边跨现浇段混凝土。

(3）第3步，83 m边跨合龙。安装83 m边跨合龙段挂篮吊架，临时张拉钢束2根T9、2B0(张拉力400 kN），浇筑83 m边跨合龙段混凝土。

(4）第4步，216 m中跨合龙。安装17#～18#墩中跨合龙段挂篮吊架，由216 m中跨合龙段向两边进行顶推(顶推力4 000 kN）。临时张拉2H1、2D0(张拉力400 kN），浇筑中跨合龙段混凝土。拆除中跨合龙段顶推力，张拉主桥剩余预应力束，完成全桥体系转换。

2.2 关键施工技术

2.2.1 合龙段吊架设计[2]

采用挂篮作为合龙段吊架，主桁架采用双肢三角桁架，吊带采用精轧螺纹钢筋，底模5根吊带，外模采用挂篮模板，内模采用竹胶板和组合钢模。合龙段前端底模吊带穿过已浇段顶板、底板预留孔道，设置锚固垫板锚固，达到共同受力效果，确保在混凝土浇筑过程中合龙段两端变形一致，可避免错台。合龙段吊架结构见图2。

图2 中跨合龙挂篮吊架（单位：cm）

2.2.2 合龙段连接支撑设计

为防止合龙段混凝土在施加预应力之前开裂，合龙段设置连接支撑。合龙段连接支撑设计共4道，底板2道，顶板2道，对称设置。合龙段采用预埋钢板配2× 32b型钢做连接支撑，长度3.5 m，每个节点板位置设置3组(6块）600 mm×100 mm×20 mm预埋钢板，2× 32b型钢采用300 mm×200 mm×20 mm钢板横向连接成整体作为连接支撑，600 mm×100 mm×20 mm预埋钢板采用锚固钢筋焊接，确保预埋钢板锚固牢固[3]。

图3 合龙段连接支撑横截面示意

上腹板顶梁体内设置一道内支撑，采用 36b型钢与2 28b型钢组合而成，36b型钢腹板左右两侧各紧贴焊接一根28b型钢，预埋钢板尺寸为500 mm×300 mm×20 mm。合龙段连接支撑结构见图3。

2.2.3 中跨合龙段顶推传力杆结构设计

中跨合龙段设计顶推力为4 000 kN，临时张拉束张拉力为4×400 kN=1 600 kN，抵消临时束张拉力，确定合龙段实际顶推力为5 600 kN，左右两侧顶推力各为2 800 kN。顶推传力杆件采用4× 32b型钢形成方钢，方钢内部灌注C50混凝土形成，槽钢连接采用满焊。传力杆底座采用450 mm×450 mm×20 mm钢板焊接，设置150 mm×65 mm×15 mm加劲板。千斤顶采用550 t级液压千斤顶，前端采用450 mm×450 mm×20 mm钢板支垫与传力杆接触，后端在混凝土面埋设550 mm×550 mm×20 mm钢板连接。为防止顶推时传力杆件横向摆动，设置25b型钢限位框，限位框与挂篮、模板、预埋钢板等构件连接牢固[4]。中跨合龙段顶推传力杆结构见图4。

2.2.4 刚构连续梁合龙施工

2.2.4.1 次中跨合龙施工

(1）箱梁悬臂施工至合龙段前，将对面悬灌段挂篮后移至不影响合龙段施工位置。调整梁端头中线及高程，合龙前梁端头相对高差不大于15 mm，否则在合龙段两侧相邻块段上增加配重至相对高差小于15 mm[5]。

图4 中跨合龙段顶推传力杆结构（单位：mm）

(2）移动挂篮至对面悬灌段端头，利用挂篮底模、外侧模作为对应合龙段模板，内模采用组合钢模。挂篮前下横梁距离悬灌段梁端头1.0 m，利用挂篮吊带将底模、外侧模与对面悬灌段梁体混凝土紧贴，吊带穿过梁体预留孔洞，与箱梁顶板采用精轧螺母、垫板锁固，保证混凝土浇筑过程中，新浇合龙段与已浇梁段下挠变形同步，防止变形错台现象。安装底腹板钢筋及波纹管，支立合龙段内模，绑扎顶板钢筋和波纹管。

(3）锁定连接支撑。安装连接支撑时，先将其一端焊牢，另一端加钢楔块稍打紧，待合龙段混凝土浇筑工作准备好后，再将钢楔打紧，并在楔子与支撑、楔子与预埋钢板间采用焊接牢固。焊接时采用温控措施，防止烧伤混凝土[6]。

(4）连接支撑安装完成，立即按设计张拉临时预应力束，临时张拉力400 kN，需对称张拉，张拉时候对边跨现浇段及连接支撑加强观测，防止变形及位移。

(5）当次中跨合龙段临时预应力束张拉完成后，立即进行混凝土浇筑。浇筑前在梁体悬臂端按设计及线形监控要求进行预压配重，选择日温度最低的夜间浇筑合龙段混凝土，混凝土浇筑过程中逐级解除压配重，配重采用水袋完成[7]。

(6）次中合龙段混凝土强度达到设计张拉强度后(张拉强度为设计强度的100%），按顺序张拉合龙段纵、竖向预应力筋并压浆。纵向束张拉顺序为:先长束后短束。

2.2.4.2 边跨合龙施工

挂篮悬臂施工至合龙段前，拆除边跨现浇段端头模板1 m长度作为合龙段模板搭接长度。调整梁端头中线及高程，合龙前梁端头相对高差不大于15 mm。否则通过悬灌段侧采用增加配重调整至相对高差小于15 mm。边跨合龙段施工方法等同与次中跨合龙段。

2.2.4.3 中跨合龙施工

施工顺序:实测合龙段长度→传力杆件、劲性骨架制作→模板及底、腹板钢筋安装→传力杆件、劲性骨架现场安装(一端先焊接）→安装千斤顶→顶推施工→焊接体内外劲性骨架→拆除顶推力→张拉临时索→安装顶板钢筋→浇筑合龙段混凝土→7 d后拆除体外劲性骨架→合龙段张拉、压浆施工。

施工技术控制关键点为:

(1）合龙前梁端头相对高差不大于15 mm。如相对高差大于15 mm，则在两相邻块段混凝土上增加配重，使两相比高差小于15 mm。对216 m中跨合龙段向两边按设计进行顶推，顶推力560 kN。

(2）合龙段顶推施工。传力杆必须保持水平，限位框需固定牢固，防止传力杆偏移；顶推时两台液压千斤顶必须同步进行，采用顶推力和位移量双控制，采用顶推力为主，位移量进行核对。

(3）锁定连接支撑。合龙段顶推施工完成后，立即进行4个连接支撑锁定。安装连接支撑时，先将其一端焊牢，另一端加钢楔块稍打紧，待合龙段混凝土浇筑工作准备好后，再将钢楔打紧，并在楔子与支撑、楔子与预埋钢板间采用焊接牢固。焊接时采用温控措施，防止烧伤混凝土。

(4）连接支撑安装完成，同步解除顶推力，立即按设计张拉临时预应力束，临时张拉力400 kN，需对称张拉，张拉时候对边跨现浇段及连接支撑加强观测，防止变形及位移[8]。

(5）当临时预应力束张拉完成后，立即进行混凝土浇筑。混凝土浇筑注意事项同边跨合龙段施工。

(6）待混凝土强度达到设计张拉强度后，解除体外连接支撑，按顺序张拉合龙段纵、横、竖向预应力筋并压浆。纵向束张拉顺序为:先长束后短束[9]。

2.2.5 体系转换技术

体系转换是连续梁悬臂施工中的一个重要过程。闽江特大桥体系转换程序:次中跨合龙→拆除19#墩临时固结支座→依次挂篮悬臂施工B27、C9、B28、C10段(118 m边跨合龙）→拆除16#墩支座临时锁定→216 m中跨合龙段向两边进行顶推(顶推力400 kN）→83 m边跨合龙→拆除20#台支座临时锁定→216 m中跨合龙→拆除中跨合龙段顶推力→张拉全桥剩余预应力束及压浆→完成全桥体系转换。

19#墩临时固结支座拆除时，采用电极通电熔化硫磺砂浆，梁体下落到设计标高位置，19#墩永久支座承受梁体全部荷载，然后依次挂篮悬臂施工中跨B27、C9、B28、C10 段；边墩支座临时锁定拆除时，采用扳手将上下连接杆卸落即可。体系转换时支座反力的调整以高程控制为主，反力作为校核。

3 施工质量控制要点

(1）严格控制合龙段两侧相邻块段底板混凝土相对高差，在合龙段前3个段施工时，对梁底混凝土面的标高进行观测，严格按照桥梁线形监控要求进行配重和高程调整，两相对高差不得大于1.5 cm[10]。

(2）合龙前一周对环境、温度进行观测，平均每2 h记录一次，找出当天最低温度时刻。合龙段混凝土在当日最低温度前2～3 h进行浇筑。

(3）合龙段刚性支撑焊接时，先焊接固定一端，另外一端预先预留2～3 cm空隙(具体按合龙段梁端实测伸缩量确定），待合龙段混凝土浇筑前采用钢板支垫空隙进行焊接，注意焊接质量[11]。

(4）中跨合龙段顶推力按照设计顶推力进行加载，顶推过程中注意观察梁体位移情况，若遇特殊情况必须立即停止顶推加载，查明分析原因并采取措施后方可继续。

(5）合龙段混凝土强度等级宜高一个等级，采用微膨胀混凝土，端头旧混凝土表面应清理干净并用水润湿，加强混凝土振捣，以免新老混凝土的连接处产生裂缝，混凝土必须在气温回升之前浇筑完毕，加强二次收面工作，防止混凝土出现裂缝。混凝土浇筑完毕后，进行覆盖洒水养生，混凝土养生不少于14 d[12]。

(6）合龙段浇筑时，两悬臂端用水袋加平衡重，其重量为二分之一的合龙段自重，在混凝土浇筑过程中根据混凝土浇筑相应重量进行卸载。合龙段混凝土浇筑水袋配重见图5。

图5 合龙段混凝土浇筑水袋配重

4 结束语

(1）大跨度非对称刚构连续梁合龙及体系转换需严格按设计顺序进行，合理的施工顺序及技术细节控制是保证刚构连续梁整体线形、结构受力体系转换施工质量的关键。

(2）中跨合龙施工中，顶推是关键环节。采用槽钢组合形成方钢灌注混凝土作为中跨合龙段顶推传力杆件装置，可承受较大顶推力，解决了中跨合龙大吨位顶推力杆件受力问题。采用传力杆件限位装置，可保证在顶推时传力杆受力稳定，不会上下左右移动，确保施工安全。

(3）合龙段设置体内、体外组合支撑体系，体内采用型钢劲性骨架支撑，保证了连接质量，防止变形，达到了预期效果。

(4）利用挂篮作为合龙段吊架，采用精轧螺纹钢筋吊带锁固底模，施工方便、安全可靠；悬灌梁合龙段施工配置采用水袋调整，计量准确，操作方面，安全可靠。