新建铁路巴准线公涅尔盖沟大桥60m+100m+60m连续梁施工技术
2017-05-15
1 工程概况
新建铁路巴准线地处内蒙古自治区西南部鄂尔多斯市伊金霍洛旗和准格尔旗境内，线路自包神铁路巴图塔站引出，沿公涅尔盖沟，经准格尔召、辉吞沟、哈拉庆川、四道柳、暖水、纳林、西五色浪沟、十里长川、黑岱沟，修建新线接入大准铁路点岱沟站，正线长度为128.102km（巴图塔至海勒斯壕线路所为单线，长10.046km，海勒斯壕线路所至点岱沟段为双线，长118.056km），巴准疏解线长6.395km。其中伊金霍洛旗境内正线长度15.559km，准格尔旗境内正线长度112.543km。
巴准铁路在正线DK8+560.5-DK8+940.225之间设公涅尔盖沟大桥，为跨越宝勒高水库而设。桥址位于峡谷河段，为V型河槽，线路与河流正交，两岸坡度较陡，沟底有水，常水位高程为1227.62m，桥址下游约1.3km为神东宝勒高水库大坝，鄂尔多斯市环保局拟把此区域划归为水源保护区。
公涅尔盖沟大桥为单线桥，位于直线上，中心里程为DK8+749.663，全桥8跨共379.725m其中大桥的2#～5#墩跨包勒高水库正上方，设置60m+100m+60m连续梁。连续梁共分55个梁段，中支点0号梁段长度12m，一般梁段分成3.0m，3.5m和4.0m，合龙段长2.0m，边跨直线段长9.75m。端支座处及边跨直线段和中跨处梁高为4.2m，中支点处梁高7.2m，梁底下缘按圆曲线变化。
2 连续梁总体施工方案
大桥60m+100m+60m预应力混凝土连续梁，采用挂篮悬臂对称浇筑法施工，挂篮为定制的三角挂篮；在3#、4#墩的0#段采用托架支撑施工平台，0#段外模采用定型模板，内膜采用组合模板；现浇段为采用基地换填搭设满堂支架作为现浇平台，模板采用组合钢模板；合拢段为边跨、中跨合拢段利用挂篮模板吊架施工。
3 施工工艺
3.1 0#段施工
由于0#段结构复杂、砼量大、钢筋多、内模施工复杂，造成整个0#块的施工周期较长，其施工的成功与否将直接影响后期节段的施工。所以为了保证梁体质量、外观，采取一次成型的施工模式。
3.1.1 0#段施工平台
1）托架与模板设置
在施工墩柱时，提前预埋托架支撑件，托架支撑水平杆采用5排双拼I40b槽钢。斜杆、竖杆采用双拼I32b槽钢，托架上横向铺设6排双拼I28b工字钢，托架顶部采用桁架结构，连接采用Φ90销子。
2）托架加载试验
试验方法采取堆载砂袋预压的方法。通过计算确定加载位置、荷载标准使托架受力状态与实际相符。荷载分应分5级施加，每级荷载为实际内力的25%，即总荷载为实际内力的1.25倍，每施加一级荷载均测量托架的变形值，实测值与理论值偏差较大时，应先查明原因再加下级荷载。试验可消除托架的非弹性变形，实测托架弹性变形，检验托架安全储能。托架实测弹性变形应计入0#块预拱度值之内，确保0#块标高满足设计。
3.1.2 模板、钢筋施工
0#段的模板可利用部分挂篮模板。支座处的底模应特殊加工，侧模利用挂篮钢模板，梁段采用组合钢模板。立模应以托架为支撑体系，先立外模、绑扎底板、腹板、横隔板、底板的钢筋，同时放置竖向预应力筋、纵向预应力波纹管。立内模板时，首先应安装顶模架、顶板模板、预应力管道，最后绑扎顶板钢筋。由于桥面的顶板预埋件、钢筋较多，如挡砟墙、电缆槽、人行道栏杆的预埋筋，通风孔、排水孔、泄水孔预埋件等。所以应注意预埋件位置的准确性，并进行渡锌或锌铬涂层处理，泄水管及梁端封锚应进行防水处理。
3.1.3波纹管安装
纵向预应力钢束采用镀锌铁皮波纹管成孔，波纹铁皮壁厚不小于0.3mm，强度应满足设计要求，在搬运和浇筑混凝土过程中不能损坏、变形、漏浆；竖向预应力筋采用铁管成孔。
钢束管道采用定位钢筋焊接在钢筋骨架上，定位筋基本间距为0.5m，底板钢束弯起前与箱梁底板平行，按直线、抛物线变化。锚具垫板及喇叭管尺寸要正确并垂直，喇叭管和波纹管的衔接应平顺、不得漏浆、杜绝堵孔道。
波纹管对接应牢固，纵向波纹管道随梁段的推进，逐段安装。为防止接头漏浆，管内必须预穿比波纹管小一号的抽拔管，采用接头套接安装，套管一般露出端头混凝土10cm～20cm左右。下一梁段施工时，应确保波纹管接头碰瘪、损坏的情况发生。接头一般先采用30cm长的套管套住两端，然后在接缝处左右各10cm范围内缠绕透明胶带，以防漏浆。
3.1.4 砼浇筑
1）优化配合比，增加砼的流动性、和易性，以提高砼的可灌注性；减少水泥用量，运用高效缓凝减水剂，以延长砼的凝固时间、减少砼发热量；
2）在浇筑砼前，应在内腹板位置设置观察孔，以便浇注砼时观察砼的振捣情况；在砼浇筑置观察孔前，用小钢模封闭；
3）在砼浇筑时，采用三通管以确保浇筑的对称性；浇筑底板部分的砼时，注意腹板与底板结合部，振捣时不要碰触竖向预应力筋、注浆管，且要防止过振、漏振的现象。腹板部分的砼的浇筑应从腹板顶口浇入，用插入式振捣器振捣。由于砼具有流动性，会有部分砼从腹板底口流入至底板，所以振捣腹板上部砼时，应控制插入深度和振捣时间，适当的让部分腹板砼流入底板内，流入底板的砼应由人工摊平、振捣器加以振捣，补充至设计厚度完毕。腹板砼高出底板砼1.5m～2m后，再振捣时砼不会再流入底板。振捣砼时注意不要碰触钢模板，避免震动模板引起腹板砼过多的流入底板。
由于顶板、腹板处预应力波纹管密集，振捣时要防止漏振、欠振的情况，波纹管密集区应采用小型振捣棒振捣。通常采用波纹管内插入PVC管的方式（外径比波纹管内径稍小），以确保预应力管道的通顺。 3.1.5混凝土养护
混凝土养护采用自然养护和必要的降（保）温措施相结合。
1）自然养护：在外部环境不超过30℃以上，或混凝土内部温度不超过60℃时采取自然养护法。养护期间主要是以土工布覆盖混凝土表面并不断洒水，使土工布和混凝土表面始终处于潮湿状态，养护时间不少于14天；
2）降温养护：在炎热天气，外部气温超过30℃以上，或混凝土内部温度达到60℃以上时，要采取降温措施，进行养护。派专人定时定点测定混凝土内、外和环境温度，混凝土内与外表、外表与环境温度超过15℃时，及时调整养护方法；拆模前用编织布覆盖遮阳，并继续洒水降温养护；拆模后及时用双层塑料布包裹混凝土表面，并使包裹物完好无损，彼此搭接完整，内表面呈现出凝结水珠；箱梁室内通入高压水管并安装喷洒龙头，以高压水泵不断向箱室内喷洒水降温养护。
3.1.6 拆模
拆模时混凝土强度应达到设计强度的75%以上，拆除侧模；当混凝土强度达到设计强度的100%时且纵向预应力张拉完成后可拆除底模；内膜和预留孔洞的模板在混凝土强度能保证构件和孔洞表面不发生掉块和裂缝时拆除。但在混凝土水化热过高，或混凝土内部与表层、表层与环境温度大于15℃，或气温剧变时均不宜拆模。拆模要按立模顺序逆向进行，并应保证梁体完整，不准碰坏模板，拆模后对混凝土继续进行养护。
3.2 悬臂段施工
本桥悬臂施工节段共48节，对称悬臂浇筑12段，为确保施工安全及施工进度，选取三角挂篮为悬臂对称施工。
悬臂灌注法的主要施工设备挂篮是一个能够沿轨道行走的活动作业台车，它支承在已完成的悬臂梁段上，用以进行下一梁段的施工。待新灌梁段施加预应力及管道压浆后，挂篮前移，进行下一个梁段的施工，如此逐段循环直至完成全部梁段。
3.2.1 三角挂篮主要构造
三角形挂篮的菱形桁片由2I36普通热轧槽钢组成的格构式构件，前横梁由2I40普通热轧工字钢组成焊接箱型截面，底托系统前后横梁由2I36普通热轧槽钢组成焊接箱型截面，底模底板下加强纵梁为I32普通热轧工字钢，腹板位置采用I32普通热轧工字钢，吊杆采用双根φ32精轧螺纹钢。
3.2.2 挂篮进场预压
三角挂篮应根据设计施工图，提前设计提前加工，为确定挂篮的弹性变形，同时消除其非弹性变形，明确挂篮标高修正值，需在使用前进行预压，预压采用两个三角主桁架对拉，对拉加压利用液压千斤顶。加压重量依据悬臂最大重量，分级进行加压，最高加压至梁重的1.25倍。
3.2.3 挂篮安装
在0#段施工完后，混凝土强度达90%以上，利用塔吊或吊车进行安装挂篮施工，安装顺序为：挂篮走行梁→三角桁架→吊杆→底模托架→翼板纵横梁→模板安装。调整立模标高时，根据挂篮测试的自身弹性变形值，加上线性控制挠度值，确定梁段的立模标高。
3.2.4 钢筋、混凝土、预应力施工
钢筋、混凝土、预应力施工与0#段施工类似。
3.2.5 施工工艺
公涅尔盖沟大桥连续梁三角挂篮施工工艺流程：挂篮组装、预压、安装外模→安装底、腹板钢筋、预应力筋→安装内模→安装顶板钢筋、预应力筋、预埋件→混凝土浇筑→养护→张拉相应束及压浆→脱模前移挂篮进行下一节施工。
3.3 边跨段施工
公涅尔盖沟大桥2#、5#墩边跨现浇段采用满堂支架法施工。现浇段端模根据梁端尺寸加工成整体钢模，外模亦根据梁体尺寸加工成大块钢模，内模用小块钢模拼制，内模与外模间设置拉杆加固牢固，现浇段施工时均一次浇筑成型。
3.3.1 满堂支架法施工工艺流程
场地硬化→满堂支架搭设→底模安装→托架预压及预拱度设置→安装侧模→绑扎底板和腹板钢筋及安装底腹板预应力波纹管→安装内模→绑扎顶板钢筋及安装顶板预应力波纹管→各部位检查测量→现浇段砼灌注一次成型→砼养护→张拉预应力筋→拆除模板、托架（梁段合拢后拆除）。
3.3.2脚手架的搭设
1）现浇支架搭设之前，首先清除地面杂物，采用换填1米的夹砂泥岩对地基进行处理，根据地基检算情况，在换填地基上浇筑0.2米厚度的C20混凝土。待基础砼强度达到70%后搭设托架，支架上设U形托座，沿顶托方向横向铺一层I20工字钢，将支架连接成一个整体，然后再铺设底模。支架结构应具有足够的承载力和整体稳定性，为此应进行支架预压。支架预压应考虑梁体、模板、托架的重量、施工荷载、风荷载等，支架杆件应力安全系数大于1.3；
2）为避免在箱梁砼施工时，支架在受力后不均匀沉降及消除支架的非弹性变形，同时测量其弹性变形，在底模安装后对支架进行预压。预压时按梁的重量分布情况进行布载，加载重量按设计和有关规范执行；
3）加载前要布设观测点，以便观测沉降量，根据观测结果确定预压时间，沉降观测做好记录，以便计算支架的弹性变形和非弹性变形，通过U形顶托调整底模标高。
3.4 合拢段施工
连续梁悬灌合拢是梁体质量的关键，由于期间内梁体的内力、变位均会发生变化，所以控制好合拢段的施工，对于控制桥梁线型也具有重要的意义。合拢段施工前需将各梁段上的挂篮退至相应位置，改用吊架施工。吊架内模、外模、底模可采用挂篮模板，用吊杆吊于两端的梁段上，吊架长度根据合拢段确定。主梁合拢的顺序按先边跨后中跨的顺序进行。
3.4.1 合拢段施工工艺
安装吊架、模板→绑扎钢筋、安装预应力管道→安装骨架并张拉临时束，边跨将直线段与悬臂端间锁定，中跨将两梁段悬臂端间锁定→梁段臂端压配重→浇筑合拢段砼（选择一天中温度最低的时间进行）同时逐级解除配重→砼养生→按设计要求张拉预应力束→解除吊架拆除模板→按设计要求解除锁定→张拉剩余合拢束并压浆。
3.4.2 体系转换
在连续梁合拢前，永久支座处于非受力状态，连续梁体部分与墩身为固结刚构体系。因此合拢前必须在墩顶布置临时支座，承担连续梁本身及施工附加的荷载，同时梁体与墩身固结形成一个T形刚构架以抵抗扭转力矩。临时支座设置为钢筋砼支撑垫块，对称布置在墩顶顺桥向两侧。临时支座的砼强度等级为C50，中间夹一层20cm厚硫磺砂浆，硫磺砂浆内预埋电阻丝，以便拆除临时支座时融化硫磺砂浆，使得永久支座对称均匀下沉，梁体下落，实现结构体系转换。
体系转换顺序为边跨合拢后，张拉备用束，拆除中墩临时固结措施，启动中墩永久支座，并将中墩纵向活动支座纵向临时锁定，完成第一次体系转换。跨中合拢后，张拉临时束，释放中墩纵向活动支座纵向临时锁定，完成第二次体系转换。
4 结论
实践证明，高净空大跨度连续现浇梁施工一般采用挂篮施工，该技术具有强度高、跨度大、施工快捷、经济合理等优点。公涅尔盖沟大桥连续梁采用的方案，悬臂段最快达7天节/天，各质量检测均满足规定要求，表明该施工方法是成功的，为高净空大跨度连续梁施工积累了新的技术资料。
参考文献
[1]铁建设〔2004〕8号《新建时速200公里客货共线铁路工程施工质量验收暂行标准》.
[2]TB10415-2003《铁路桥涵工程施工质量验收标准》.
[3]TB10203-2002《铁路桥涵施工规范》.
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[5]三角挂篮安装及操作施用说明书.
[6]新建铁路巴准线公涅尔盖沟大桥施工图设计文件.
