合福铁路铜陵长江大桥公路混凝土连续箱梁施工概述
2017-07-31
1 工程概况
合福铁路铜陵长江大桥北岸公铁合建段公路混凝土连续梁设计范围为GK129+284.604～GK129+744.948、GK129+920.948～GK130+051.748，设计长度为591.144m（两联4×32.7m、两联5×32.7m连续梁），桥梁中心线位于曲线上。桥面全宽33.5m，分上、下游两幅布置，单幅桥面宽16.5m，翼展宽4m，两幅净间距0.5m。
2 公路梁施工总体布置
2.1 施工特点
公路混凝土连续梁采用钢管桩加贝雷梁的结构形式施工。施工难点和特点是支架高，支架总高达50m；跨度大，32.7m梁仅用一跨支架，净跨29m；主梁设置在曲线半径为1500m的圆曲线上，横坡最大3%，桥梁整体施工复杂。
2.2 支架结构布置
支架具体结构布置如图1所示：双层加强型贝雷梁横向在箱梁腹板位置三排一组布置，其余位置为双排一组布置，组与组之间采用型钢联结系连接。贝雷梁顶部铺设型钢分配梁，分配梁上布置底模平台。侧模及其桁架设置为纵向可滑移式单元结构，以方便纵向拆卸和倒用，各单元之间采用螺栓连接，侧模可适应箱梁截面的尺寸变化进行微调。钢管立柱支承在铁路墩帽以及铁路简支梁上，立柱之间采用钢管联结系连接，以方便拆装倒用，立柱竖向采用法兰连接。
2.3 支架安装和拆卸
钢管立柱采用φ1000×10mm型，为方便钢管柱加工、拼装及倒用，将钢管柱分节并采用法兰连接。分节后φ1000×10mm型钢管柱单节最大重量约3.4t，钢管立柱采用160t履带吊机站位于地面进行吊装，钢管立柱支承于公路墩承台上，钢管立柱具体安装要求如下：
① 检查基础预埋件数量、平面位置、标高等是否与设计相符，根据现场实测数据调整钢管立柱高度和连接系尺寸。
② 钢管柱连接系拼装前需检查其加工质量，检验合格后方可投入使用。钢管柱分节加工采用法兰连接，须先在地面进行预拼，确保两节钢管轴线重合。
③ 钢管立柱与基础预埋件安装对位误差不得大于10mm，以纵横两个方向校正柱身垂直度，柱身倾斜度≤l/500且不大于20mm。
④ 连接系安装随立柱的安装分层进行，确保钢管安装立柱整体稳定性。柱间连接系在地面拼装成整体后吊装。
⑤ 柱间连接系应安装在钢管中心线上，偏差不大于10mm。
2.4 支架上部结构安装
支架上部结构主要由落架设备、横向分配梁、纵梁、底模、外侧模等组成。
2.4.1 落架设备（砂筒）安装
① 砂筒安装时要保证位置与立柱的轴心相对。
② 砂筒中采用经筛选后的干燥细砂，以便筒塞卸落。
③ 砂筒使用前利用型钢反力架及千斤顶进行预压，预压力250t。预压后采用钢筋将筒塞与筒体临时焊接锁定，同时用3#黄油将筒塞与筒体间隙密封，防止水进入砂筒内造成砂子固结，不易清除而影响支架拆除。
2.4.2 横梁、纵梁安装
支架横梁置于砂筒顶部，采用2HW488及2HN800型钢。横梁顶布置纵桥向双层贝雷梁，每联混凝土箱梁施工时均只吊装左幅贝雷梁，左幅箱梁施工完毕后将贝雷梁连同底模平台拖拉滑移至右幅。横梁、纵梁安装须满足以下要求：
① 横梁安装前需对砂筒平面位置及标高进行复测检查，发现问题及时调整。
② 确保横梁与砂筒顶面均紧密贴合，支架横梁中心线须对准砂筒中心，将间隙抄垫密实后采用焊接固定，防止受荷过程中产生位移、滑动等现象。
③ 贝雷梁布置支撑点位于贝雷桁片竖杆上，贝雷梁与桩顶分配梁之间利用限位装置（角钢焊接而成）将贝雷桁片锁定。
3 支架结构计算
使用结构计算软件建立支架整体计算模型对支架结构进行计算，贝雷梁采用梁单元模拟，销孔连接处释放约束为铰接；分配梁与贝雷梁、钢管立柱之间的连接均采用弹性连接模拟（图2）。计算参数考虑有：箱梁钢筋混凝土自重、模板及支架自重、施工人员及机具、材料堆放荷载、倾倒混凝土时产生的冲击荷载、振捣混凝土时产生的荷载、风荷载、材料力学性能等。Q235B钢材容许弯曲应力140MPa，剪应力80MPa，临时结构可考虑提高1.2倍。
3.1 贝雷梁计算
贝雷梁桁架容许弯曲应力取273MPa。
根据模型计算结果，贝雷梁杆件的最大应力251MPa，贝雷梁杆件的容许应力取273MPa，强度满足要求。
贝雷梁的位移计算包含弹性及非弹性变形两个部分。
弹性变形根据模型计算结果
非弹性变形暂根据经验公式计算
则贝雷梁主梁的挠度值为：
位移值偏大，箱梁施工时需采取措施，现场应根据静载实验结果在底模上设置预拱度抵消主梁挠度过大的影响。
3.2 分配梁计算
由于分配梁在不同桥垮的受力布置不同，根据受力情况分别予以计算知，分配梁允许组合应力值为154MPa，分配梁最大组合应力为172MPa，出现在悬臂端根部，由于是临时结构，可考虑允许应力提高1.2倍，即允许应力取值为185MPa，满足要求。悬臂端允许最大位移为，满足要求。
3.3 钢管桩计算
由计算结果可得，钢管立柱的最大应力为80MPa，小于允许应力值140MPa，立柱强度满足要求，φ1000立柱底部的最大反力值为2426kN，满足承载力要求。
4 支架静载试验 4.1 试验的目的
① 验证支架的承载能力及结构受力安全性。
② 消除非弹性变形、实测支架施工荷载引起的弹性变形，为理论计算提供实验数据支持。
4.2 试验内容及数据分析
选取N21#-20#墩跨支架做静载试验，待贝雷梁限位件及相邻贝雷梁间连接系安装完成后，安装横向分配梁，然后根据支架施工中实际所承受的受荷载来布置钢材进行预压。加载位置及荷载分布与梁体施工时的实际加载状况相一致，均匀对称分级进行，按总荷载的60%、100%、125%分三级加载。梁体混凝土按2.6t/m3计，预压重量计算如下：
腹板位置：P1=2.1×2.6×125%=6.825t/m2（宽度以0.75m计）；
箱室位置：P2=（0.25+0.25）×2.6×125%=1.625t/m2；
翼缘位置：P3=（0.55+0.18）/2×2.6×125%=1.186t/m2。
支架预压流程：设置沉降观测点→分级加载预压→进行沉降观测→支架沉降稳定→分级卸载→预压成果分析→调整支架及模板标高。
① 观测点布置
贝雷梁主梁按设计图纸拼装完毕，测量人员布置好各部位的观测点，并用油漆做上醒目标记。观测断面布置在每跨主梁的L/2、L/4及端部，每个断面五个观测点。
② 加载预压程序
预压加载模拟梁体混凝土浇筑过程，按0→60%→100%→125%荷载进行加载试验。加载按照从中间向两边对称加载，按照预压段横截面各部位荷载分布的比例进行布置。每级加载完成后静置15min测量预压观测点的变化值。第三级加载后经静停30min开始分级卸载，并逐级观测弹性变形值。
③ 卸载
卸载分三级进行，即125%→100%→60%→0荷载。卸载时，要测量记录支架的弹性恢复情况，所有测量记录资料均需及时整理分析，现场发现异常情况及时上报。
④ 观测方法及数据整理分析
专职测量人员使用专用表格对每次测量数据进行详细记录，根据现场采集的数据进行计算、分析、整理、修正，得出变形量。观测设备采用高精度水平仪和毫米刻度尺。严格执行测量范围，保证测量的精度要求。
荷载影响变形计算：
总变形量=加载前的初始数据—满载稳定后的最终数据
非弹性变形量=加载前的初始读数—空载稳定后的最终读数
弹性变形量=总变形量—非弹性变形量
4.3 试验结果及预拱度设置
经过试验确定，支架的承载能力及结构受力安全性满足要求。预压跨消除非弹性变形并实测支架施工荷载引起的弹性变形，分析结果如表1：
根据预压结果整理单跨式双层贝雷梁支架预拱度设置如下（预压跨不计非弹性变形）：
其他未预压单跨式双层贝雷梁预拱度设置需要计算非弹性变形。
5 结语
混凝土浇筑完成（张拉压浆结束）后测量成果表明，梁体结构实现了设计意图，梁体挠度严格控制在设计要求范围以内。铜陵长江大桥公路现浇梁钢管桩支架法施工，采用大跨度支架，减少了支架拼装工作，节约了工期。贝雷梁单组拼装检查后整体吊装，一定程度上减少了高空支架拼装作业，保证了支架质量。通过静载试验验证理论计算，为以后同类型施工方法提供了参考数据。大跨度钢管桩支架法施工高空现浇梁具有多种优势，为高空现浇梁以后的施工积累了一定的经验。
参考文献
[1] 江正荣，朱国梁.简明施工计算手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
[2] GB 50017，钢结构设计规范[S].
[3] JTG D62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范[S].
