铁路客专特大桥跨国道连续梁支架法施工技术
2017-10-30
1 工程概述
铁路客运专线某特大桥中心里程DK105+473.63，全桥长43958.54m，其中跨国道连续梁形式为32+48+32m结构，与国道斜交角度为51°45′7″。梁体截面类型为单箱单室、斜腹板、变高度、变截面连续箱梁，梁端顶板、腹板、底板局部向内侧加厚。桥梁建筑总宽12.28m，底板宽度5.0至5.5m。翼板悬臂长度2.65m。等高段箱梁梁高3.05m，变高段梁高3.05～4.05m。现浇梁全联在两个端支点、中跨跨中及两个中支点处共设5道横隔板，横隔板上设人孔。梁全长113.5m，计算跨度为112m。
箱梁为三向预应力体系。纵向预应力采用群锚体系，高强低松弛预应力钢绞线。锚具采用多孔夹片锚固体系-OVM型锚具。梁体顶板横向预应力钢束采用高强度低松弛钢绞线，预应力管道采用扁形金属波纹管。锚固采用BM型扁锚具，在箱梁两侧交替锚固。竖向预应力采用Ф25预应力混凝土用螺纹钢筋，预应力管道采用铁皮管，粗钢筋锚固体系-JLM型精轧螺纹钢锚具（JLM-25）。
2 地基处理
地基处理主要是对桩基、承台在施工过程中开挖的泥浆池和基坑进行回填处理，主要包括：
2.1 承台基坑及泥浆池回填填料采用三七灰土进行填筑，并严格分层（松铺厚度30cm）夯实。
2.2 封闭层混凝土浇筑前，对地基进行承载力试验，实际承载力不小于240Kpa，浇筑15cm厚度的C15封闭层混凝土。
2.3 支架四周开挖排水沟，水沟边缘距离支架外侧1米处开挖排水沟，排水沟断面为0.4×0.6m（深度×宽度），并安排专人抽排沟内积水。
3 支架搭设
本跨连续梁采用满堂支架法现浇施工，根据桥梁设计高度和承重要求，根据梁体混凝土的自重荷载，考虑施工荷载以及其它荷载的影响，预留足够的施工安全储备，进行现浇梁支架的检算。
现浇箱梁两个边墩之间采用碗扣式满堂支架作为主体，满堂支架纵向间距60～120cm，横向间距60～120cm，步距120cm，以钢管作为剪力撑，采用可调节底座和上托进行调整箱梁底板纵横坡，支架顶部设置纵向12×15cm工程木，其上铺设8×10cm分配方木，间距30cm。考虑到模板加工为整体大块钢模，翼板与腹板为整体结构，模板竖向支撑杆置于支架顶部纵向方木上，在模板的斜撑和竖向撑杆部位，延长支架立杆，并与模板背楞顶紧。
主墩跨越国道。为了保证施工期间交通畅通，主跨跨越国道部分采用Φ600×12mm钢管柱支墩搭设门洞，钢管柱支墩沿公路行车道方向间距200cm，垂直于公路方向间距11m。支架顶设纵向分配梁，将支架上部荷载和施工荷载均匀分配到钢管立柱上。分配横梁与国道行车线路平行，采用2[40型钢，与立柱间以法兰连接。横向分配梁上搭设2[40型钢，间距50cm，型钢放置方向与公路垂直，与钢管柱支墩顶纵向分配梁间焊接连接。型钢上设置纵向分配方木，间距与边跨支架间距相同即60～90cm，设置位置与铁路线路平行，纵向交错布置。
4 支架预压
4.1 预压目的 检验支架及地基的强度、实际抗弯能力及稳定性，消除整个支架的塑性变形，消除地基的沉降变形，测量出支架的弹性变形与预压重量的线形关系，为混凝土浇筑前模板预拱提供参数。
4.2 预压重量 预压重量应尽可能真实地反应梁体自重和施工荷载，对应钢束的张拉产生的梁体上挠及由于二期恒载和运营阶段混凝土徐变造成的梁体下挠，施工中可以不予考虑。
根据工程数量及钢筋混凝土的容重，计算出梁体每个节段的重量，得出不同节段的施工荷载纵向线集度，进行预压荷载的纵向分布；同时，由于梁体横向截面特性，对同一截面的底腹板、翼板部位分别进行分析，得出荷载横向线集度，进行预压荷载的横向分部；对于施工阶段的临时荷载和混凝土入模、振捣等施工荷载，根据施工规范及相关计算参考手册，采用0.2KPa；施工阶段不考虑雨雪等其他偶然荷载。以上为施工阶段的全部荷载，为考察支架的安全性，在预压时压重采用计算荷载的1.2倍。
加载顺序与梁体混凝土浇筑顺序相同。采用分级均匀加载，预压按四级进行，即按照总重的50%、80%、100%和120%加载。第一、第二、第三级加载后均静载持荷12小时，分别测量支架和地基的沉降量，并做好观测记录。第四级加载静载24小时后测量支架和地基的沉降量。加载全部完成后，根据观测结果分析，确认支架及地基沉降稳定后，方可进行卸载。卸载应按照加载的顺序逆序分级进行。每级卸载后均静载1小时分别测设支架和地基的恢复量，同时做好观测记录。 4.3 数据分析及线形调整 通过预压观测断面所收集的数据，计算出支架的弹性变形及地基的下沉。将此弹性变形值、地基下沉值与施工控制中提出的因其它因素需要设置的预拱度叠加，通过数理分析及相关曲线最终确定全桥现浇箱梁施工预留拱度的参考数据。根据对模板的预压所测出的弹性变形，为预拱度的最高值，支架现浇梁段应设置在梁段的中点，其他各点的预拱度，应以中间点为最高值，以梁段的两端为零，按二次抛物线进行分配。如图3所示。
5 支座及模板安装
5.1 支座安装 现浇梁支座采用客运专线铁路桥梁球形钢支座，支座安装流程：垫石顶面凿毛→预留孔清洗→支座定位、吊装临时固定→支座调平→重力注浆→撤除临时固定、安装围板。（图4）
安装支座前先对混凝土垫石凿毛，清除预留锚栓孔中的杂物，安装灌浆用模板，并用水将支承垫石表面浸湿。用钢楔块楔入支座四角，找平支座，并将支座调整到设计标高后，在支座底面与支承垫石之间应留有20～30mm空隙，安装灌浆用模板，仔细检查支座中心位置及标高后，用无收缩高强度灌注材料灌浆。
5.2 模板安装 现浇梁的模板安装分两个阶段进行：第一阶段为支架预压阶段只拼装外模板；第二阶段为预压观测完成后重新调整外模板同时安装内模板。外模板采用大块的钢模板，内模板采用轻型型钢骨架结合竹胶板加工。
5.2.1 底模板拼装 支架底模板铺设后，测放箱梁底模板中心及底模边角位置和梁体横断面位置。底模标高=设计梁底+支架的变形+（±前期施工误差的调整量），来控制底模立模。底模标高和线形调整结束，立侧模和翼板底模，测设翼板的平面位置和模底标高。在纵横方木上安装箱梁底模板时，应避免钢模板单侧悬空现象，采用下垫方木解决。在调节桥面标高时，由于标高的调节经常出现其他部位的顶拖松动现象，只要及时旋紧顶拖即可。
5.2.2 侧模板、翼缘板安装 外侧模板及翼缘板采用定型钢模板。安装前检查模板板面是否平整、光洁，模板接口处应清除干净。检查所有模板连接端部和底脚有无碰撞而造成影响使用的缺陷或变形，模板接缝处是否有开裂破损，如有均应及时整修。模板安装完毕后，必须对其平面位置、顶部高程进行检查，符合设计要求后方可继续施工。
5.2.3 内模制作及拼装 内模在腹板钢筋绑扎完成、底板钢绞线锚垫板安装后进行拼装。一次性全部拼装完成，在梁底板处不封闭。内模板全部采用竹胶板，采用型钢框架作为内模背愣，型钢框架定位采用[10型钢。内摸支撑于预先预制的混凝土垫块上，垫块强度不小于C50。在内模底板上铺设纵向方木，然后把内支撑钢管支立在方木上，承受顶板方木所传递的顶板荷载；横向内支撑采用普通钢管与支拖支撑内侧模。箱梁顶板与底板根据图纸要求需埋设齿板，为保证钢绞线锚固位置准确，因此固定齿板非常重要，必须牢固支立模板，确保齿板位置准确。
6 钢筋及预埋件安装
6.1 钢筋安装 钢筋安装主要包括梁体钢筋以及预应力钢筋安装，梁体钢筋应整体绑扎，先进行底板及腹板钢筋的绑扎，然后进行顶板钢筋的绑扎。
本梁为三向预应力体系，由于钢筋、管道密集，如钢绞线、竖向预应力筋与管道、普通钢筋发生冲突时，允许进行局部调整，调整原则是先普通钢筋，再竖向预应力筋、然后是横向预应力筋，保持纵向预应力筋管道位置不动。
6.2 预埋件安装 桥面附属设施布置有挡碴墙、通信、信号、电力电缆槽、接触网支座及下锚拉线基础、人行道栏杆及声屏障、桥梁伸缩缝装置等结构，为了保证这些结构的稳定性，其结构都需要通过在现浇梁内设置预埋筋，使其与梁体连结为一体。
7 混凝土浇筑
梁体采用C50混凝土。混凝土的拌制必须严格按照高性能混凝土的施工配合比进行，不得随意更改，混凝土塌落度控制在180～220mm。混凝土浇筑采用汽车泵，顺序从首段梁后端开始向前浇筑，直至浇筑末端，每段梁在横断面上砼浇注顺序为先浇底板，再浇腹板，最后浇筑翼板及顶板。混凝土浇筑顺序示意图如图5所示。
7.1 底板砼的浇筑 底板砼的浇筑应超前腹板砼的浇筑时间约2.0～2.5小时进行，即底板混凝土，一般领先腹板砼10～20m，浇筑时先将混凝土送入底板，下料时一次数量不宜太多，腹板与底板交接处混凝土高程控制略高于设计，以防浇筑腹板混凝土时冒浆。
7.2 腹板砼浇筑 当超前浇筑的底板砼刚接近初凝时，即开始斜层浇筑腹板砼。两侧腹板间砼要对称同步进行，以保持模板支架受力均衡。每层砼浇筑厚度不得超过30cm，且要振捣密实，严禁漏振和过振现象。每层砼必须在初凝之前及时覆盖新的砼，以确保腹板砼连续性。
7.3 顶板砼浇筑 当腹板浇筑到箱梁腋部后，开始浇筑顶板砼。其顺序为先浇两边，后浇中间，但两侧翼板要同步进行。
7.4 混凝土振捣 砼的振捣采用插入式振捣器进行，振捣器移动间距不超过其作用半径的1.5倍，并插入下层砼5～10cm。对于每一个振动部位，必须振到该部位砼密实为止，严防漏捣、欠捣和过度振捣。对于锚下砼及预应力管道下的砼振捣，配备小直径30型的插入式振捣器，该处钢筋密、空隙小、砼振捣要特别仔细，保证砼密实，并严禁波纹管上浮。
7.5 梁体混凝土养护 梁体混凝土采用自然法养护，梁体表面采用棉毡覆盖，并在其上覆盖塑料薄膜，梁体洒水次数应能保持混凝土表面充分潮湿为度。当环境相对湿度小于60%时，自然养护不应少于28d；相对湿度在60%以上时，自然养护不应少于14d。
8 预应力张拉
预应力钢筋的张拉是保证现浇梁质量的关键工序，张拉前应保证现浇梁梁体混凝土的强度及弹性模量达到设计值的95%以上，且必须保证张拉时梁体混凝土龄期大于7天。
8.1 设备选用 纵向预应力体系采用YCW300型千斤顶进行张拉，顶板横向预应力体系采用YDC240Q型千斤顶进行张拉。在预施应力前必须对千斤顶进行校正标定。每个千斤顶校验两次，根据两次油表数的平均值进行回归，得出回归方程。校正系数不得大于1.05，校正有效期为一个月，且不超过200次张拉作业，拆修更换配件的张拉千斤顶必须重新校正。 8.2 预应力张拉 各节段先张拉纵向后竖向再横向，并及时压浆。纵向预应力钢束采用两端同步张拉，并左、右对称进行张拉，张拉的最大不平衡束不应超过1束，张拉顺序先腹板束，后顶板束，从外到内左右对称进行。预施应力采用双控措施，预施应力值以油压表读数为主，以预应力筋伸长值进行校核。预施应力过程中应保持两端张拉的伸长量基本一致。
纵向预应力钢绞线的预应力损失计算参数：锚口及喇叭口损失按预应力钢束张拉控制力的6%计算；预应力钢筋与管道壁之间的摩擦系数μ=0.23；管道位置的偏差系数K=0.0025；锚头变形、钢筋回缩（考虑摩阻）△L=6mm。计算得出钢绞线锚下控制张拉力及伸长值。
对于通长束其张拉程序为0→0.2σk（初始张拉力，作伸长量标记）→0.3σk（测伸长量）→设计值（持荷静停5分钟）→补拉σk（测伸长值）→锚固（张拉顶油压回零，测量总回缩量及夹片外露量）。
施工时根据标定确定各级荷载下每束钢绞线油压表张拉读数。按每束根数与相应的锚具配套，带好夹片，将钢绞线从千斤顶中心穿过。张拉时当钢绞线达到初始应力时停止供油。检查夹片情况完好后，画线作标记。钢束伸长量根据理论计算，与设计给定的参考值对照，无误后才能进行张拉作业。在实际施工中需根据进场钢绞线实测弹模和截面积重新计算伸长量，同时根据液压千斤顶标定的回归方程，确定各阶段张拉应力对应的油表读数，用于正确指导张拉作业。
测量计算出的实际张拉伸长值与理论伸长值应控制6%范围内，每端锚具回缩量应控制在6mm以内。当预应力筋测量伸长值与计算伸长值偏差小于-6%时，分析其原 因并采取措施后，应进行一次补张拉；当偏差大于+6%时，必须停止张拉。查明原因并记录在案，排除原因后才能继续张拉。一旦出现预应力筋的异常伸长，应集中分析工程的实际情况，并考虑施工因素，采取积极的措施，以确保预应力效果。
9 管道压浆及封锚
9.1 管道压浆 张拉完毕后宜在48小时内进行压浆，压浆前管道内应清除杂物和积水。
纵向压浆管道设置，原则上每束钢束中部设置三通管，钢束长度超过60m的按相距20m左右设置一个三通管，以利压浆排气，保证压浆质量。竖向压浆管道按设计图纸在每根设置三通管及压浆管。水泥浆浆体应具有流动性好、不泌水、无收缩、可灌时间满足施工工艺要求的性能。
9.2 封端 封端混凝土采用C50无收缩混凝土进行封端，包括纵向预应力混凝土封端及竖向预应力混凝土封端，封锚后在接缝处采取聚氨酯防水涂料对封端新老混凝土之间的交接缝进行防水处理，以防止环境水和其它有害介质渗入接缝。
10 结语
本特大桥跨国道连续梁在征地困难，工期相对紧张情况下顺利浇筑完成，充分体现了满堂支架法施工技术的施工技术成熟、工期压力小、安全可靠、成本低廉的优越性，为同类工程提供借鉴经验。
参考文献：
[1]《新建时速350km客运专线铁路工程施工质量验收暂行标准》铁建设[2005]160号.
[2]《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》TZ213-2005.
[3]《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》科技基[2005]101.
[4]范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，1998.
[5]《铁路混凝土结构耐久性暂行规定》铁建设[2005]160.
