铁路双线高墩悬灌梁超长边跨直线段托架施工技术

来源：职称驿站所属分类：交通运输论文
发布时间：浏览：77次

　　摘要：本文通过向莆铁路京山特大桥悬灌梁直线段的施工实践，阐述了高墩悬灌梁在直线段较长的情况下，采用三角托架施工技术浇筑混凝土的施工方法，本文重点介绍了托架的设计、受力分析、拼装、预压技术，为今后的类似工程积累相关施工经验。

　　关键词：高墩,悬灌梁,直线段,托架,施工技术

　　1、工程概况

　　向莆铁路(江西向塘至福建莆田)京山特大桥位于福建省永泰县长庆镇梅楼村，中心里程DK453A+280.688，全长1149.855m;设计为铁路双线，桥墩采用圆端型空心桥墩，基础除桥台采用扩大基础外，其余均采用钻孔桩基础，全桥共30个桥墩，平均高度52m，其中4#墩最高为73.35m，上部结构设计有3联(40+64+40)m预应力混凝土悬灌梁;线路线间距4.6m～5.0m，悬灌梁中支点梁高为5.2m，跨中梁高为2.80m，梁体为单箱单室、斜腹板、变高度、变截面结构，箱梁顶宽12.2m，底板宽度6m。悬灌梁0#块长8m，标准块长3.5m，直线段长7.6m，直线段最大悬空长度为2#墩长5.7m;梁部主体采用C50高强混凝土，普通钢筋采用Q235和HRB335级别，预应力采用三向预应力体系。

　　2、方案比选

　　京山特大桥共3联悬灌梁，其中2#边墩高35.5m，5#边墩高57m，10#边墩高53.5m，13#边墩高56m，23#边墩高64.5m，26#边墩高54.5m，平均高墩53.5m，根据以前类似工程成熟的施工经验，目前悬灌梁直线段施工方法主要有两种：一是搭设支架现浇，一种是高空托架浇筑。临时支撑形式的选择与桥的结构形式、墩的高度、场地条件、取材条件等诸多因素有关，要在充分的分析基础上进行选择，以上两种施工方法对比见表1：

　　通过以上两种方案的比较，结合京山特大桥场地条件复杂、墩身高的特点，为了保证施工安全，提高工程质量，有效缩短工期，节约施工成本，最终选用三角托架施工方案。

　　3、托架设计

　　3.1结构设计

　　设计托架为每个桥墩大小里程侧各4片，托架纵向长度6m，间距150cm+300cm+150cm对称布置，托架各种杆件采用80mm×30mm 10.9级M30高强螺栓连接，墩身实心段施工混凝土时在墩身内先预埋2[36对扣焊接槽钢，预埋槽钢预先打好螺栓孔以便于与托架进行连接。三角托架杆件采用双拼[36b对扣槽钢焊接，内塞焊δ10mm填板加强，Q235材质;节点板采用δ16mm钢板，Q345材质;上下支点预埋件采用双拼[36b对扣焊接槽钢，内塞焊δ20mm填板加强，Q235材质。托架杆件焊接时所有焊缝不得低于8mm，采用E43XX焊条;杆件焊接后钻高强螺栓连接孔，直径φ31.5mm，孔距公差不得超过0.2mm;所有构件加工制作及焊后变形应满足《钢结构工程施工及验收规范》规定。托架上方横向设置I32b工字钢做分配梁，间距0.7m;分配梁上采用Φ48×3.5钢管脚手架加可调顶托形式作为底模支架，铺设15cm×15cm方木作为底模平台。

　　3.2三角托架验算

　　取一片桁架进行验算分析:

　　3.2.1浇筑边跨直线段载荷计算

　　3.2.1.1砼载荷：根据设计图纸计算悬灌梁直线段悬臂部分混凝土重量G1=(31.17+26.79)×2.6×9.8=1476.8KN

　　3.2.1.2模板载荷：采用高强度竹胶板，钢管架、方木组合加固，载荷取20吨。G2=20×9.8=196KN

　　3.2.1.3人员机具载荷：G3=1.5×12.2×5.7=104.31KN。

　　3.2.1.4静载荷分项系数取1.2，动载荷分项系数取1.4，按照所有载荷沿轴线均匀分布考虑。考虑到托架不均匀系数，按照3片平均承受载荷计算。沿线路方向每片托架每延米载荷集度Q=[(1476.8+196) ×1.2+104.31×1.4]/5.7/3=125.93KN/m，载荷作用范围为沿轴线混凝土投影均匀分布。

　　3.2.2托架整体受力及变形验算

　　软件计算部分采用通用有限元分析程序ANSYS10.0。杆件全部采用beam3梁单元模拟计算。模型图如下：

　　3.2.2.3稳定性

　　取最大受力压杆进行分析。最大受力受压杆件为下面斜杆，轴应力为81.7MPa。查《钢结构设计规范》，属轴心受压b类截面，查表得稳定系数ψ=0.953，则有：

　　σ=N/(ψA)=81.7/0.953=85.7MPa<215MPa。稳定性满足使用要求。

　　3.2.2.4托架桁片载荷工况计算成果如下：

　　3.2.3托架顶横向分配梁验算

　　托架上方横向设置I32b工字钢做分配梁，间距0.7m。砼载荷与模板荷载总计为1672.8KN，动荷载为104.31KN，平均分配在每根工字钢上，工字钢恒载线荷载为32.4KN/m, 工字钢动载线荷载为2.0KN/m。取横梁中跨3米按简支梁计算。

　　梁上荷载标准值： qk=g+q=4.544 kN/m2

　　梁上荷载设计值： qd=γG×g+γQ×q=5.5056 kN/m2

　　单元长度荷载标准值：qkl=qk×B=0.59 kN/m

　　单元长度荷载设计值：qdl=qd×B=0.72 kN/m

　　跨中弯矩： Mmax=1/8×(qdl+0.01×G) ×L2=1.58 kN.m

　　支座剪力： Vmax=1/2×(qdl+0.01×G) ×L=2.11 kN

　　弯曲正应力： σ=Mmax/(γx×Wx)

　　支座最大剪应力： τ=Vmax×Sx/(I×tw)

　　弯曲正应力 σ=2.07N/mm2 < 抗弯设计值 f : 215N/mm2 ok!

　　支座最大剪应力 τ=0.67N/mm2 < 抗剪设计值 fv : 125N/mm2 ok!

　　跨中挠度相对值 v/ L = 1/ 60000 < 挠度控制值 1/[]:1/ 250 ok!

　　跨中挠度: v=5/384×(qkl×L4)/(206×103×Ix)=0.05 mm

　　3.2.4高强螺栓受力验算

　　根据前面计算结果，杆件最大拉应力出现在内斜杆上，相应的内斜杆上的高强螺栓受到的剪切力最大，杆件最大拉应力为15.9MPa，杆件截面积为136.2cm2，相应的拉力为216.6KN，每个高强螺栓受到的剪力为15.47KN，小于10.9级M30高强螺栓剪力标准值，满足要求。

　　4、托架安装

　　4.1托架预埋件安装及加固

　　托架预埋件与每片托架上下支撑点位置相对应，上下预埋件中心垂直间距288cm，上预埋件中心距垫石底部垂直距离94cm，预埋件位于墩顶实体段内，保证了托架使用的安全性。为了保证预埋件位置固定准确，采用定型模具固定每片托架的上下预埋件，定型模具是按照上下预埋件的螺栓孔设计位置采用[25槽钢两端打好螺栓孔后加工而成，预埋件安装前先在地面用螺栓把预埋件固定在模具上，然后整体吊装就位，最后加固预埋件，混凝土强度达到要求后拆除定型模具。

　　为了保证施工安全，加强上预埋件的抗拔能力，大小里程侧每对预埋件使用10根Φ25螺纹钢进行焊接对拉加固，10根Φ25螺纹钢筋均匀布置焊接在2[36槽钢预埋件上，钢筋与预埋件焊接采用双面焊，焊接长度不小于50cm;同时Φ25加强钢筋与墩身钢筋网片应进行焊接，焊接长度不小于50cm，使托架预埋件与墩身钢筋焊接成整体受力。

　　4.2托架组装

　　托架组装在地面进行，为了方便托架拼装，组装前应根据托架的设计尺寸在相应的墩身附近对地面进行硬化，保证硬化地面的平整度，待墩身混凝土浇筑完开始托架的拼装，按照设计图纸对托架非预埋件拼装，按AB-BC-DE-CD杆件依次拼装，采用用高强螺栓把节点板与杆件有效连接。高强罗栓强度级别为10.9级， M30*80mm，每个高强螺栓带两个高强弹簧垫片。

　　4.3托架吊装

　　待混凝土强度达到设计强度的70%以上后开始吊装托架，托架使用QTZ80C型塔吊进行吊装，吊装之前进行试吊，调整两根钢丝绳的长度，以保证托架在空中保持水平状态便于安装。吊装按照先中间后两边的顺序依次吊装。

　　5、托架预压

　　5.1预压荷载

　　荷载预压计算取最不利荷载2#墩计算，悬臂部分长5.7m，按照线间距5.0m梁部计算载荷。荷载计算主要考虑钢筋混凝土自重、底模系统自重(包括分配梁及支架系统)、侧模系统自重、内模系统自重。根据设计图纸及模板加工图纸，计算施工荷载为静载荷为1672.8KN，人员机械等动荷载为104.31K你，静载荷分项系数取1.2，动载荷分项系数取1.4，最终预压总荷载为σ=2153.4KN。

　　5.2预压方案选择

　　目前支架预压大多采用堆载预压方法，但考虑本桥地形复杂、墩身较高的特点，堆载材料吊装不方便，堆载预压费时费力，最终经过比选，选用目前比较先进快速的钢绞线反支点预压法。

　　5.3托架预压及监控量测

　　反支点预压法是近几年比较常用的预压方法。根据托架的预埋位置和预压荷载的大小，在承台施工时预埋两束φj15.24低松弛钢绞线，每束10根，待托架安装完后根据托架上方分配梁顶至预埋钢绞线的高度现场截取钢绞线，钢绞线底部采用专用钢绞线连接器与承台预埋的钢绞线进行连接，上部使用千斤顶在分配梁上方张拉钢绞线对托架施加向下的反力，从而达到预压的目的。

　　为了能够清晰的反应托架在预压荷载作用下的变形情况，预压前在每片托架的端头、中间、根部分别布置测点，预压载荷按照0→25%σ→50%σ→75%σ→100%σ→稳定观测→卸载的顺序进行加载，加载时应同一侧左右、大小里程侧前后对称加载，载荷布置形式应与梁体载荷布置相同，每级荷载施加后停30分钟，待沉降稳定均要进行标高测量，最后一级预压后观测至少24小时，分别在预压后的1小时、3小时、12小时、18小时、24小时进行观测变形情况，待稳定的原则为连续观测24小时的变形量不大于1mm即可停止观测。卸载完毕再对所有测点进行标高观测记录，并与预压前、预压稳定标高值进行比较，确定非弹性变形量和弹性变形量。根据现场实测4片托架端头变形值平均5.5mm，理论值6mm。测量成果备案用于其他连续梁施工参考。

　　6、施工注意事项

　　6.1预埋件加固过程测量人员必须现场测量预埋件标高，保证一侧的四个预埋件在同一水平高度。

　　6.2托架拼装过程应严格验收，保证所有连接螺栓不松动。

　　6.3托架在施工过程中必须加固牢固，防止混凝土振捣施工过程中预埋件出现偏移，混凝土浇筑前应进行复测位置是否准确。

　　6.4混凝土浇筑时注意预埋件周边混凝土应加强振捣，必须保证混凝土密实，不得出现漏振现象。

　　6.5混凝土浇筑过程时墩身另一侧的托架同时采用千斤顶进行稳步施压，保证施加的压力与浇筑的混凝土重量基本相等，两侧重量差控制在小于8t。

　　6.6张拉或持荷过程中托架上面和桥墩附近严谨站人，同时采取有效的安全防护措施保证操作人员和设备的安全。

　　7、结束语

　　京山特大桥三联悬灌梁由于地理条件限制，把传统的落地支架施工技术改为高空托架施工技术，不仅确保了施工安全、节省了工期，同时创造了可观的经济效应，为今后类似的工程提供了施工经验，值得在今后的类似工程中继续推广改进。

　　[参考文献]

　　1.叶见曙.结构设计原理[M].北京.人民交通出版社.1997。

　　2.北京钢铁设计研究总院.钢结构设计规范[S].北京.建设部定额研究所组织中国计划出版社.2003。