張應(yīng)紅，劉 濤，周 文

(1.中鐵廣州工程局集團(tuán)橋梁工程有限公司，廣東 廣州 510800； 2.中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075； 3.中鐵廣州工程局集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 511459)

0 引言

中承式提籃鋼管混凝土拱橋混凝土主梁現(xiàn)澆施工，常規(guī)施工方法有支架現(xiàn)澆法、掛籃懸臂澆筑法等。拉林鐵路藏木雅魯藏布江特大橋(以下簡(jiǎn)稱“藏木特大橋”)跨越雅魯藏布江深水庫區(qū)，支架法難以實(shí)施；混凝土主梁現(xiàn)澆節(jié)段長(zhǎng)、噸位大，采用掛籃懸臂澆筑施工時(shí)對(duì)掛籃的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度要求高，且掛籃施工單節(jié)循環(huán)周期長(zhǎng)，無法滿足項(xiàng)目工期要求；峽谷內(nèi)長(zhǎng)期有峽谷大風(fēng)，最大可達(dá)12級(jí)，通過吊桿承力的掛籃會(huì)出現(xiàn)風(fēng)振現(xiàn)象，現(xiàn)澆施工時(shí)混凝土接茬面處易出現(xiàn)裂紋。經(jīng)多方面研究及對(duì)比，制訂了3孔貝雷梁組合式現(xiàn)澆吊架分3個(gè)工作面同步施工的方案，既解決了掛籃結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度問題，又可拆裝倒用形成平行流水作業(yè)縮短工期，還可解決風(fēng)振影響產(chǎn)生裂紋問題，具有施工方便、成本低、工期短等特點(diǎn)。

1 工程概況

藏木特大橋位于西藏自治區(qū)加查縣藏木水電站上游1.2km處，設(shè)計(jì)行車速度160km/h，單向行駛，設(shè)計(jì)使用壽命100年。橋梁全長(zhǎng)525.1m，孔跨布置為(39+32)m連續(xù)梁+384m主梁+(28+34)m連續(xù)梁，主跨為430m中承式提籃鋼管混凝土拱橋。藏木特大橋橋式布置如圖1所示。

圖1 藏木特大橋橋式布置(單位：cm)

主梁為單箱雙室斜腹板截面全預(yù)應(yīng)力混凝土梁，其中主梁標(biāo)準(zhǔn)段箱梁梁高3m，梁頂板寬18m，頂板厚0.33m，梁底板寬12m、厚0.3m，腹板厚0.35m，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)8m，混凝土用量約為130m3，梁體每隔8m設(shè)置1組吊桿，在吊桿橫梁處均設(shè)橫隔板。大橋位于桑加峽谷藏木水電站庫區(qū)內(nèi)，山高谷深，橋下平均水深66m，橋區(qū)時(shí)常有大風(fēng)天氣，最大風(fēng)力可達(dá)12級(jí)，橋址處存在年溫差小而日溫差大、陰坡與陽坡溫差較大的特點(diǎn)。

2 混凝土主梁現(xiàn)澆施工及吊架設(shè)計(jì)難點(diǎn)

1)混凝土主梁截面尺寸大、節(jié)段長(zhǎng)、質(zhì)量大，最大重300t，現(xiàn)澆吊架設(shè)計(jì)荷載大，且混凝土要一次澆筑完成，施工難度大。

2)橋位處峽谷風(fēng)最大可達(dá)12級(jí)，且風(fēng)場(chǎng)紊亂。受風(fēng)荷載影響大，通過永久吊桿做承力結(jié)構(gòu)的掛籃會(huì)出現(xiàn)風(fēng)振現(xiàn)象，現(xiàn)澆施工時(shí)要保證混凝土接茬面處不出現(xiàn)裂紋，施工難度大。

3)混凝土主梁節(jié)段懸澆吊架要利用永久吊桿做承力結(jié)構(gòu)，吊桿的上部錨固在呈提籃狀拱肋上，其空間角度均在變化，使懸澆吊架施工和箱梁線形控制難度加大，施工難度大。

4)現(xiàn)澆吊架主橫梁為主要受力結(jié)構(gòu)，采用鋼板和型鋼焊接而成，高原高寒條件下主橫梁焊縫質(zhì)量控制難度大，施工難度大。

針對(duì)以上施工難點(diǎn)，開展了科研課題研究，實(shí)施取得良好效果。本文對(duì)藏木特大橋混凝土主梁現(xiàn)澆及吊架設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹。

3 混凝土主梁施工方案比選

通過詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及多方論證，對(duì)掛籃懸澆法、鋼管支架法及3孔貝雷梁組合式吊架現(xiàn)澆法3個(gè)方案進(jìn)行反復(fù)研究比選，如表1所示。

表1 混凝土主梁現(xiàn)澆方案比選

最終綜合現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地條件、安全、經(jīng)濟(jì)等多方面比選，優(yōu)選3孔貝雷梁組合式吊架現(xiàn)澆法施工。

4 貝雷片式現(xiàn)澆吊架設(shè)計(jì)

4.1 現(xiàn)澆吊架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3孔現(xiàn)澆吊架共分4節(jié)，采用銷軸連接，其主要結(jié)構(gòu)由主橫梁+貝雷片系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、平臺(tái)防護(hù)系統(tǒng)等組成，現(xiàn)澆吊架立面與橫截面如圖2所示。

圖2 現(xiàn)澆吊架(單位：cm)

吊架主橫梁為主要受力結(jié)構(gòu)且受力較大，經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)為寬1m、高2m的大型箱形截面，采用2cm厚鋼板焊接而成，為了方便主橫梁與貝雷片連接和拆除，在主橫梁的側(cè)壁面設(shè)計(jì)了連接貝雷片陰陽頭的三角連接架，三角連接架采用2[10型鋼制作，在主橫梁與三角連接架制作過程中，須確保焊縫及銷孔精度質(zhì)量滿足要求。主橫梁制作完成后將貝雷片與主橫梁三角連接架采用銷軸連接，整體作為吊架縱橋向的主要受力結(jié)構(gòu)，為了方便后期模板標(biāo)高調(diào)整，在貝雷片頂設(shè)計(jì)了可固定碗扣支架頂托的2[10 型鋼分配梁，在2[10型鋼分配梁頂設(shè)置碗扣支架頂托來調(diào)整底模板標(biāo)高。支架后端錨固于已澆筑梁段上，前端通過接長(zhǎng)吊桿與拱肋吊桿連接，可充分利用主體結(jié)構(gòu)承受現(xiàn)澆段梁體荷載。

由于整個(gè)吊架通過吊桿懸吊在主拱上，且主要受力結(jié)構(gòu)為主橫梁與貝雷梁組合結(jié)構(gòu)，屬于柔性結(jié)構(gòu)，為了加強(qiáng)吊架的縱、橫向剛度，在吊架后端設(shè)計(jì)了后短吊桿，將吊架與已澆筑的混凝土梁采用后短吊桿固定，橫橋向設(shè)限位裝置，且在吊架主橫梁底面設(shè)計(jì)縱、橫向連接系，確保吊架剛度和抗風(fēng)振性能滿足要求。待吊架制作并驗(yàn)收完成后采用纜索起重機(jī)分2次整體吊裝就位后懸掛在主拱上，調(diào)整至設(shè)計(jì)標(biāo)高，錨固后短吊桿、接長(zhǎng)前吊桿，進(jìn)行后續(xù)節(jié)段綁扎鋼筋、澆筑混凝土等工序，通過吊架節(jié)段的循環(huán)倒用實(shí)現(xiàn)節(jié)段混凝土梁的流水作業(yè)施工。

4.2 模型計(jì)算

4.2.1計(jì)算工況分析

1)吊架工況1(見圖3a) 現(xiàn)澆吊架預(yù)制完成并驗(yàn)收合格后由纜索起重機(jī)分2次將4節(jié)吊架起吊至已懸掛吊桿位置，每次起吊2節(jié)吊架，此時(shí)荷載包括2節(jié)吊架自重、模板自重及風(fēng)荷載，所有荷載由4個(gè)起吊點(diǎn)承受。

圖3 吊架工況1～3(單位：cm)

2)吊架工況2(見圖3b) 吊架吊裝到位后，與后短吊桿及接長(zhǎng)前吊桿連接，澆筑第1澆筑段混凝土且養(yǎng)護(hù)，安裝第2澆筑段模板和鋼筋，荷載包括4節(jié)吊架自重、第1澆筑段混凝土與模板自重、第2澆筑段模板與鋼筋自重、施工荷載及風(fēng)荷載。

3)吊架工況3(見圖3c) 待第2澆筑段混凝土達(dá)到張拉強(qiáng)度后，張拉第2澆筑段預(yù)應(yīng)力及后短吊桿；張拉完成后，用纜索起重機(jī)將第1，2節(jié)吊架整體前移，此時(shí)荷載包括2節(jié)吊架自重、第3澆筑段鋼筋與模板自重、施工荷載及風(fēng)荷載。

4.2.2計(jì)算模型

采用MIDAS/Civil2018有限元軟件建立現(xiàn)澆吊架整體模型，依據(jù)施工工況對(duì)現(xiàn)澆吊架進(jìn)行計(jì)算分析。通過梁?jiǎn)卧M橫梁、貝雷片、分配梁及前、后吊桿，然后加載相應(yīng)荷載，模擬與施工相近的邊界條件，對(duì)吊架各施工工況進(jìn)行模擬計(jì)算。

4.2.3吊架計(jì)算結(jié)果

通過對(duì)吊架3個(gè)工況進(jìn)行受力分析可知，吊架橫梁受力最不利工況為工況1，此時(shí)橫梁的跨度最大，為22m，橫梁的應(yīng)力最大，彎軸組合應(yīng)力為107.4MPa(允許值為215MPa)，剪應(yīng)力為50.4MPa(允許值為125MPa)；吊架貝雷片受力及吊架撓度最不利工況為工況2，此時(shí)吊架承受最大荷載，貝雷片弦桿軸力為276kN(允許值為560kN)，貝雷片腹桿軸力為77kN(允許值為172kN)，吊架豎向最大撓度出現(xiàn)在吊架第2跨處，數(shù)值為33.3mm，相對(duì)撓度值為33.3-26=7.3mm(允許值為8 000/400=20mm)，吊架計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 吊架計(jì)算結(jié)果

表2中括號(hào)外數(shù)據(jù)為吊架受力計(jì)算結(jié)果，括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)為吊架受力允許值，綜合上述結(jié)果分析，現(xiàn)澆吊架結(jié)構(gòu)各部件受力均滿足要求，且有較大安全儲(chǔ)備。

5 施工關(guān)鍵步驟及流程

1)第1步 現(xiàn)澆吊架制作并驗(yàn)收完成后由纜索起重機(jī)分2次將4節(jié)吊架起吊至待澆筑梁段位置，通過接長(zhǎng)鋼棒與永久吊桿連接，安裝后錨固短吊桿，調(diào)好標(biāo)高并進(jìn)行預(yù)壓?，F(xiàn)澆吊架施工流程1如圖4a所示。

2)第2步 驗(yàn)收合格后綁扎第1澆筑段的鋼筋，安裝內(nèi)模，澆筑混凝土?，F(xiàn)澆吊架施工流程2如圖4b所示。

3)第3步 第1澆筑段混凝土養(yǎng)護(hù)，第2澆筑段鋼筋及模板安裝(留出第1節(jié)段預(yù)應(yīng)力張拉所需空間)?，F(xiàn)澆吊架施工流程3如圖4c所示。

4)第4步 待第1澆筑段混凝土達(dá)到張拉強(qiáng)度后，張拉第1澆筑段預(yù)應(yīng)力,并按設(shè)計(jì)值預(yù)張拉第1澆筑段橫隔板處的后短吊桿，張拉完成后，澆筑第2澆筑段混凝土?，F(xiàn)澆吊架施工流程4如圖4d所示。

5)第5步 第2澆筑段混凝土等強(qiáng)度時(shí)，安裝第3澆筑段模板與鋼筋。待第2澆筑段混凝土達(dá)到張拉強(qiáng)度后，張拉第2澆筑段預(yù)應(yīng)力及后短吊桿；張拉完成后，用纜索起重機(jī)將第1，2節(jié)吊架整體前移?，F(xiàn)澆吊架施工流程5如圖4e所示。

6)第6步 吊架前移至設(shè)計(jì)位置并用接長(zhǎng)前吊桿連接，澆筑第3澆筑段混凝土?，F(xiàn)澆吊架施工流程6如圖4f所示。

圖4 現(xiàn)澆吊架施工流程(單位：cm)

7)第7步 循環(huán)施工直至合龍前。主梁合龍時(shí)，兩岸吊架行走至跨中位置，利用兩岸吊架作為合龍口施工平臺(tái)進(jìn)行合龍段施工。

6 結(jié)語

本文提出的3孔貝雷梁組合式現(xiàn)澆吊架設(shè)計(jì)，充分利用鋼管混凝土拱肋自身承載力，將主梁的現(xiàn)澆支撐架懸吊于主拱上，采用無支架設(shè)計(jì)，不受施工場(chǎng)地影響；結(jié)合工程實(shí)際，給出了現(xiàn)澆吊架的控制工況、受力分析結(jié)果及關(guān)鍵施工步驟與流程。