大跨径预应力混凝土连续箱梁挂篮悬臂施工技术.pdf

大跨径预应力混凝土连续箱梁 挂篮悬臂施工技术 Ca n t i l e v e r Co ns t r u c t i o n Te c h n o l o g y o f Ha n g i n g B a s ke t f o r Lo n g S p a n P r e s t r e s s e d Co n c r e t e Co n t i n u o u s Bo x Gi r d e r 金仁 兴 上海市基础工程有限公司 上海 2 0 0 0 0 2 摘 要： 对于特大跨径预应力连续箱梁桥悬臂浇筑施工，其主要的关键技术包括临时固结的设计 、施工挂篮 的设计 、合 龙施工技术以及施_ L 线形 的控制等方面。通过崇启通道( 上海段)V标的施工实践 ，针对上述技术进行 了深入 的研 究 ，取得 了不错 的成果 。 关键词： 大跨径 预应力混凝土连续箱梁 临时阎结 挂篮 施T控制 中图分类号： U 4 4 8 2 1 + 3 文献标识码 B 【 文章编号】 1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 4 9 5 0 3 1 工程概况 崇启通道( 上海段 ) V标 P m 4 0P m 4 3墩上部结构采用 双幅变高单箱单室预应力混凝土箱梁 ，单幅桥宽 l 6 m ， 跨 径布置 9 0 m + 1 5 0 m + 9 0 m 。桥梁截面为单箱单室斜腹板箱 型截面 ，中支点 梁高 9 0 m ，高跨 比 1：1 6 7 ：跨 中梁高 3 0 m ， 箱梁顶板宽 1 5 8 m， 箱梁节段长度 0 段为 1 2 m， 其 它节段长 3 0 m4 5 m， 共 1 7节段。合龙段长 2 0 m 。全桥 单幅共设置 1 个主跨合龙段和 2个边跨合龙段( 图 1 ) 。 中墩中心线 j 5 0 塾 1 I 1 7 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 辽 11 10 9 皿8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 0 1匹2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 3 14 15 16 17 支 座中心线 图 1 1 5 Om跨箱梁 T构 1 2纵 断面 2主要技术难点 2 1 临时固结设计的合理性要求高 本工程箱梁跨度较大 ， 梁体 自重大 ， 施工阶段不平衡力 矩较大。 以往连续箱梁临时固结方案中， 一般不允许永久支 座受力， 若临时固结的刚度非常大 ， 一方面造成施工措施大 大增加 ， 另一方面， 在合龙后解除时 ， 对桥梁线形会产生明 显的不利影响 ， 因此 ， 临时固结的合理设计较为重要。 2 2挂篮结构设计要求高 本工程最 大节段质量高达 2 0 6 t ，节段长度从 3 m 作者 简介 ： 金仁兴 ( 1 9 6 9 一 ) ， 男 ， 本科 ， 高级工程师 。 作者地址 ： 上海市江西中路 4 0 6号( 2 0 0 0 0 2 ) 。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 4 0 5 4 5 m不等 ，节段高度变化大。设计要求挂篮质量控制在 8 0 t以内 ， 因此挂篮设计要求较高。 2 3 大跨度连续箱梁线形控制要求高 大跨度连续箱梁施工过程中的变形较为明显 ，并且本 工程桥面无混凝土铺装层 ，无法通过混凝土铺装调整桥面 线形 ， 因此 ， 桥梁线形控制要求非常高。 2 4边跨合龙难度大 由于本工程连续箱梁设计要求的合龙顺序为先 中跨合 龙、 后边跨合龙 ， 在中跨合龙并完成预应力张拉后 ， 边跨悬 臂端变形达到 i i i m m ， 而此时边跨现浇段箱梁已经提前完 成 ， 边跨合龙难度较大。 3 临时 固结设计 3 1 临时固结设计思路及构造 本工程梁体结构 白重达到 1 3 5 0 0 0 k N ，若不让永久支 座参与受力， 临时固结的刚度将非常大， 不切实际。 因此， 本 工程的临时固结方案的设计思路为 ：由永久支座承担竖向 荷载 ， 临时固结承担不平衡荷载产生的弯矩。 经初步计算分 析 ， I B ,l - 固结主要结构采 用 4根 1 2 0 0 m m钢管 ， 并在钢 管内浇筑 C 4 0 混凝土， 由钢管及混凝土结构承受压力 ， 抗拉 采用 1 2 根 3 2 m m精轧螺纹钢 ， 精轧螺纹钢与承台及箱梁 锚固( 图 2 ) 。最后验算时按照永久支座和临时固结共 同受 力计算。 3 2 临时固结计算 3 2 1 计算模型 计算模型如图 3 所示。 3 2 2 荷载 分析 临时固结计算时的荷载取值 ， 主要包括以下几个方面 ： l 建 筑 施 工第3 4 卷第5 期 l 4 9 5 图 2墩顶 0 段临时固结布 置示意 中墩中心线 图 3 支点反力计算模型示意 已浇筑箱梁 自重 ；悬臂不对称浇筑重量差 ：混凝土浇筑误 差 ； 挂篮 内模 、 材料设备质量 ； 不对称风荷载 ： 挂篮重量 ； 单 侧挂篮突然坠落。 3 2 3 临时固结支点反力计算结果 该反力计算结果见表 1 。 表 1 支点反力计算结果汇总 k N 支点 H a ( 西I 2 0 0 m m钢管) R B ( 永久支座) R E ( 西 I 2 0 0 m m 钢管) I 况组合 大小 方向 大小 方向 大小 方向 正常 I ： 况 3 6 3 8 T 4 71 1 9 f 1 8l 8 3 t 十年一遇大风 3 2 6 2 T 4 8 6 7 4 t 1 8 9 2 9 t 挂篮推进到第 - 6 3 5 9 5 2 7 3 1 T 2 0 5 O 6 T 1 7 段 、 挂篮坠 落 4挂篮设计 4 1 挂篮结构 标 准 段 箱 梁 最 大 浇筑 高 度 为 8 4 8 m ，桥 面 宽 度 1 5 8 m ， 最大悬浇混凝土块质量为 2 0 6 4 t 。根据设计要求 ， 采用轻型挂篮 ，并要求挂篮 自身重力及全部附加临时荷载 量之和控制在 8 0 0 k N 以内。根据本桥特点， 选用重心偏低 的三角型挂篮 ， 挂篮 由主桁架、 上横梁、 下横梁 、 小纵梁、 悬 吊系统、 锚固系统等组成 ， 总质量约 7 0 t 。 轩 图 4 挂篮结构立面及断面示意 4 9 6 l 2 0 1 2 5 B 词 I拙g 4 2挂篮设计特点 三角形桁架斜杆和前、 后吊杆均采用精轧螺纹钢 ， 有效 降低 了挂篮自重 ； 通过斜拉杆预张拉 ， 克服了主纵梁安装初 应力， 并减小了挂篮的挠度。 箱梁侧向钢模板悬挂在轨道梁上 ，挂篮行走时分步前 移 ， 大大减小了挂篮箱梁侧向转移时的倾斜力矩 ， 增加了安 全性。 箱梁地面为抛物线， 挂篮底板倾角不断变化 ， 通过小纵 梁与横梁之间设置的圆钢 ， 小纵梁可以小幅度旋转 ， 以调节 挂篮底板倾角。 4 3 挂篮荷载预压 取节段重量最大的 3 节段作为试验荷载 ， 施工荷载取 2 0 0 k N ， 总荷载不超过 2 3 0 0 k N 。 对第一套挂篮进行全荷载 试验 ：堆载选用江砂 ( 2 0 t ) +混凝土预制块 ( 2 1 0 t ) ， 以 0 k N 一 7 0 0 k N +1 4D 0 k N 1 7 O 0 k N - 2 0 0 0 k N 一 2 3 0 0 k N 一 卸 载( 与加载相反 ) 的顺序施加荷载( 图 5 ) 。 冗 降j # I mm 图 5挂篮横梁变形 曲线 5 0 块箱梁施工 5 1 现浇支架及模板 0 段现浇主要利用临时固结的钢管作为支架 ，翼板部 分采用扣件式满堂支架。纵桥向立杆 间距为 6 0 c m ， 横桥向 间距 7 5 c m布置 ， 水平杆步距 1 2 0 c m 。立杆顶部设置可调 节顶托。 5 2 模板、 钢筋以及混凝土施工 墩顶位置面板、 内膜等采用木模 ， 外侧模板和翼缘模板 采用定型钢模 ， 为确保外观美观 ， 箱梁外侧模板和翼缘模板 采用大型钢模板模板采用对 西1 6 m m拉螺杆拉结固定 ， 间 距 5 0 0 m m X 5 0 0 m m 。为施工方便 ， 将外侧模板和翼缘模板 加工成整体 。浇筑施工采用 1 台 4 8 t 汽车泵施工， 全断面 一 次性浇筑成形。 6合龙段 施工 单幅桥有 1 个中跨合龙段和 2 个边跨合龙段 ，合龙段 是梁体从单悬臂向连续梁的转换，是梁体从静定结构向超 静定结构的转换。合龙施工顺序为 ： 先 中跨合龙， 再边跨合 龙。 6 1劲性骨架设计及施工 为了将两侧已施工完成的悬臂浇筑段连成整体 ，根据 设计方案 ，面板和底板上靠近腹板位置设置 6 个连接刚性 支撑架( 图 6 ) 。 连接钢材选 用双榀 4 0 a 槽钢， 在夜间最低气 温时与预埋件焊接。 合龙段劲性骨架的焊接要求迅速、 对称 进行。 I广 必_ 上 f = = = = = ； f I 刚性 撑架 、 预埋件 图 6 合龙段劲性骨架断面 布置 6 2合龙施工 为防止合龙段混凝土产生收缩裂缝 ，在浇筑之前张拉 部分预应 力束。 混凝土浇筑时间为当天气温最低的时候。 合 龙段混凝土强度至设计要求 以后 ，进行连续梁连续束的张 拉 ， 完成体系最终的转换。 合龙完成后， 立即解除墩项 O 段 临时固结措施。 7 施工线型控制 7 1 桥梁目标线型的确定 本工程 9 0 m + 1 5 0 m + 9 0 il l 跨连续主梁成桥状态目标 线形为 ： 设计主梁标高 +设计预拱度。为保证桥梁设计线 形的顺利实现， 需在 中跨 1 5 0 il l 范围内设置预拱度 ( 图 7 ) 。 x 3 0 0 1 0 ol O O 2x 图 7中跨成桥预拱 度示意 ( 单位 ： c m) 7 2标准段线形控制 从悬臂浇筑阶段 T 构实测变形来看，刚构段悬臂端变 形稳定 ， 挂篮前移 时下挠， 浇筑混凝土时下挠继续发展 ， 预 应力钢束张拉后上抬。 经模拟计算可知， 实测变形与理论计 算基本一致 。 根据模拟计算结果 ， 同时根据施工图提供 的设计线形 ， 确定全桥各节段的定位标高。 定位标高计算式为 ： 定位标高 = 设计竖 曲线标高 +设计预拱度 +本节段立模后所有工 况的位移 +挂篮变形。 7 3跨中合龙端线形控制 我们对右幅桥 T 构施工完毕、跨中合龙前两个工况下 的箱梁变形进行了连续观测。跨中合龙端的结构标高和高 差情况见表 2 。 7 4 边跨合龙端线形控制 本工程采用先中跨合龙 ， 后边跨合龙的顺序。中跨第 2 批钢束张拉完毕、 中墩临时固结解除后 ， 边跨悬臂端变形量 达到 1 1 1 m n l 。由于工期原因， 边跨现浇段箱梁提前完成 ， 边 跨合龙风险较大。 表 2 右 幅桥 中跨合龙端标 高对照 断面 箱粱实测标高 合龙端标高差 合 龙 后工 况 合 龙 后 合 龙 端 标 高 差 合龙端 编号 梁顶 m 梁底 m 顶m r 粱 底m m 变 形量 m m 梁顶m m 粱底 m m P m 4 0 现浇段 1 9 一 l 9 1 9 7 8 7 1 6 7 7 8 7 2 5 7 5 8 1 4 l P m 4 1 墩边 1 7 1 8 1 8 1 9 8 5 9 1 6 8 3 5 P m 4 1 墩中 1 7 1 8 一 l 8 2 0 31 1 1 7 - 3 1 8 1 4 1 0 1 4 1 0 P ro 4 2 墩中 1 7 # l 8 1 8 2 0 3 2 5 1 7 3 0 8 P m 4 2 墩边 1 7 1 8 1 8 1 9 8 6 3 1 6 8 4 8 7 1 4 0 5 8 1 3 l 8 P m 4 3 现浇段 l 9 1 9 1 9 7 9 2 1 6 8 0 9 为保证合龙顺利进行， 经与设计部门协商 ， 将原设计中 第 2批预应力合龙束 M B 3 及 M B 3 调整至第 3批中张拉。 工况调整后 ，成桥时的边跨总位移量减小 了 5 c m ， 同 时 ， 跨中下翼缘的压应力储备、 墩顶最大正压应力值均能满 足规范和设计要求( 表 3 ) 。另外 ， 尚未张拉的部分钢束也可 作为边跨合龙前梁端标高调整的手段。 表 3 中跨 合龙束调整对变形和应力 的影响 设计 张拉 合龙束张拉程序 悬臂端变形量 跨中最小 墩顶最大 工况 批次 ( M B i 代表M B i 及M B i ) 中跨 m m 边跨 咖 压应力 P f 压应力 M P a 原设计 第 1 批 M B 5 、 M B 6 、 M B 7 、 M T 2 第 2 撒 M B 3 、 MB 4 、 M T 1 + l 4 6 1 l l 2 5 7 5 l 7 1 4 3 工况 第 3 批 M Bl 、 MB 2 、 MF 修改设 第 1 批 M B 5 、 M B 6 、 M B 7 、 M T 2 第 2 批 MB 4 、 M T 1 + l 1 O - 5 7 6 1 9 4 5 1 7 4 9 0 计 工况 第 3 批 M B 1 、 M B 2 、 M B 3 、 M F 右幅桥全桥边跨合龙在夜间 2 0 ： 0 0 进行 ， 合龙端高差 情况见表 4 。 表 4 右幅桥边跨合龙端标高对照 断面 箱梁实测标高 合龙端标高差 合龙端 编号 粱顶 ， m 梁底 ， m 梁顶 mm 梁底 mm P m4 0 现 浇段 l 9 1 9 1 9 7 8 7 1 6 7 7 8 2 1 1 8 P m 4 1 墩 边 l 7 1 8 一 l 8 1 9 8 0 8 l 6 7 9 6 P m 4 2 墩 边 1 7 l 8 1 8 l 9 _ 8 o 9 l 6 o 4 1 7 5 P m 4 3 现 浇段 1 9 一 l 9 1 9 7 9 2 1 6 8 0 9 8 结语 ( a ) 大跨径连续箱梁的临时固结应合理设计 ， 在保证 安全受力的情况下 ， 刚度不宜太大， 以免在解除时对线形产 生影响。 ( b ) 大跨径连续箱梁设计采用型钢和精轧螺纹钢组拼 而成的三角形轻型挂篮。它具有构造简单、 结构轻巧、 设计 合理、 刚度大 、 变形小等特点 ， 且挂篮安装 、 锚固、 移动方便 ， 稳定性好 ， 安全可靠。 ( c ) 大跨径连续梁施工过程中的变形较 为明显 ， 仅凭 经验难以保证合龙精度要求。 故在实施前 ， 必须通过计算机 模拟计算 ， 确定每个节段的预抛高量 ， 并在施工过程 中监控 结构线形 ， 同时采取了有效的合龙调节措施 ， 确保了顺利合 龙以及全桥的线形美观。 建 筑 施 工第 3 4 卷第 5 期 l 4 9 7