多跨预应力混凝土连续箱梁体系转换设计与施工技术.pdf

2 0 1 2年 8月 第 3卷 第 4期 高速铁路技术 HI GH SPEED RAI LW AY TECHN0LOGY No 4， Vo 1 3 Aug 2 01 2 文章编 号 ：1 6 7 4 8 2 4 7 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 0 8 7 0 4 多跨预应 力混凝 土连续箱 梁体 系转换设计与施工技术 刘 兴 文 ( 西安铁路职业技术学 院土木工程 系 ， 西安 7 1 0 6 0 0 ) 摘要： 以某桥预应力混凝土连续箱梁体系转换的设计与施工为工程背景 ， 介绍了在桥梁最大设计跨度小于 8 0 IT I ， 桥墩高度小于 1 2 m的施工条件下， 0号块临时固结结构设计 、 合龙方式选择、 体系转换施工准备、 临时 固结结构的固结与解除等施工技术。施工实践表明， 应用该项技术进行预应力混凝土连续箱梁施工， 箱梁的 结构内力、 线形及梁体外形尺寸偏差等均符合设计文件、 施工技术指南和质量验收标准要求， 实现了绿色施工 的工程管理 目标 。 关键词： 预应力 ； 混凝土；连续箱梁；体系转换 中图分类号 ： U 4 4 5 4 6 6 文献标识码 ： A De s i g n a n d Co n s t r u c t i o n Te c h n o l o g y o f t h e S y s t e m Co nv e r s i o n o f M u l t i s pa n Pr e s t r e s s e d Co nc r e t e Co n t i n u o u s BO X Be a m L1 U Xi ng - we n ( D e p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， X i a n R a i l w a y V o c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l I n s t i t u t e ， X i a n 7 1 0 6 0 0 ，C h i n a ) Abs t r a c t：Ta k i n g t he d e s i g n a n d c o n s t r uc t i o n o f t h e s y s t e m c o n v e r s i o n o f a c e r t a i n b r i d g e wi t h p r e s t r e s s e d c o n c r e t e c o n - t i n u o u s b o x b e a m a s e n g i n e e r i n g b a c k g r o u nd，t hi s p a p e r i nt r o d uc e s t h e d e s i g n f o r t e mp o r a r y c o n s o l i d a t i o n s t ruc t u r e o f 0 b l o c k，c l o s ur e mo d e s e l e c t i o n，p r e p a r a t i o n for s y s t e m c o nv e r s i o n，c o n s o l i d a t i o n a n d r e mo v i ng s k i l l for t e mp o r a r y c o n s o l i da t i o n s t ru c t u r e u n d e r t h e c o nd i t i o n o f b u i l d i n g a b r i d g e wi t h t h e ma x s p a n l e s s t h a n 8 0 m wh i l e p i e r h e i g h t l e s s t h a n 1 2 m i n d e s i g n Co n s t ru c t i o n p r a c t i c e i n d i c a t e s t h e i n n e r f o r c e，l i n e s h a pe a n d o v e r a l l d i me n s i o n d i f f e r e nc e o f t h e b o x bo d y me e t t h e r e qu i r e me nt o f d e s i g n d o c u me n t ，t e c h n i c a l ma n u a l a n d q u a l i t y a c c e p t a n c e s t a n d a r d i n t he c o n s t ruc t i o n o f pr e s t r e s s e d c o n c r e t e c o n t i n u o u s b o x b e a m b y u s i n g t h i s t e c h n o l o g y，t h us t o a c h i e v e t he e n g i n e e r i n g ma n a g e me n t a i m o f g r e e n c o n s t r u c t i o n Ke y wor ds：p r e s t r e s s ；c o n c r e t e；c o n t i n u o u s b o x b e a m ；s y s t e m c o n v e r s i o n 1 引言 预应力混凝土连续箱梁体系转换技术是该梁型施 工的关键技术之一 。施工单位往往根据本单位的施工 经验来设计 0号块临时 固结结 构 ， 包括临时支墩 的尺 寸、 采用的混凝土强度等级和结构构造等， 总体上看是 大同小异 。 笔者在郑西客运专线某桥预应力混凝土连续箱梁 施工中， 根据其结构的特点 ， 优化 了0号块临时固结结 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 4 2 0 作者 简介 ： 刘兴 文( 1 9 5 6 一 )， 男 ， 副教授 。 构的设计方案 。优化后 的设计将 6 3 2精轧螺纹钢筋 数量 由原来的 3 2根减少为 1 6根 ； 锚 固钢筋埋入墩顶 及墩身的长度由3 0 0 c m变为 1 9 0 c m， 实现了节省锚 固 钢筋、 绿色施工的工程管理 目标 ； 改原来直接在桥墩 中 预埋锚固精轧螺纹钢筋为预 留孔洞 ， 提高了锚 固钢筋 的埋置精度 ， 为预应力混凝土连续箱梁体 系转换施工 控制更加准确提供了条件。本文重点介绍优化后的箱 梁体系转换施工技术与工艺要求 ， 供读者参考 。 2 工程概况 郑西客运专线 某特 大桥 主桥桥跨 布置为 ( 4 0+ 5 X 6 4+ 4 0 ) m， 上部结 构设 计为变截 面预应力混凝土 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4期 刘兴文： 多跨预应力混凝土连续箱梁体系转换设计与施工技术 2 0 1 2年 8月 连续箱梁 ， 箱梁全长 4 0 1 5 0 m， 箱 梁采 用单箱 、 单室 、 斜腹板 、 变高度 、 变截面结构 ， 三向预应力体系 ， 采用挂 篮悬臂浇筑施工 ； 箱梁顶 面设计宽度 1 2 0 m， 底 面设 计宽度 6 7 m； 除箱梁端部附近外 ， 箱梁顶板设计厚度 均为 4 0 c m， 底板设计厚度为 4 01 0 0 c m， 箱梁底板厚 度按直线规律变化 ； 腹板设计厚度为 4 8 9 0 c m， 腹板 厚度按折线规律变化 。全联在箱梁端部 、 中跨跨 中及 中支点处共设 5道横隔板 ， 横隔板设有供检查人员通 过 的孑 L 洞 。 在桥墩顶部支点处箱梁设计高度为 6 6 5 m， 跨 中 9 m直线段及边 跨 1 3 2 5 m直线 段箱梁设计 高度为 3 8 5 1 T I ， 箱梁底部下缘按二次抛物线规律变化 ， 边支座 中心至箱梁端部 0 7 5 m。 预应力混凝土连续箱梁混凝 土强度等级为 C 5 0 ， 封锚采用的干硬性补偿收缩混凝土强度等级为 C 5 0 ， 防护墙 、 遮板 、 电缆槽竖墙 、 电缆槽 盖板混凝土强度等 级为 C 4 0 。 纵向预应力筋采用直径 4 , 1 5 2 0的高强度低松弛 钢绞线， 抗拉标准强度 R ： =1 8 6 0 M P a ， 单根横截面积 为 1 4 0 mm ， 弹性模量 1 9 5 0 0 0 MP a ， 预应力 张拉采用 与之配套的机具设备 ， 预应力孔道采用镀锌金属波纹 一薹 型 金 属 波 纹 管 其 它 梁 段 采 用 监 通 横向预应力锚固体系采用 B M1 54 ( P ) 锚具及配 套的支承垫板 ， 横 向预应力张拉采用 Y D C 2 4 0 Q型千 斤顶 ； 预应力管道采用 内径 7 0 X 1 9 m m扁形镀锌金属 波纹管制孔 。 竖 向预应力筋采用 4, 2 5高强精轧螺纹钢筋 ， 锚固 体系采 用 J L M 一2 5型 锚具 ， 竖 向预应 力 张 拉 采 用 Y C 6 0 A型千斤顶 ， 预应力筋孔道采用内径 西 3 5铁皮管 制孔 。 3体 系转换设计与施工技术 3 1 0号块临时固结结构设计 0号块临时固结结构设计方案是在每个桥墩顶面 上设计 4个混凝土临时支墩 ， 混凝土强度等级为 C 5 0 ， 临时支墩横 向中心线距离桥墩横 向轴线 1 3 0 c m ， 临时 支墩设计长度为 1 8 0 c m， 宽度为5 0 c m， 高度为 6 0 c m。 为加强桥墩与连续梁之间的固结强度 ， 沿每个临时支 墩 中心线 预埋 4根 3 2精轧螺纹钢筋。精轧螺纹钢 筋等级为 J L 9 3 0， 设计 间距 2 0( 3 m， 设计要求精轧螺纹 钢筋伸入梁 内 1 9 0 c m ， 在 0号块 内采用 M3 2锚具锚 固， 伸人墩顶及墩身 1 9 0 c m，精轧螺纹钢筋与桥墩之 问用强度等级为 C 4 0的混凝土锚 固， 0号块临时 固结 结构设计侧面如 图 1所示 ； 0号块临时 固结结构平 面 如图 2所示 。 = = = = = = 闩 r= 1 0 暑 I I 目 目 目 1 0 c m p v c 管 墩 顶I _ I 景 7 1 0 c m p v c 管 墩 坝 5 0 c m 与 混 凝 土 隔 离 5 0 c m 与 混 凝 土 隔 1 3 0 、 3 2 精轧5 螺纹钢筋 1 l， 1 图1 0号块临时固结设计图( 单位： c m) l 。 J 。 I。 I 4 永久支座 1 4 0 1 8 0 临 时 支 座 。 l a a I 7 0 0 图2 临时固结平面图( 单位： ( 3 m) 3 2 体系转换施工技术 体系转换是指在预应力混凝土连续箱梁施工过程 中， 根据施工工艺的要求 ， 通过墩梁之间的固结或解除 固结 的方法， 实现桥梁 由静定结构 向超静定结构 的转 换 ； 或由超静定结构 向静定结构的转换。在预应力混 凝土连续箱梁体系转换过程 中， 严格控制体系转换过 程中的各项参数， 按规定的施工工艺施工 ， 正确进行体 系转换 ， 才能保证预应力混凝土连续箱梁 的线形和应 力状态符合设计要求 。 3 2 1 选择合龙方式 该桥预应力混凝土连续箱梁选择的合龙方式是先 进行 “ 小合龙” ， 通过小合龙将 2个“ T ” 形结构连接起 来 ， 把悬臂结构转变成简支的静定结构 ； 然后 ， 再按规 定的顺序进行 “ 大合龙” ， 通过大合龙再将 2个静定结 构连接起来 ， 把静定结构转变成超静定结构。合龙方 法如下 ： 当各个桥墩顶部采用悬臂法施工预应力混凝 土连续箱梁形成 T形结构之后 ， 首先进行第二跨 、 第 四跨和第六跨 的小合龙 ， 通过 3次小合龙 ， 就可以形成 3个稳定的 形结构。当合龙段混凝土达到设计强度 之后 ， 通过解除墩梁之间的临时固结结构， 先 由单个的 T形悬臂结构转变为两边带悬臂 的简支梁结构 ； 接着 进行第三跨、 第五跨 的大合龙 ， 将 3个 n形结构逐个 连成整体 。 形结构 的连接称 为超静定结 构的大合 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 刘兴文 ： 多跨预应力混凝土连续箱梁体系转换设计与施工技术 2 0 1 2年8月 龙 ， 随着结构体系转换 ， 预应力混凝土连续箱梁产生内 力重分布。最后 ， 进行第一跨和第七跨 的边跨合龙 ， 将 预应力混凝土箱梁连接成一个整体。大合龙的过程实 际上是预应力混凝土箱梁从静定结构向超静定结构逐 步转换的过程。 3 2 2 体系转换施工技术 ( 1 ) 体系转换的施工准备 为了保证在合龙过程 中单个 T形 结构 的稳 定性 和施工安全 ， 在完成跨 中合龙之前 ， 要求墩梁之间仍处 于刚性固结状态 ， 并做好以下施工准备工作 ： 根据各种荷载工况 ， 综合考虑梁体 、 桥墩和承台 等工程结构实际情况 ， 进行结构的受力分析计算 ； 由于多跨连续箱梁施工工期较 长， 一般情况下 必须跨季节施工 ， 造成 了各个合龙段 的施工温度不同， 在合龙施工之前 ， 根据合龙段 的施工温度和其它施工 条件 ， 设计不同的施工方法和工艺要求 ， 制定施工技术 措施 ； 当合龙段一侧有 2个及 2个 以上桥墩时 ， 共轭 悬臂端面之间的相对问距 、 高差和转角的主要影 响因 素是体系温度场、 日照、 降温、 各种恒载( 合龙段是 自 重及施工辅助机具等 ) 、 混凝土 的收缩和徐变 、 预应力 和施工荷载、 风力 、 基础变位等。其 中温度变化和混凝 土徐变 的影 响与计算 梁长成正 比关 系。计算 结果表 明： 进行超静定结构大合龙时， 其支架 内力远大于静定 结构小合龙的内力。因此 ， 在计算结构高程 、 梁体纵 向 伸缩量和结构截面 内力时， 必须预留一定的安全余量 ， 保证施工安全 ； 在进行边跨合龙 时， 必须在待合龙段两侧梁段 上预埋相关预埋件及 预留钢筋 ， 并将预 留钢筋与箱梁 钢筋连接 ， 预埋的连接钢板必须垂直安放 。相邻梁段 张拉后 ， 准确测量合龙段两侧梁段结构的相对高差 ， 如 高差超过允许值时 ， 应对高起的一端进行配重调整 ， 保 证合龙段两侧梁段的高差符合施工规范要求 。锁定型 钢撑杆安装和焊接要求在当天最低 温度 时施工 ， 锁定 型钢撑杆长度尺寸应根据现场实测值加工 ， 焊接施 工 应保证撑杆端部连接钢板与型钢轴线 的严格垂直 ； 焊 接锁定 型钢撑杆的方法是先 将一端焊接好 ， 另一端先 用楔形块打紧， 然后再进行焊接锁定 ； 在每个合龙段横断面上 ， 连续箱梁顶板 和底板 上各布置 2 束临时张拉钢绞线束， 每束设计张拉力为 4 0 0 k N。按设计要求张拉完成之后 ， 及时进行合龙段 混凝土灌注施工。 ( 2 ) 0号块 的临时固结 根据设计规定 ， 在预应力混凝土连续 箱梁悬臂浇 筑过程 中， 要求墩梁之间采取临时锚 固措施 ， 临时锚固 结构主要承受 的力是中支点处最大不平衡弯矩和桥墩 处的支座反力 。 当桥 墩施工 完成 之后 ， 在桥 墩顶 面上设置 4个 C 5 0混凝土临时支座， 临时支座由 3层组成， 从上向下 各层布置依次 是 C 5 0混凝 土层 ， 设计厚 度为 2 0 c m； C 5 0硫磺砂浆层 ， 设计厚度为 2 0 c m； C 5 0混凝土层 ， 设 计厚度为 2 0 e m。在硫磺 砂浆 内埋设 电阻丝 ， 拆 除临 时支座时 ， 首先通电预热硫磺砂浆层 ， 便于凿除支座混 凝土。在临时支座与梁体和墩顶接触 面之 问各铺设 2 层油毛毡隔离层 ， 将 临时支座与桥墩 、 箱梁 隔离开 ， 避 免在拆除临时支座时伤损桥墩和箱梁结构。 根据临时固结结构设计的要求 ， 在桥墩中预埋 1 6 根 + 3 2的精轧螺纹钢筋 ， 钢筋设计长度为 3 8 0 e m， 埋 入桥墩 中的长度为 1 9 0 c m， 埋人梁体及 临时支座中的 设计长度为 1 9 0 e m。精 轧螺纹钢筋锚 固于 0号块箱 梁底板与横隔板交接处 ， 为提高临时固结的强度 ， 要求 + 3 2精轧螺纹钢筋的锚下混凝土与梁体 同时灌注 ， 当 0号块混凝土达到设计强度之后 ， 按设计 的工艺要求 张拉 6 3 2精轧螺纹钢筋 ， 每根精 轧螺纹钢筋设计拉力 为 4 0 0 k N， 从而实现了桥墩与预应力连续箱梁之间的 临时固结 。 计强 就可 以根 _ 当 合 龙 段 混 凝 土 强 度 达 到 设 计 强 度 时 ，就可 以根 据体系转换的有关工艺要求 ， 拆除 0号块 临时 固结结 构 的临时支座 ， 在拆除临时固结临时支座之前 ， 应精确 测量合龙段新灌注混凝土两侧预应力混凝土连续箱梁 顶面的标高 ， 在拆除临时固结结构的过程中， 应随时监 测合龙段两侧结构标高的变化情况 ， 并做好监测记录。 凿除临时支座的施工脚手架要求沿墩身搭设 ， 其 周边按要求设置 防护网， 以保证作业人员安全 ； 拆除施 工使用 的各种机械设备放置在箱梁顶面上， 高压风通 过胶管引到工作面上。在拆 除施工 中遇到钢筋时 ， 一 般采用气割切除露出的钢筋 ， 并对梁底和墩顶的钢筋 端头采用环氧砂浆封堵 ， 并要求进行防腐和防锈处理 。 在临时 固结结构的拆除过程中， 要求保护好桥梁结构 ， 避免损伤桥墩和箱梁混凝土。 当墩梁之间的临时 固结凿除完成之后 ， 按设计文 件及施工规范的规定 ， 张拉预应力混凝土箱梁合龙段 的纵 向、 横向和竖 向预应力 。 4 结语 本文介绍 了按照优化后 的0号块临时固结结构设 计方案 ， 采用悬臂法施工预应力混凝土连续箱梁体系 转换的施工技术与工艺要求 。施 工实践表 明， 应用该 项技术进行预应力混凝土连续箱梁施工 ， 箱梁 的结构 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 刘兴文： 多跨预应力混凝土连续箱梁体系转换设计与施工技术 2 0 1 2年 8月 内力 、 线形及梁体外形尺寸偏差等均符合设计文件 、 施 工技术指南和质量验收标准要求 ， 该项施工技术可 供同类工程施工时借鉴。 参考文献 ： 2 T B 1 0 2 0 3 2 0 0 2铁路桥涵施工规 范 s TB 1 0 2 0 3 2 0 02 Re g u l a t i o n f o r C o n s t r u c t i o n o f Ra i lwa y Bri d g e s a n d C u l v e r t s s T Z 2 1 3 2 0 0 5客运专线铁路桥 涵工程施工技术指南 s 3 4 TZ 21 3 -2 0 0 5 C o n s t r u c t i o n Te c h n o lo g y Gu i d e for P a s s e n g e r De d i e a - t e d R a i l w a y B ri d g e a n d C u l v e rt s T Z 2 1 0 2 0 0 5铁路 混凝土工程施工技术指南 s T Z 2 1 0 2 0 05 Te c h n i c a l Gu i d e for Ra i l wa y Co n c r e t e En g i n e e rin g C o n s t ruc t i o n s 铁建设 2 0 0 5 1 6 0号 ， 客运专线铁路桥涵工程施工质量 验收暂行 标准 s R a i l w a y C o n s t ruc t i o n 2 0 0 5 1 6 0， S t and a r d f o r Q u a l i t y A c c e p t a n c e o f P a s s e n g e r D e d i c a t e d R a i l w a y B ri d g e a n d C u l v e r t C o n s t r u c t i o n s ( 上接 第 8 1页) 利完成了北站工程上部钢结构吊装工程。西安北站上 部钢结构吊装技术做了以下几方面突破 ： ( 1 ) 对地下一层进行 了加 固， 使 吊装施 工可提前 进行 ， 节约了工期并保证了已施工地下结构的安全 ； ( 2 ) 对站房进行合理分区， 各区合理分块 ， 屋盖划 分为 3 0 0多个吊装单元 ， 采用分单元高空安装 的方式 进行 吊装 ， 提高安装精度 ， 简化施工工序 ； ( 3 ) 充分利用现场条件 ， 部分临时支撑循环使用 ， 节约施工成本 。 参 考文献 ： 1 G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3钢结构设 计规范 S G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3 D e s i g n o f s t e e l s t ruc t u r e s s 2 范重 ， 刘先明 ， 范学伟 ， 等 国家体 育场大跨 度钢结构设 计与研究 J 建筑结构学报 ， 2 0 0 7 ， 2 8 ( 2 ) ： 11 6 F a n C h o n g，L i u Xi a n mi n g ，F a n Xu e we i ，e t a 1 De s i g n a n d Re s e arc h o f L a r g e - s p a n S t e e l S t ruc t u r e o f N a t i o n a l S t a d i u m J J o u r n al o f B u i l d i n g S t ruc t u r e s ， 2 0 0 7 ， 2 8( 2 ) ：11 6 3 范重 ， 刘先 明， 范学伟 国家体育场钢结 构设计 中的优化技术 J 建筑科学 与工程学报 ， 2 0 0 6 ( 2 ) ： 2 4 3 3 Fa n Ch o n g，L i u Xi a n mi n g ，F a n Xu e we i Op t i mi z a t i o n Te c h n i q u e s o f D e s i g n o f S t e e l S t r u c t u r e s i n t h e N a t i o n al S t a d i u m J J o u r n al o f A r - c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 6 ( 2 )： 2 43 3 4 中国钢结构协会 建筑钢结构施工手册 K 北京 ： 中国计划 出版 社 2 0 0 2 Ch i n a S t e e l S t ru c t u r e S o c i e t y Co n s t ruc t i o n Ma n u al o f B u i l d i n g S t e e l K B e ij i n g ： C h i n a P l a n n i n g P r e s s ， 2 0 0 2 5 建筑施工手册第四版 编写组 建筑施工手册( 第四版 ) M 北 京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 3 C o n s t r u c t io n Ma n u al o f B u i l d i n g( f o u r t h e d i t i o n ) M B e ij i n g ： C h i H a B u i l d i n g I n d u s t Pr e s s，2 0 0 3 6 蒋金 生， 叶可明 上海新 国际博览 中心钢 桁架结构 的施工及 临时 支承拆 除的卸 载过 程分析 J 建筑 结构学 报 ， 2 0 0 6( 5 )：1 2 2 1 2 6 J i a n g J i n s h e n g，Ye Ke mi n g C o n s t ruc t i o n o f t h e S t e e l T rus s S t ruc t u r e a n d t h e Un l o a d P r o c e s s An a l y s i s o f Re mo v a l o f t h e Te mp o r a r y S u p p o rt o f S h a n g h a i N e w I n t e ma t i o n a l E x p o C e n t r e J J o u rna l o f B u i l d i n g S t ruc t u r e s ， 2 0 0 6( 5 ) ：1 2 21 2 6 7 陈韬 ， 戴立先 ， 欧 阳超 央视新 台址 主楼悬臂钢结构安装技术 J 施 工技术 ， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 4 34 6 C h e n T a o， Da i L i x i an ， Ou y a n g Ch a o I n s t a l l a t i o n o f Ca n t i l e v e r e d S t e e l S t ruc t u r e o f C C T V N e w S i t e Ma i n B u i l d i n g J C o n s t ruc t i o n T e c h n o l o g y ，2 0 0 8 ( 5 ) ： 4 3 4 6 8 江正 荣 建 筑施 工计算 手 册 K 北京 ： 中 国建 筑 工业 出版 社 ， 2 0 0 2 J i a n g Z h e n g r o n g C o n s t ruc t i o n C a l c u l a t i o n Manu a l o f B u i l d in g K B e i j i n g ：C h i n a B u i l d i n g I n d u s t P r e s s ， 2 0 0 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m