高墩大跨预应力混凝土连续梁托架结构设计优化与施工技术研究.pdf

21现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 3 卷第 1 期2024 年 1 月Vol.3 No.1Jan.2024高墩大跨预应力混凝土连续梁托架结构 设计优化与施工技术研究陶 磊中铁十一局集团第一工程有限公司，湖北襄阳441104摘要：随着公路建设里程不断增加，桥梁跨径不断增大，由此出现了大跨径连续梁桥。由于大跨预应力混凝土连续梁工程具有规模大、地质环境复杂、施工条件恶劣等因素，导致大跨预应力混凝土连续梁施工技术在工程实践中的应用效率受到很大限制。为保证高墩大跨预应力混凝土连续梁托架结构设计优化与施工能够顺利完成，并达到预期的质量目标，在明确高墩大跨预应力混凝土连续梁托架结构特点的基础上，深入分析其施工工艺，探讨高墩大跨预应力混凝土连续梁的施工工艺要点显得尤为重要。高墩大跨预应力混凝土连续梁托架结构设计优化与施工技术是经济合理的，能够满足工程要求。关键词：混凝土连续梁；托架结构设计；施工技术中图分类号：U445.57 文献标识码：ADesign Optimization and Construction Technology Research on High Pier and Large-span Prestressed Concrete Continuous Beam Bracket StructureTao LeiChina Railway 11th Bureau Group First Engineering Co.,Ltd.,Xiangyang,Hubei 441104Abstract:With the continuous increase of highway construction mileage and bridge span,long-span continuous beam bridges have emerged.Due to the large scale,complex geological environment,and harsh construction conditions of large-span prestressed concrete continuous beam engineering,the application efficiency of large-span prestressed concrete continuous beam construction technology in engineering practice is greatly limited.In order to ensure the smooth completion of the design optimization and construction of the high pier and large-span prestressed concrete continuous beam bracket structure,and to achieve the expected quality goals,it is particularly important to analyze the construction process of the high pier and large-span prestressed concrete continuous beam bracket structure in depth,and clarify the key points of the construction process of the high pier and large-span prestressed concrete continuous beam.The design optimization and construction technology of high pier and large-span prestressed concrete continuous beam bracket structure are economically reasonable and can meet engineering requirements.Keywords:concrete continuous beam;bracket structure design;construction technique作者简介：陶磊（1990），男，中铁十一局集团第一工程有限公司机械设备部工程师，研究方向为桥梁工程。1工程概况本文以黄峡村特大桥主桥为例。黄峡村特大桥主桥为连续刚构，大桥主跨200m，本桥为跨越刘家河而设，刘家河河道宽度约12m，常年水位约0.5m，雨季时最深约3m。由于地形地质较为复杂，引桥侧受不良地质影响，主桥侧4#主墩受地形和墩高差异影响，最终的桥孔跨布置为：（240）m一联预应力砼简支T梁（105200105）m连续刚构桥40m一联预应力砼简支T梁。桥区受构造影响明显，岩层总体向南倾，局部受重力式倾倒作用，向北倾。在光雾山岸斜坡存在构造褶曲现象，在地表一带，岩层倾角较缓一般在1550，岩体极破碎至破碎，层间结合性差；而向斜坡下部及光雾山岸斜坡一带，岩层倾角变陡，岩体完整性逐渐变好，倾角一般为7085。区内岩层优势产状为1701857085。箱梁为三向预应力结构，采用单箱单室截面，箱梁顶板设置成2%单向横坡。单幅箱梁顶板宽11.5m，底板宽6.3m。2高墩大跨预应力混凝土连续梁托架结构设计针对高墩大跨预应力混凝土连续梁的载荷分布，在222024 年 1 月第 3 卷第 1 期现 代 工 程 科 技22桥架纵向布置两根钢筋，横梁上架设横向主梁。在梁上架设施工平台和悬臂支座，并设置下梁和支座，将结构的应力传递给下梁，实现整体受力平衡。下横梁上有标准化的安全防护平台，方便操作人员安装和拆卸托架。托架的预制设计以消除内部弯矩为基础，利用内力平衡实现结构的整体稳定。从便携性的角度出发，采用拼装的方式设计托架结构1。（1）托架结构总装。上横梁安装在预埋钢筋上，作为下悬挂托架。（2）上横梁设计。托架上的横梁是承重结构的主体，直接承受浇筑混凝土和施工的荷载，其主要受力为弯矩和剪力。结构为45型，下缘采用节点板，两端焊接30mm螺栓。铰接部分采用2cm厚钢板焊接的箱形结构，保证整体稳定性。销孔直径101mm，销轴100mm。（3）下横梁设计。支座的下横梁是平衡应力的主要构件，用于将上横梁水平向下承载，消除侧向应力，从而达到应力平衡。它的函数包括轴向压应力、弯矩和剪力。结构为45型，上部设有连接板，与上横梁销孔相同。（4）托架连接梁设计。托架连接梁是承载内力的传动构件，其主要受力为轴向压力和拉力。采用双面板槽钢进行组装焊接，形成整体承重结构。3高墩大跨预应力混凝土连续梁施工技术3.1托架安装及预压技术0#块托架主要通过墩柱施工时预埋爬锥，通过高强螺栓对托架形成固定。0#托架安装依靠塔吊吊装至安装位置，人工负责安装。具体安装步骤如下：托架剪力键J焊接安装，依次进行三角托架型钢杆件安装固定，各型钢杆件之间、杆件与剪力键之间插入销轴锁定；三角托架逐个安装完成，采用10槽钢体系进行横向连接，焊接牢固；4I20a及3I20a型垫梁吊装，垫梁与水平托架焊接固定；22I56横向分配梁吊装，大梁吊装完成后进行I14排架吊装。单个杆件在厂家及现场加工完成，加工完成后组织质量验收，确保合格后方可进行吊装安装，现场托架组装时，重点验收销轴锁定、型钢间焊接质量，确保焊缝饱满，禁止采用单点点焊现象。由托架计算模型可知，托架系统外侧承重梁最大反力为523.2kN，托架系统内侧承重梁最大反力为381.7kN。根据计算反力，对托架反压系统承重梁进行反压，为保证千斤顶同步进行顶升，单个千斤顶位置施加反力为F=（532.2+381.7）/2=456.95kN。混凝土浇筑完成后进行托架的高程测量，并与浇筑前托架的高程数据进行比较，以验证托架预抬值的可靠性，并为后续施工取得经验数据，提供参考，使托架预抬更加合理2。3.2混凝土施工技术考虑到托架承载力、混凝土浇筑质量、施工工艺等因素，浇注分两个阶段完成。第一次浇筑，腹板高度5m左右，第二次浇筑，其余部分浇筑。箱梁采用C55混凝土，泵送工艺和配合比必须经过严格的试拌，达到浇注混凝土前的要求。箱梁混凝土需要具有良好的和易性和流动性，以满足拖曳泵送的需要。混凝土在搅拌站集中处理，由罐车运输，由拖泵泵送，从墩顶中间向两侧对称浇筑，从底部到腹部，从腹部到顶部，底板浇筑时，物料通过一系列筒体浇筑，顶板由两侧向中间浇筑。浇筑时应特别注意锚板上混凝土的振动处理，要求绝对密实。3.3桥梁挂篮施工高墩大跨预应力混凝土连续梁施工中，挂篮由悬挂系统、承重系统、工作平台、行走系统、张拉操作平台等组成。既能承受新浇混凝土的重量，又能为工作平台提供足够的张力，保证注浆施工的顺利进行。与传统的机械结构相比，连续梁托架施工，对搭设的托架进行预压，消除托架的塑性变形，预测托架的弹性变形值。依据测出的钢筋砼施工过程中临时结构的弹性变形量，调整梁体立模时预设上拱度，确保梁体线形。托架施工现场进行拼接时，需要遵守相关标准，确保所有操作都符合要求。这些操作包括：放置支撑结构、安装主框架等。在放置支撑结构的过程中，通常首先放置支撑结构的梁部分，并确保顶部支撑结构的安全。铺设托架时，应在前支撑点处放置三块钢板，其间距不应超过0.5m。安装铁路线时，应从0段开始沿铁路线两侧安装2条，保证铁路线总长度达到2.5m。垂直预应力钢筋拉入轨道后，要保证轨道底面与地面的正确位置，然后用螺丝将其固定在后立柱上，固定在前立柱上。当使用主体结构移动其位置时，应将其固定在相邻的两个位置，并使用脚手架提供临时支撑。挂篮悬浇技术是桥梁工程中常见的一种施工技术，其操作过程为：制作挂篮。在这一阶段，操作人员需要根据设计图纸精确测量边长和角度，完成挂篮的制作；调试。挂篮投入使用前，应提前完成质量性能测试，验23陶 磊：高墩大跨预应力混凝土连续梁托架结构设计优化与施工技术研究建造科技证其是否满足施工需要。如果发现不符合项，必须进行优化和改进；安装准备工作。操作人员必须提前调平挂篮区域，保证安装面平整；安装时要时刻注意应力的动态变化，选择合适的承重材料和设施。如承重设施可选用千斤顶，保证安装时主梁与柱之间的相互应力符合设计标准；安装底模、底篮时，应采取安全措施，防止元器件损坏。加固技术可选择悬挂锚固的方法，保证底篮达到设计的预期使用寿命。3.4中跨合龙段施工挂篮及模板就位焊接临时劲性骨架（选择一天中温度最低的时间进行）绑扎钢筋、安装预应力管道测量合龙段标高“T”悬臂端压配重浇筑合龙段砼（选择一天中温度最低的时间进行），同时按照混凝土重量相应解除配重砼养生至设计张拉强度拆除模板拆除劲性骨架张拉中跨合龙段纵向预应力张拉边跨现浇段及边跨合龙段竖向及横向预应力3。中跨合龙段施工将在边跨合龙段预应力张拉及悬臂节段27#节段横向及竖向预应力张拉和压浆完成后进行。合龙时，中跨合龙段小里程挂篮在浇筑完27#节段后后推一个梁段，大里程挂篮在施工完27#节段后前移1.5m进行合龙段施工。焊接中跨合龙段劲性骨架（一天中最低气温时进行）、立模、绑扎钢筋等工作，将悬臂段轴线、标高实测结果以书面形式报项目部工程部、总工程师确定合龙方案。其施工控制要点如下：中跨合龙段两侧的悬臂，由于预应力施工、混凝土的收缩徐变、日照、风力、温度等因素导致两侧标高差异，需严格实时监测和记录结构的变化，为调整和指导施工提供准确的数据。对于标高差异，拟在超高悬臂段用沙包及水箱压重，消除两悬臂段高差；劲性骨架结构加工和安装，将严格按照设计要求进行。锁定前，为防止不平衡受力，劲性骨架的轴线、距桥轴线的距离将是严格测量的重点；中跨合龙段施工配重重量（63.44/2=31.72t），具体重量视监控量测结果及合龙段两端不平衡重具体数据进行，配重方式同边跨合龙，其余与边跨合龙段施工要求相同。3.5挂篮拆除技术本桥连续梁挂篮拆除方案主要采用500t张拉用千斤顶通过4根钢绞线逐步下放到地面，整体一次下放完成。下放完成后挂篮菱形架回退至塔吊能吊起的位置拆除下放。因现场地形地势及高度原因，挂篮模板拆除利用既有便道作为下放、拆除及转移平台。其中左幅（105+200+105）m连续梁在悬臂节段施工时，2#5#墩分别位于19#节段、19#节段、16#节段、27#节段，距离线路中线4.15m处预埋左右侧各预埋2道100PVC管道作为后续连续梁底模及侧模下放钢绞线穿束孔，孔位横桥向间距8m，线路方向间距3m，依次分别用于2个T构4套挂篮模板拆除使用。以上8处节段对应点为连续梁与既有便道交汇点。右幅（105+200+105）m连续梁在悬臂节段施工时，2#5#墩分别位于24#节段、14#节段、17#节段、27#节段正中间，距离线路中线4.15m处预埋左右侧各预埋4道100PVC管道作为后续连续梁底模及侧模下放钢绞线穿束孔，孔位横桥向间距8m，线路方向间距3m，依次分别用于2个T构4套挂篮模板拆除使用。挂篮拆除步骤：4#墩边跨合龙段施工完成后，拆除大里程侧挂篮，同步进行配重；3#墩边跨合龙段施工完成后，拆除小里程侧挂篮，同步进行配重；中跨合龙段施工完成后，拆除合龙段挂篮，同步卸载配重。为有效消除合龙段施工受温差、日照、收缩徐变、风力影响、托架冗力、变形约束等因素影响，拟采取以下措施进行控制：为消除温差、日照等影响，合龙段劲性骨架和混凝土浇筑一气呵成，缩短时间，浇筑应在日间温度最低时段进行，防止混凝土初凝阶段温差过大、应力集中而产生裂缝，同时混凝土养护将采用全覆盖潮湿养护进行，降低养生阶段混凝土内外温差；为降低混凝土收缩徐变和托架限制的矛盾导致混凝土产生裂缝的可能，梁体底模必须均匀涂擦一层滑石粉，降低底模板的摩阻系数，减少对混凝土收缩和徐变的限制；与地方气象台建立服务关系，收集当天天气预报以及35天的天气趋势预报，当遇到大幅降温天气或风力超过4级时，将停止进行骨架合龙以及合龙段混凝土施工，减小风力或骤然温差对结构的质量、安全和稳定性的 影响4。3.6中跨合龙顶推（1）安装主跨合龙骨架和顶推用千斤顶（图1），并在顶推前检查，确保合龙段两端无抵消顶推力的连接或其他障碍5。顶推设施布置如图2所示。（2）布置顶推位移测点：测点设于悬臂端截面的左上、左下、右上、右下角点附近和梁端处，共6个测点，前4个用于测量两悬臂端的相对位移，取其平均值作为控制值，后2个用于观察梁与墩（台）间是否产生滑移，供顶推242024 年 1 月第 3 卷第 1 期现 代 工 程 科 技24过程控制调整和力与位移关系异常时分析原因之用。（3）计算目标位移量和参考顶推力，计算公式为：参考顶推位移=83（T18）mm；参考顶推力F=150018（T18）kN；其中T为现场实测环境温度。（4）初次加载顶推力150kN（各千斤顶推力之和）并以150kN为级距，逐级加载并记录各测点位移；加载至参考顶推力后，若实际位移量小于5mm，再次核查合龙段两端有无抵消顶推力的连接，有则清除之。（5）以原级距继续逐级加载，并记录各测点位移，同时注意观察千斤顶传力骨架有无变形、千斤顶和传力骨架处梁体混凝土有无开裂现象，若有上述现象，应退顶后加强骨架或垫板后再重新顶推。当满足以下两个条件之一，顶推终止：顶推位移达到目标位移量；顶推力达到2000kN。（6）若加载终止时，实际位移与目标位移量相差在10%之内，锁定骨架执行后续步骤，否则应及时与设计和监控沟通以修改或另行制定合龙方案。4结语总而言之，在高墩大跨预应力混凝土连续梁工程中，托架结构施工技术的应用要高度重视，其对高墩大跨预应力混凝土连续梁工程有着良好的改善效果。此外，挂篮施工技术可缩短施工工期，降低施工造价进而有效控制高墩大跨预应力混凝土连续梁工程的成本，为施工方创造更高的经济效益。因此，施工建设前期必须做好准备工作，根据施工实际情况科学设置挂篮，确保其符合高墩大跨预应力混凝土连续梁工程施工标准，保证施工人员安全施工。同时，托架结构施工技术的应用还可以有效协调各个环节工作，推进桥梁建设工作的稳步开展。参考文献1 赖志豪.双塔斜拉桥主梁工程中的大跨预应力混凝土施工技术J.智能城市,2021,7(16):119-120.2 李二伟,郑兵,段艳飞.圆形隧洞现浇后张法无粘结预应力混凝土施工技术J.云南水力发电,2021,37(4):165-170.3 史志臣.205省道特大桥连续梁直线段托架施工技术J.山西建筑,2012,38(5):183-184.4 龚颖男.基于挠度及有效预应力分析的高墩大跨度桥梁施工测量技术研究J.城市勘测,2020(3):170-172.5 曾智鸿.高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥梁施工工艺研究J.交通世界,2020(31):85-86,108.图1千斤顶位置示意图图2顶推杆件示意图