高温差高寒地区铁路大跨度高墩连续刚构桥梁段施工工法

克其克苏布台特大桥是我国高风压区、高烈度地震区以及年温差和昼夜温差变化均较大的高墩、大跨连续刚构铁路桥梁, 该桥的建成将对国内的铁路高墩大跨桥有重大意义, 同时也给高风压区、高烈度地震区以及年温差和昼夜温差变化均较大的山区铁路选线提供了较大的空间, 会使新建铁路缩短线路, 节省投资随着西部大开发、桥梁技术的快速发展, 越多的连续刚构桥将在高温差高寒地区出现, 由中铁二十一局承建的新疆铁路第一座连续刚构桥 (克其克苏布台特大桥) 为高温差高寒地区连续刚构桥合龙段施工积累了宝贵的技术经验和施工技术。

1 工法特点

(1) 采用悬灌梁轻型棱形挂篮体系, 具有结构自重轻, 拼装快, 施工简单等特点。

(2) 介绍了连续刚构桥梁段施工注意控制要点。

(3) 阐述了由于昼夜温差大、收缩徐变不均匀等引起的线形变化控制。

(4) 施工速度快、效率高、成本底。

(5) 施工简单容易操作。

(6) 0#段与墩身整体浇筑, 设计了特殊模板与支架, 将墩身和0#段混凝土同时浇注, 消除了墩身和0#段混凝土施工缝, 有效地加强了墩、梁薄弱连接带。

(7) 合理的施工时间, 遵循低温灌注原则, 使合龙误差满足规范要求。

2 施工原理

连续刚构桥箱梁按照悬臂灌筑法施工, 采用先T构后连续的施工方法, 即先按T构悬臂浇筑, 最后合拢成为连续刚构。

3 适用范围

本工法适用于所有高温差、高寒地区的铁路单、双线连续刚构桥梁段施工。

4 施工工艺流程及施工操作要点

4.1 施工工艺流程 (图1)

4.2 连续刚构梁段主要施工技术

4.2.1 0#、1#段施工工艺流程 (图2)

4.2.2 0#、1#段施工技术

目前, 连续刚构铁路桥0#梁段与墩身一般分开浇注, 即施工到墩顶时, 再在托架上立模浇注0#梁段, 如果这样施工, 墩身和0#梁段处混凝土将不可避免的产生施工缝, 而连续刚构的薄弱点 (应力控制点) 正处在0#梁段和墩身结合部位的两侧。另外, 墩身和0#梁段混凝土如分别施工, 施工间隔时间往往较长, 施工缝处上下两层混凝土龄期相差较大, 导至混凝土收缩、徐变率不一致, 容易导致砼产生质量问题。墩身顶部材料分界线 (位于梁底以下3m处) 以上墩身与0号梁段同时施工, 由于施工存在一定难度, 本施工方案改为材料分界线以上1.5m至3m段墩身才与0号梁段同时施工。为提高施工缝处的抗剪能力, 在施工缝 (梁底1.5m处) 另增设两排Ф16的Ⅱ级钢筋, 纵向间距20cm, 钢筋长1m, 插入砼0.5m。

当8、9、10号墩身剩余7m时, 需在墩身安装预埋件。

纵桥向:在距离墩顶中心标高5.25m (槽钢上缘) 处, 预埋4对1.2m长槽钢 ([24c) , 外露0.5m, 作为托架下横梁的支撑点;在距离墩顶中心标高2.32m (钢板上缘) 处, 预埋4组钢板, 且每组钢板后焊接两道5.7m长的Ф5cm的钢管, 钢管内穿Ф25mm的精轧螺纹钢筋, 使其与上横梁锚固在一起, 然后支立托架, 把上下横梁连接在一起, 经预压后, 作为0号梁段腹板和顶板的支撑。

横桥向:在距离墩顶中心标高4.08m、2.38m (钢板上缘) 处分别预埋4组钢板, 外侧焊接工字钢, 组成牛腿, 作为0号梁段腹板和顶板侧面的支撑。

在8、9、10号墩身剩余7m时, 在钢筋绑扎完毕后, 模板一次支立到位, 先浇筑5.5m高的砼, 待砼强度达到80%后, 拆除5m高的异型变截面模板, 留下2m高的直线模板。在此2m墩身模板下端提前预埋托架钢板预埋件, 将模板支撑在托架上, 以托架和已浇筑完的0.5m砼内的对拉拉杆, 作为上部砼的受力支撑。在此2m模板的上端继续支立0号梁段的侧面和底板模板, 钢筋和模板在绑扎支立完毕后, 将剩余的1.5m墩身砼与0号梁段底板砼整体浇筑。待0号梁段底板砼强度达到设计强度的80%后, 拆除墩身2m的模板。继续支立绑扎0号梁段底板以上的模板和钢筋, 浇筑砼, 砼强度达到设计要求后, 进行张拉、压浆。然后在托架上继续支立绑扎1号梁段的模板和钢筋, 进行下一轮的施工工序。

4.2.3 挂篮系统

(1) 挂篮简介。

挂篮采用菱形挂篮, 出厂前需先在厂家对主桁架进行试拼, 经设计、加工、使用三家单位联合验收, 合格后运至施工现场。验收时, 主要检查各构件加工精度, 焊缝是否合格, 拼装成型后各结构控制尺寸是否合格, 并对主桁架焊接件做探伤试验, 并对构件编号, 以便安装。挂篮出厂前除模板的内表面外 (模板内表面涂刷新鲜机油) , 所有加工件的侧面均需除锈, 喷涂两遍底漆, 干燥后再喷涂一层面漆。装车时按先拼的先装车, 后拼的后装车。这样卸车堆放时先拼装的杆件在最上面, 后拼装的杆件在下面, 避免二次倒运, 减少杆件变形。运输时必须垫平、垫实、固定牢靠, 防止运输途中发生变形。

菱形挂篮由菱形桁架、提吊系统, 走行和锚固系统、模板和张拉操作平台五大部分组成。

(2) 挂篮拼装:先拼装行走系统, 后拼主桁系统, 再拼装底模系统, 最后拼装外模和内模系统。

(3) 挂篮预压。

挂篮预压是为了消除加工安装的非弹性变形, 并测出弹性变化的大小, 为悬臂浇注施工控制底模标高提供依据, 同时另一方面也是对挂篮结构安全性的验证。

在1#梁段上拼装挂篮主桁架, 在地面拼装挂篮底模系统, 底模前后横梁通过4束钢绞线与水平主桁架垂直相连, 上端连接锚固采用预应力锚具, 下端连接采用预应力张拉千斤顶, 在千斤顶反向张拉作用下底模桁架离开地面, 给主桁架施加重量。预压重量120吨 (悬灌最大块重量的1.2倍+3吨的临时荷载) 。

(4) 挂篮前移、定位, 内外底模脱模、定位。

当悬臂浇注段浇注砼强度达到设计强度的85%, 龄期不小于7天, 及时张拉预应力顶板束和下弯束, 向管道中压注水泥浆, 切除多余的钢绞线, 脱掉内外模板等, 完成挂篮前移的准备工作。

用干硬性砂浆或楔形钢板垫铁找平顶面腹板位置砼表面, 并铺设钢枕, 在纵向水平主桁架的内侧旁边纵向排列10根钢管 (φ48, 每节长50cm) , 钢管轴线为横桥向, 间距50cm, 把轨道置于钢管上。人工纵向向前拖动轨道, 循环使用钢管, 轨道前移。

挂篮前移:全面检查外模系统、内模系统、底模系统, 看是否还有构件与砼固结而影响挂篮移动, 查看导链是否张紧。放样已施工块段最前端顶板, 底板的线路中线点。

挂篮、模板系统定位:外模与走行梁固结, 走行梁前端与水平前上横梁相连;内模与走行梁固结, 走行梁前端与水平前横梁相连;底模前横梁通过钢板吊带与前横梁相连, 后横梁与外模走行梁相连, 因此, 挂篮前移时底模、外模同时前移。

挂篮定位:根据施工的块段长度和中线偏转情况, 准确计算出两个前支座的位置。当前支座到达指定位置时桁架后锚点千斤顶供油, 固定后锚点。依据砼面上的中线点调整桁架中线, 再用辅助锚固设施前后左右固定挂篮。

4.2.4 2#～9#梁段施工 (图3、表1)

4.2.5 合龙施工

(1) 合龙工艺流程 (图4) 。

(2) 合龙段施工。

合拢段安排在一天内最低温度时浇筑, 并一次浇筑完毕, 按照先中跨合拢, 再边跨合拢的顺序施工, 设计中合龙温度考虑为10度, 若最低温度与设计值有冲突宜另择合龙时间与温度。

5 效益分析

本工法打破了新疆地区铁路悬灌施工“0”的突破, 为新疆铁路同类结构桥梁的建设积累技术资料, 形成了一套特殊气候条件下高墩大跨度连续刚构梁桥最优施工控制和相关检测的完整技术, 推动新疆铁路悬灌桥梁技术的发展, 促使新疆悬灌桥施工技术的日益成熟。随着克其克苏布台特大桥的成功修建, 铁路连续刚构桥这优秀桥型必然大规模进入新疆地区。据了解, 新疆地区即将动工的另一条新建铁路奎北铁路上又走来了三座连续刚构悬灌桥。我们积累的连续刚构铁路悬灌桥技术和施工经验必将有广阔的应用前景。

6 应用实例

精伊霍铁路克其克苏布台特大桥桥位位于新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州伊犁地区, 为跨越克其克苏布台深沟而设, 桥孔布置为 (1-24+6-32) m简支梁+一联 (48+2×80+48) m连续刚构+ (3-32) m简支梁。中心桩号为DK167+026, 桥梁全长584.51m (图5、图6) 。

梁部结构为48m+2×80m+48m连续刚构箱梁。梁体预应力体系采用纵、竖向预应力体系。

该桥由中铁二十一局集团 (有限) 公司承建, 克其克苏布台特大桥为精伊霍线跨越北天山的克其克苏布台U形沟壑上的高墩、大跨连续刚构特大桥, 是新建精伊霍铁路线上重点控制工程之一, 是目前我国高风压区、高烈度地震区以及年温差和昼夜温差变化均较大的高墩、大跨连续刚构铁路桥梁, 该桥的建成将对国内的铁路高墩大跨桥有重大意义, 同时也给高风压区、高烈度地震区以及年温差和昼夜温差变化均较大的山区铁路选线提供了较大的空间, 会使新建铁路缩短线路, 节省投资。

克其克苏布台特大桥按八度设防进行抗震设计, 设计荷载组合为主力+附加力, 是新疆目前唯一的一座铁路悬灌桥梁。本桥跨河而设, 位于高风压区, 主桥墩最高为67m, 箱梁最大高度为6.1m, 引桥为预应力混凝土简支梁, 主桥为三向预应力混凝土箱型变截面连续刚构, T构箱梁混凝土采用悬臂现浇法施工。主墩0#块长8m, 中跨每侧悬臂各分为9节段, 分段长度3.5m～4.0m, 边跨每侧悬臂各分为12节段, 分段长度1.5m～4.0m, 最大节段重975kN, 挂篮重600kN;两个边墩处长度为3.8m箱梁段用支架现浇施工。39m中跨首先合龙, 形成两个单臂体系, 最后合龙边孔, 完成三孔一联连续刚构。箱梁采用C50混凝土, 当普通梁段现浇段混凝土强度大于85%时施加预应力, 合龙段混凝土强度大于设计强度的90%时施加预应力。桥面铺装层设4.05cm厚C20混凝土垫层, 及3.73cm厚的C40纤维混凝土保护层。体系转换、张拉工艺复杂, 施工难度大、技术要求高。

摘要：预应力混凝土连续梁桥, 因为地形适应性强, 设计、施工技术成熟, 跨越能力大, 造价合理, 近年来被广泛采用。它具有结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平稳舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等特点。随着克其克苏布台特大桥的成功修建, 铁路连续刚构桥这优秀桥型必然大规模近入新疆地区.我们积累的技术和施工经验必将有广阔的应用前景。

关键词：高温差,连续刚构,梁段,工法