自平衡復(fù)位大跨徑懸澆連續(xù)箱梁施工方案研討

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

常德安鄉(xiāng)石龜山大橋全長(zhǎng)2 022 m，主航道跨徑為(85+150+150+85)m的預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，如圖1所示，采用掛籃懸澆施工工藝，合龍前，支座橫橋向兩側(cè)通過臨時(shí)固結(jié)將箱梁與墩身剛性連接。箱梁為單箱單室直腹板結(jié)構(gòu)，頂板寬12.5 m，底板寬7 m，順橋向呈二次拋物線變化，0號(hào)塊梁高9 m，跨中梁高3.5 m。邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)9 m，合龍段長(zhǎng)2 m，32#墩兩側(cè)設(shè)1.5%橋面縱坡。主墩31#、32#、33#墩墩身高度分別為22.66、25.27 、16.11 m，其中主墩為40 000 kN 球型支座，分固定(GD)、單向(DX)和雙向(SX)3種型號(hào)，邊墩為4 000 kN球型支座，如圖2所示。

圖1 橋型布置示意圖(單位： cm)

圖2 支座平面布置示意圖(單位：cm)

1.2 懸澆步驟

懸澆步驟為：① 支架澆筑0、1號(hào)梁段；② 掛籃懸澆2～22號(hào)梁段；③ 支架澆筑邊跨現(xiàn)澆段；④ 兩邊跨合龍，拆除邊跨的支架；⑤ 中跨合龍。

2 滑移狀況

33#墩T構(gòu)在完成步驟④后，中跨等待合龍，工作人員在進(jìn)行墩頂與防震擋塊底之間鋪墊的細(xì)砂清理工作將結(jié)束時(shí)，33#墩箱梁(見圖1陰影部分，自重為7 099 t)突然整體往32#墩方向滑移，90s左右后自停。檢查情況如下：箱梁整體縱向滑移370 mm，橫向無變化； 33#墩40 000DX、40 000 SX支座上、下平面水平，球冠未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，支座鋼件外觀未出現(xiàn)傷痕，40 000SX支座耐磨板局部外露，外露面積5%并產(chǎn)生波浪型皺褶，支座縱向水平滑移量為370 mm； 34#墩4 000DX、4 000SX支座下平面水平，上平面在順橋向發(fā)生輕微傾斜，轉(zhuǎn)角小于0.02 rad，支座鋼件外觀未出現(xiàn)嚴(yán)重傷痕現(xiàn)象，支座縱向水平滑移370 mm，球冠內(nèi)嵌入的耐磨板局部外露，外露面積14.8%。

3 原因分析

懸澆連續(xù)箱梁目前最大跨徑為150 m，體系轉(zhuǎn)換時(shí)需拆除臨時(shí)固結(jié)釋放內(nèi)力使箱梁在無應(yīng)力狀態(tài)下合龍，支座處由固定變?yōu)榛瑒?dòng)。由于支座平整度、墩身豎直度以及縱坡的影響，箱梁有可能發(fā)生滑移，但本項(xiàng)目中箱梁往上坡方向滑移的情況比較少見，經(jīng)多次專家論證后，原因仍有爭(zhēng)議。因此本文不作分析，重點(diǎn)對(duì)如何復(fù)位進(jìn)行研討。

4 復(fù)位方案

4.1 方案比選

方案1合龍口頂推復(fù)位(見圖3①)：32#墩臨時(shí)固結(jié)未解除，箱梁與墩身仍是一整體，能夠承受一定的水平推力，可利用其合龍位置作背墻安裝千斤頂,將33#墩滑移的箱梁頂推復(fù)位。

圖3 方案比選示意圖

方案2自平衡頂推復(fù)位(見圖3②)：主墩墩身與支座墊石為一整體，箱梁與底板防震擋塊為一整體(見圖4)，兩者通過支座相連；而支座墊石與防震擋塊又有部分面積在同一橫截面上，因此可利用結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在墩頂設(shè)置反力架，反力架內(nèi)安裝水平千斤頂，將力在支座墊石與防震擋塊間傳遞，達(dá)到自平衡復(fù)位。

圖4 墩身、支座、擋塊、箱梁立面圖

方案1中千斤頂?shù)姆戳⒔o32#墩T構(gòu)增加水平外力，已經(jīng)滑移的33#墩又自身內(nèi)力不明，如果再利用千斤頂在合龍口將滑移的箱梁整體頂推復(fù)位，結(jié)構(gòu)安全一時(shí)無法論證。

方案2是利用結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，通過一定的施工裝置將力在防震擋塊與支座墊石之間互相傳遞抵消，對(duì)整體結(jié)構(gòu)不會(huì)造成次生災(zāi)害[1]。因此，自平衡頂推復(fù)位是安全可靠的首選方案，但支座墊石和擋塊能否承受復(fù)位的頂推力需計(jì)算確定。

4.2 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

采用方案2時(shí)，千斤頂水平力分別作用在上、下相對(duì)獨(dú)立的支座墊石和防震擋塊的橫斷面[2]。防震擋塊橫斷面(70 cm×50 cm)是支座墊石橫斷面(39 cm×240 cm)的37.4%，因此，僅對(duì)防震擋塊進(jìn)行受力計(jì)算。

4.2.1材料和計(jì)算荷載

防震檔塊的材料為C55普通鋼筋混凝土。計(jì)算荷載：本橋支座靜摩擦系數(shù)為0.02，滿足規(guī)范≤0.03的要求，但考慮到支座滑移已超過設(shè)計(jì)位移量，擬定復(fù)位所要克服的水平靜摩擦力系數(shù)無法確定，暫按0.1取值，即在距梁底40 cm處單個(gè)擋塊上施加3 500 kN的頂推力。

4.2.2計(jì)算方法及工具

利用橋梁博士截面驗(yàn)算工具對(duì)懸臂梁和牛腿2種計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)算。

4.2.3擋塊驗(yàn)算

1) 將擋塊簡(jiǎn)化為懸臂梁驗(yàn)算。

(1) 配筋信息及荷載。

擋塊配筋為頂、底各配 5 根 25 mm 的鋼筋(見圖5)。頂推時(shí)認(rèn)為頂推力均勻分布于頂推面，單個(gè)擋塊頂推力為 3 500 kN，則擋塊根部的彎矩為1 400 kN·m。

圖5 擋塊配筋圖(單位： cm)

(2) 抗彎承載力驗(yàn)算。

計(jì)算信息: 截面為普通鋼筋混凝土;受力性質(zhì)為下拉受彎。計(jì)算結(jié)果見表1、表2。

表1 承載能力極限狀態(tài)荷載組合I內(nèi)力軸力/kN剪力/kN彎矩/(kN·m)最大軸力0.00.01 400最小軸力0.00.01 400最大剪力0.00.01 400最小剪力0.00.01 400最大彎矩0.00.01 680最小彎矩0.00.01 400

表2 承載能力極限狀態(tài)荷載組合I強(qiáng)度驗(yàn)算 內(nèi)力Nj/kNQj/kNMj/(kN·m)Mr/ (kN·m)Ag/m2Agmin/m2最大軸力0.00.01 4001 7802 0600.000 47最小軸力0.00.01 4001 7802 0600.000 47最大彎矩0.00.01 6801 7802 0600.000 47最小彎矩0.00.01 4001 7802 0600.000 47其他滿足不滿足

(3) 抗剪承載力驗(yàn)算。

通過計(jì)算得Vcs=2 500 kN,小于3 500 kN，抗剪承載力不滿足要求。

(4) 局部受壓驗(yàn)算。

通過計(jì)算，局部受壓驗(yàn)算結(jié)果為9 135 kN,大于3 500 kN，局部受壓截面驗(yàn)算滿足要求。

2) 將擋塊按照牛腿受力驗(yàn)算，如圖6所示。按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中牛腿計(jì)算如下:

圖6 牛腿示意圖(單位： mm)

(1) 頂面受拉鋼筋驗(yàn)算。

牛腿總截面面積，應(yīng)符合下列規(guī)定：

通過計(jì)算得As=2 170 mm2，5根25 mm 鋼筋面積為 2 453 mm2，鋼筋滿足受力要求。

(2) 牛腿裂縫控制計(jì)算。

牛腿的裂縫控制要求：

通過計(jì)算得Fvk=3 781 kN,大于3 500 kN，滿足規(guī)范要求。

(3) 局部受壓驗(yàn)算。

規(guī)范要求： 豎向力Fvk< 0.75fc。

通過計(jì)算得Fvk=11.7 MPa,小于0.75×25.3 MPa=18.98 MPa，滿足規(guī)范要求。

擋塊尺寸為70 cm×50 cm×240 cm，尺寸不嚴(yán)格符合梁?jiǎn)卧芰μ匦?，又與牛腿受力有一定區(qū)別。依據(jù)驗(yàn)算結(jié)果，將擋塊按照懸臂梁計(jì)算時(shí)，抗彎承載力滿足要求，抗剪承載力不滿足要求；將擋塊按照牛腿計(jì)算時(shí)，抗彎承載力、抗剪承載力、局部受壓均滿足規(guī)范要求?？紤]計(jì)算荷載的取值是按照最不利組合取的最大值，加壓過程又是逐步遞增可控的，因此可試頂確定。

4.3 方案實(shí)施

自平衡頂推復(fù)位方案的工藝流程為：準(zhǔn)備工作→反力架拼裝→安裝千斤頂→安裝油泵→頂推→復(fù)位固定。

準(zhǔn)備工作：在墩身、頂周邊搭設(shè)操作平臺(tái)，將邊墩支座受損的耐磨板更換，主墩支座外露部分耐磨板切除，待合龍后再行更換，同時(shí)做好材料、設(shè)備、人員、反力架設(shè)計(jì)、縱橫向限位、測(cè)量等準(zhǔn)備工作。

反力架拼裝：將下好料的型鋼吊入墩頂并焊接形成反力架，如圖7、圖8所示。

安裝千斤頂： 33#墩安裝2臺(tái)450 t液壓千斤頂，如圖7、圖8所示，34#墩安裝2臺(tái)25 t穿心式千斤頂。

圖7 自平衡復(fù)位平面示意圖

安裝油泵：主墩和邊墩分別采用1臺(tái)安裝在橋面上的油泵通過三通分配閥控制梁底2臺(tái)千斤頂同步均衡頂推，同時(shí)采用人工鋼尺測(cè)量輔助來確保左、右幅同步。

頂推：頂推按頂推力每2個(gè)百分點(diǎn)分級(jí)，距離按每20 mm分級(jí)，每級(jí)均觀測(cè)墩身豎直度、梁頂標(biāo)高和軸線。為防止箱梁在千斤頂更換行程過程中再次往32#墩方向滑動(dòng)，采取I36b和雙拼[16對(duì)中跨合龍段剛性連接進(jìn)行豎向和橫向聯(lián)系，使合龍段剛性連接形成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)。

復(fù)位固定:頂推到位后，鎖定 32#-33#墩合龍段剛性連接，千斤頂卸壓，拆除反力架，箱梁復(fù)位完成。監(jiān)測(cè)顯示墩身垂直度最大變化為4 mm、最大應(yīng)變?yōu)?、最大應(yīng)力值為0.107 MPa。

圖8 自平衡復(fù)位側(cè)面示意圖

5 結(jié)語

該箱梁復(fù)位前，存在箱梁滑移原因不明，水平滑動(dòng)力未知，部分支座耐磨板受損程度不明等諸多因素，造成方案制定初期按梁重的10%考慮復(fù)位頂推力，實(shí)際頂推力僅為梁重的1%左右，與支座自身的靜摩擦系數(shù)基本相符，本文得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:

1) 合龍前的箱梁體系轉(zhuǎn)換必將造成內(nèi)力釋放，因此應(yīng)考慮拆除臨時(shí)固結(jié)時(shí)，在支座位置設(shè)置保險(xiǎn)裝置，以防止箱梁滑移。

2) 連續(xù)梁施工關(guān)鍵在體系轉(zhuǎn)換，中跨合龍時(shí)，解除臨時(shí)固結(jié)和安裝合龍段勁性骨架宜同時(shí)進(jìn)行。

3) 采用自平衡頂推復(fù)位方法對(duì)墩身不會(huì)產(chǎn)生水平推力，對(duì)結(jié)構(gòu)不會(huì)造成次生災(zāi)害，能夠確保橋梁的結(jié)構(gòu)安全。

4) 復(fù)位頂推力可依據(jù)安裝的支座靜摩擦系數(shù)取值。