預應力混凝土梁拱組合橋梁頂推施工新工藝

1、.預應力混凝土梁拱組合橋梁頂推施工新工藝?橋梁?預應力混凝土梁拱組合橋梁頂推施工新工藝蘇國明,陳銘,續(xù)宗寶,孫愛田,蔣傳綿,牛德元(1.中鐵第五勘測設計院集團有限公司橋梁院,北京102600;2.中鐵六局鐵建公司,北京100036)摘要:為避免對鐵路運營的干擾,上跨既有鐵路大跨度橋梁常用的施工方法有轉體及頂推法.本橋采用預應力混凝土粱拱組合體系,系梁采用頂推法施工,系梁總長131m,分3段澆筑36.5m+86.1m+8.4m,中間段86.1m長為頂推梁段,兩側為原位現(xiàn)澆.設計項推最大跨度達38.5m,項推過程中需要設置前后鋼導梁,其長度分別為28m及17.0m,頂推距離為78.3m,頂推運行軌

2、跡為半徑2300m豎曲線,頂推重為52809kN.頂推的特點有臨時墩斜交布置,頂推軌跡為豎曲線,頂推過程中結構空間受力明顯.同時對頂推用臨時墩,鋼導梁,側向限位及拉錨器等也加以介紹.關鍵詞:梁拱組合橋;既有線;頂推法;施工中圖分類號:U445.462文獻標識碼:A文章編號:10042954(2009)l10056031概述北京市通州區(qū)通順路改建需上跨既有京承鐵路,與既有京承鐵路夾角為28.,橋位處規(guī)劃有首都機場鐵路和京承城際鐵路客運專線,呈平行等高布置,跨線橋橋下凈空應大于7.6m,以滿足客運專線凈高的要求.考慮以上因素,結合兩側線路線形及縱坡要求,所設計上跨橋主橋跨應大于128m,且主梁高度

3、不能高于2.8m.為避免對既有鐵路運營的干擾,跨線橋優(yōu)選橋型為采用轉體施工或頂推法的T構(包括斜拉橋)或拱橋,由于梁高的苛刻要求,僅拱橋方案適用于本橋.經比選,擬定的全橋孔跨布置為:1孔40m簡支箱梁+1孔l28m下承式簡支鋼管混凝土拱橋+1孔40m簡支箱梁,主跨位于R=2300m的豎曲線上.本橋采用梁拱組合結構,與一般體外系桿拱橋不同的是必須采用先梁后拱的施工方法,拱肋位于系梁中間,系梁頂推就位后拱肋的安裝架設對橋下鐵路運營均無干擾.系梁總長l31m,分3段澆筑36.5m+86.1m+8.4m,中間段86.1m長為頂推梁段,兩側為原位現(xiàn)澆,兩側梁段端部有端隔墻及拱腳,質量大,采用分3段的方式

4、減輕了頂推重力,方便施工(圖1).2頂推原理,參數(shù)及頂推系統(tǒng)收稿日期:20090625;修回日期:20090909作者簡介:蘇國明(1971一),男,高級工程師,1993年畢業(yè)于同濟大學,工學學士.56圖1頂推買景2.1頂推的基本原理頂推的基本原理是箱梁重力通過滑塊作用于支撐墩上,由墩身傳至承臺和樁基上,待箱梁主體施工完畢以后,通過千斤頂拽拉梁體內預埋鋼絞線,克服滑塊與滑道板之間的摩擦來達到梁體向前頂進.2.2頂推參數(shù)頂推重力:52809kN;頂推速度:6m/h;頂推距離:78.3m;理論頂推時間為:78.3/6=l3.05h:頂推動力儲備系數(shù):1.75(采用6臺2000kN千斤頂);頂推牽引

5、索拉力安全系數(shù):3.5(采用12根/束鋼絞線);頂推就位軸向誤差:±20mm;頂推滑塊安全儲備系數(shù):5.7(采用滑動支座滑塊).滑道安裝精度:頂面相對高差不大于1mm.2.3頂推系統(tǒng)的組成頂推系統(tǒng)主要由承重墩,滑道,橫向限位,鋼導梁,頂推牽引索及動力系統(tǒng)組成.(1)承重墩設計頂推最大跨度達38.5m,頂推過程中需要設置前后鋼導梁,其長度分別為28m及17.0m.頂推用承重墩包括永久墩及臨時墩,全橋共設置5個臨時支墩,考慮到地基承載力較低,均采用鉆孔灌注摩擦樁,樁徑1.2m.1,2號墩問設置4個臨時墩,間距為24,25,19.4,38.5,22m,臨時墩承臺距既有線為4.1m.(2)滑

6、道滑道的組成形式:墩頂預埋鋼板(后澆鐵盒子)上焊接3cm厚鋼板和3mm厚不銹鋼板,上部涂抹硅脂油和鋪設規(guī)格為40em×30am×2am聚四氟乙烯滑鐵道標準設計RAILWAYSTANDARDDESIGN2009(jj)蘇國明,陳銘,續(xù)宗寶,等一預應力混凝土梁拱組合橋梁頂推施工新工藝塊,其抗壓強度不低于30MPa,滑塊頂用塑料薄膜覆蓋嚴密.為保證箱梁縱向之間梁底的銜接,以及頂推過程中四氟乙烯滑塊能夠順利塞入,滑道鋼板縱向兩側做成斜面,坡面處填于硬沙(以利于拆模后能順利掏出),并保證柔性支撐比剛性支撐側高510mm,以保證梁底的平順.(3)橫向限位橫向限位裝置由連接鋼板和導向輪組

7、成,通過螺栓和臨時墩的基礎相連接.在頂推過程中,滾軸邊距離箱梁腹板邊2cm,軸心距離梁底40cm,因頂推必然存在不平衡受力,故梁體呈蛇形運動,此時限位空隙小,有利于及時糾偏.(4)前后鋼導梁后導梁長為17m,共分2節(jié),第1節(jié)段長10m,第2節(jié)段長7ITt,截面為工字形;前導梁長28m,共分3節(jié),第1,2節(jié)段長10m,第3節(jié)段長8m,截面為箱形.前后導梁在箱梁中腹板處有預埋段,前導梁預埋段長度為3m,其中埋進混凝土內2.5in,后導梁預埋段長度1.52m,埋人混凝土1.02m.導梁底面與混凝土梁通州頂推方向_一l7mRnn滑滑?橋梁?體齊平,并形成R=2300m的弧形,以滿足頂推運行軌跡.導梁預

8、埋段與第一節(jié)段之間采用+32mm精軋螺紋鋼連接,并設300kN的初拉力.(5)牽引動力系統(tǒng)本工程選用QDCL2000連續(xù)頂推系統(tǒng),全套系統(tǒng)包括:6臺QDCL2000連續(xù)頂推千斤頂,3臺4YBZ190頂推泵站,1臺QK一8主控臺及聯(lián)接系統(tǒng)的高壓油管,控制電纜,設備至電源的電源電纜.QDCL2000連續(xù)頂推千斤頂根據頂推施工設計的反力墩布置,4YBZ190泵站布置在距離兩側千斤頂?shù)闹虚g即可.隨著施工進度的推進,QDCL2000頂及4YBZ190泵站需要重新安裝倒頂.(6)牽引索箱梁內埋設有18個鋸齒塊,通過不同的頂推工況,將牽引索布置在不同的齒塊上.每束由l2根強度等級為1860MPa,4)15.

9、2mm鋼絞線組成.牽引索穿過QDCL2000型連續(xù)頂推千斤頂.牽引索的另一端順著梁體底板穿入千斤頂內.頂推總體布置如圖2所示.'Rn0I1566Ut"j罐lIl甘口口.U21862o4o1t240O2500193838502208i0號臺a1551號墩臨4Iti3臨2臨12號墩3號臺圖2頂推總體布置(單位:cm)3頂推過程3.1頂推施工準備在試頂前拆除底模和側模排架及模板,清理滑道,保證滑塊與滑板之問的清潔,安裝前后鋼導梁,安裝橫向限位,各墩之問串聯(lián).3.2試頂首先進行動力系統(tǒng)調試,各頂之間均有良好的同步性,油泵不漏油;牽引鋼絞線下料長度,應考慮每次主梁的牽引長度及臨時支墩問

10、的長度,同時考慮千斤頂工作長度,固定端工作長度和張拉端預留長度及鋼絞線跨線垂度等;牽引索預緊,先用人工手拉鋼絞線弧度基本一致,再用頂推千斤頂進行整體預緊(只要達鐵道標準設計RAILWAYSTANDARDDESIGN2009(Jj)到各頂壓力一致即可),預緊應采取對稱進行的方式,并應重復數(shù)次,以保證各根鋼絞線受力均勻.打開主控臺及泵站電源,啟動泵站,用主控臺控制6臺千斤頂同時施力試頂.試頂時,記錄試頂時間和速度,根據實測結果與計算結果比對調整速度,即應做好3項重要數(shù)據的測試工作;(1)每分鐘前進速度,應將頂推速度控制在設計要求內;(2)控制采取點動方式操作,測量組應測量每點動一次前進距離的數(shù)據,

11、以供頂推初步到位后,進行精確定位提供操作依據;試頂過程中,應檢查橋體結構是否平衡穩(wěn)定,有無故障,關鍵受力部位是否產生裂紋;如有異常情況,則應停止試頂,查明原因并采取相應措施整改后方可繼續(xù)試頂;(3)記錄梁體啟動時頂力的大小,從而了解四氟板與57?橋梁?蘇國明,陳銘,續(xù)宗寶,等一預應力混凝土梁拱組合橋梁頂推施工新工藝不銹鋼板之間的摩擦系數(shù).3.3正式頂推首先選擇手動模式,逐一將QDCL2000頂前后主頂?shù)幕钊氐叫谐涕_關SQ1,SQ4位置后開始手動頂推.主控臺操作人員按下"前頂進"按鈕,油泵操作人員調整溢流閥的工作限壓,在30%,50%,70%,80%,85%,90%,95%

12、,100%最大經驗牽引力狀態(tài)下,檢查各受力結構變形情況,如有異常立即報告.檢查油泵,頂推頂,前后夾持器,前后監(jiān)控器,壓力表,鋼絞線是否異常.手動操作QDCL2000頂推系統(tǒng)牽引主梁滑移啟動后,轉換至自動運行模式,進行主梁的自動連續(xù)頂推.當頂推開始后,工人將從滑道前端吐出的四氟滑板,拿到滑道后端重新喂入,必須保證相鄰兩塊四氟板問無間隙.自動頂推過程中,應注意記錄過程中的油壓最大,最小值.頂推過程中必須保證6臺千斤頂同時作業(yè).3.4同步頂推的實現(xiàn)及線形控制在頂推過程中雖然不能保證摩擦力達到一致,但可通過保證頂推力的一致來減小結構偏轉的不利情況的發(fā)生.由于調速閥具有自動穩(wěn)定輸出流量不受負載變化影響的

13、功能,因此設備調試時只需通過調整各臺泵站的調速閥來調整進入千斤頂?shù)牧髁?從而達到調整各頂運動速度一致的目的,同時通過同步調整各泵站溢流閥來實現(xiàn)輸出油壓的同步加載.自動連續(xù)頂推過程中對主梁的軸線進行觀測,如果發(fā)現(xiàn)主梁軸線偏離設計軸線,應擰動導向設施的絲杠,在頂推過程中進行糾偏.3.5頂推就位頂推中線的控制采用橫向糾偏裝置來進行左右調整;頂推里程的控制采用點動的方式,并配合經緯儀進行控制,就位后允許其中線偏差不大于2am;頂推就位后采用臨時支墩支護箱梁,保證結構的穩(wěn)定性.4頂推過程理論分析施工頂推過程采用MIDAS程序進行分析,計算,頂推步長為lIll,前,后導梁截面采用變截面形式模擬.導梁截面形

14、式均為工字形,根部梁高2.7in,翼緣寬度1.0m,腹板厚度40mm,上翼緣厚度60mm,下翼緣厚度70mm;導梁截面至最前端變至1.51TI高,腹板厚度20mm,上下翼緣厚度均為20mm.導梁根部截面與主梁截面剛度比值為1/6.72.4.1各種荷載作用下的最大支座反力(表1)表1施工階段各臨時支撐點反力kN支撐點2號墩臨1l臨2臨3l陸41號墩I臨50號臺rainl02.5403.825.82938.7529.9253.966.0l71.4maxl257.1l8743.920057.712978.7l5052.2l3221.212672.86613.04.2施工階段主縱梁應力(圖3.圖4)=

15、05152535455565758595105頂推位置,m圖3系梁上緣應力項推位置/m圖4系梁下緣應力由圖3,圖4可知,頂推過程中混凝土梁體上緣最大,最小應力分別為9.14,2.35MPa;下緣最大,最小應力分別為l1.4,0.9MPa.均為壓應力,滿足要求.4.3施工階段位移頂推過程中導梁前端最大位移47.6mm,最小位移一55.1mm;頂推梁段前端最小位移一36.6mm.5結論該橋主橋采用單拱肋形式,拱肋設于中間,很好地解決了橋面布置及梁體線形美觀的問題;同類型橋梁跨度最大為120In,在跨鐵路橋梁中此類橋型尚屬國內首創(chuàng);施工過程中頂推梁段位于半徑2300m的豎曲線上,這在小半徑斜交頂推中也是一個創(chuàng)新;系梁采用頂推法施工,頂推距離為78.3m,頂推運行軌跡為2300m豎曲線,頂推重力為52809kN,頂推直接就位,不需要落梁,方便了施工;臨時墩受鐵路限制采用斜交布置,頂推過程中導梁不同時上墩,結構空間受力明顯;采用梁體內設混凝土齒塊,而不采用拉錨器形式,構造簡單并更加穩(wěn)妥.參考文獻:1郭豐哲,蘇國明.鐵路雙線鋼管混凝土拱梁組合體系橋梁設計j.鐵道標準設計,2008(9).2楊遵儉,左宜軍.長塘埠湘江大橋頂推梁施工新工藝J.中外公路,2002(10)