武漢大道跨鐵路橋下橫梁塔梁混凝土施工關鍵技術

陳開橋　余紹賓　王吉連　毛偉琦

【摘要】本文結合武漢大道跨鐵路橋工程下橫梁塔梁混凝土澆筑方案，通過設計計算，較好地解決了主塔塔梁混凝土二次澆筑施工中存在的問題，對類似橫梁施工具有一定的借鑒和參考意義。

【關鍵詞】斜拉橋；塔梁；施工方案；二次澆筑及張拉；支架設計；關鍵技術お

Wuhan Road railway bridge beams across the beam concrete tower key technologies

Chen Kai—qiao1，She Shao—bin2，Wang Ji—lian1，Mao Wei—qi1

（1.Seventh Railway Bridge Bureau Group Co.， LtdWuhanHubei430050；

2.MBEC Construction Design DivisionWuhanHubei430050）

【Abstract】In this paper， cross the railway bridge in Wuhan Avenue beams under the concrete pouring tower beam program， through the design and calculation， solved the main Tata second pouring of concrete beam construction problems， construction of a similar beams with a certain sense of reference and reference .

【Key words】Cable—stayed bridge；Tower beam；Construction program；Secondary placement and tension；Stent design；Key technologyお

1. 工程概況

（1）武漢大道是武漢市漢口地區南北向重要的城市快速路，是聯系城市一環線、二環線、三環線的放射線和快速出城通道；跨鐵路橋為主跨138m，邊跨（81+41）m的獨塔雙索面預應力混凝土箱梁斜拉橋，上跨金橋大道及京廣、合武等12股道鐵路線，是武漢大道的控制性工程。主塔順橋向為柱式結構，橫橋向為“A”型，傾角4.384：1，鋼筋混凝土結構，塔高為101.7m，橋面寬由39.0m線性變寬至49.899m，主梁右幅截面不變，左幅截面高度線性變化，兩個邊箱寬度不變，橫向尺寸通過調整橫梁的跨度加以實現。

圖1武漢大道跨鐵路橋橋式布置圖

圖2橫梁斷面及預應力鋼束布置

（2）下橫梁及塔梁固結段為預應力混凝土結構，雙層箱型截面，橫跨金橋大道節段長42m，寬21m，在金橋大道現狀道路上空約15m，梁高6.80m，箱梁設雙向1.5%橫坡，混凝土方量為2303m3，橫梁設54束縱向預應力鋼束。橫梁斷面及預應力鋼束布置如圖2所示。

2. 橫梁及塔梁固結段施工方案

（1）跨鐵路橋工程主塔下橫梁及塔梁固結段設計要求采用一次澆筑一次張拉工藝，采用支架法現澆施工。橫梁箱室達16個，為便于施工及質量控制，確定采用兩次澆筑及兩次張拉工藝，第一次澆筑高度3.8m，第二次澆筑高度3.0m。第二次澆筑混凝土前，按照計算控制要求對第一次澆筑部分施加部分預應力鋼束，第二次澆筑的混凝土荷載由已成橫梁承擔一部分荷載，在下橫梁支架結構設計中應綜合考慮二次澆筑的影響。

圖4預應力束布置示意圖

圖5第一次砼澆筑，張拉預應力后，支架反力

（2）下橫梁混凝土方量大，第一期張拉的預應力的位置及量值合理選擇非常關鍵。在分層澆筑的過程中，為避免在第2層砼荷載作用下已成型結構兩端上緣及跨中下緣出現過大拉應力或支架反力增量過大，在第1次混凝土澆注完成并達到強度后張拉一定數量的底板或腹板鋼束，全截面形成后補拉一期鋼束和將剩余的鋼束張拉至設計噸位。考慮下橫梁是跨中截面承受正彎矩，兩端截面承受負彎矩的結構，在另外一半梁高截面還沒形成時，張拉底板束能有效地增加截面下緣壓應力儲備，同時第1期張拉的預應力束也不宜過多，這樣會有效減少兩端截面上緣壓應力的貯備。

橫梁澆筑分段示意圖如圖3所示。

圖3橫梁澆筑分段示意圖

表1各種型號桿件內力值統計

桿件型號 2N1 4N1 2N3 4N3 2N4 4N4 2N5 4H3 4H6 4H7

容許內力（t） —72.5 —148 —34.3 —68.7 29.5 60.8 15.2 91.5 —144 —116

最大內力（t） —42.1 —112 —25.4 —64.5 21 46.7 14.5 —83.4 —131 —111

圖7下橫梁支架布置圖

圖6第二次砼澆筑時支架承受反力

3. 設計計算

3.1橫梁自重荷載分布。

橫梁混凝土自重荷載考慮取1.15的擴大系數（含施工荷載、模板自重等）。

3.2橫梁預應力束分布。

橫梁預應力束從下到上分N1至N8八種，N1至N6為底板束，N7、N8為頂板束。下橫梁截面兩次成型，預應力分次張拉，第一期張拉N1～N2按設計控制噸位（設計控制應力0.72FPk），有效噸位3562t。全截面形成后補拉一期鋼束和將剩余鋼束張拉至設計噸位。預應力束布置示意圖如圖4所示：

3.3橫梁第一次混凝土澆筑及張拉計算分析。

橫梁計算采用midas建模計算。第一次砼澆筑，張拉預應力后，支架反力如圖5所示：

根據圖5可知第一次澆筑完畢，張拉預應力后，支架上總荷載為2499t。

3.4橫梁第二次混凝土澆筑及張拉計算分析。

第二次砼澆筑時支架承受反力如圖6所示：

根據圖6可知第二次澆筑時，支架上總荷載為5069t。兩次澆筑混凝土總方量為2303m3，混凝土重量共計2303*1.15*2.65=7018t。由以上計算可知，第一次澆筑完畢后，進行部分預應力張拉，支架承受混凝土荷載僅為總荷載的5069/7018=72%。

因此在第一次澆筑完畢后，張拉部分預應力，有效的增加了下橫梁截面巖應力儲備，從而減小下橫梁支架的反力，對施工結構和主體結構均產生有利的影響。

4. 下橫梁支架設計

（1）主塔結構為塔、梁固結體系，其順橋向承受橋面及斜索傳遞的巨大軸力、剪力、彎矩以及不對稱荷載產生的扭轉，橫橋向承受立柱產生的拉力及自身彎矩。施工地段跨越多條鐵路既有線，管線復雜，對于下橫梁施工構成極大的阻礙。綜合考慮，下橫梁支架采用萬能桿件以及鋼管樁組合拼裝而成。采用拼裝的萬能桿件既能滿足承載力的要求，同時也很好緩解施工場地局限帶來的矛盾。下橫梁支架布置圖如圖7：

圖8模型圖及桿件最大內力表

圖9萬能桿件的撓度變形圖

圖10鋼管樁承載力

利用midas建立萬能桿件支架模型，考慮二次澆注工況，支架所受荷載最大。模型圖及桿件最大內力表如圖8所示：

各種型號桿件內力值統計見表1。

經過計算得到，萬能桿件各個桿件軸力滿足設計要求。由程序計算萬能桿件的撓度變形，如圖9所示：

由圖9中得知：桿件最大變形為8.1mm14000/400=35mm，滿足要求。

下橫梁支架跨中處采用鋼管樁立柱承載，下橫梁鋼管樁（截面為630×8mm）采用Q235B鋼，設計抗拉、抗壓強度容許值：[σ]=170MPa。桿件由受壓控制。經過程序計算，鋼管樁承載力如圖10所示：

（2）根據《鋼結構設計規范》可知，軸向受壓桿件需進行強度驗算、穩定驗算和剛度驗算。鋼管柱最大軸力為：N=920KN， 穩定計算長度 。經過計算截面穩定壓應力61.3MPa，滿足設計要求。

沉樁時L0=6.359m，以控制樁尖設計標高為主。當樁尖已達設計標高，而貫入度仍較大時，應繼續錘擊，使貫入度接近控制貫入度，即以最后十擊每擊的貫入深度不超過5mm進行控制。貫入度已達控制貫入度，而樁端標高仍未達到設計標高時，應繼續錘擊100mm左右（或錘擊30～50擊）。樁打入時應設置必要的定位裝置，確保樁的傾斜度及平面位置在施工規范允許范圍內。鋼管柱的接高和連續系的焊接應滿足鋼結構加工規范的要求。支架處有既有車道和人通行，環境復雜，因此鷹架施工時必須做好交通疏導，同時上部結構物施工時要做好全封閉施工，以防墜落物扎傷車輛和行人。

5. 結束語

通過對澆筑方案研究，經設計計算，解決了主塔塔梁混凝土二次澆筑施工中存在的問題及二次澆筑荷載對支架的影響，得出在此類工程中比較經濟合理的方案，經濟效益明顯，值得同類工程借鑒。

參考規范

[1]《鋼結構設計規范》（GB50017—2003）.

[2]《混凝土結構設計規范》（GB50010—2002）.

[3]《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2002）.

[4]《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》（黃紹金主編）人民交通出版社，2002.3

參考文獻

[1]陳善光·橋梁工程預應力施工管理探討[J]·現代企業文化，2009，27.

[2]陶駿·預應力混凝土橋梁施工質量探討[J]·硅谷，2009，（2）.

[3]葛霖新、徐增鵬、張海林·預應力施工工藝在橋梁施工中的應用[J]·中國新技術新產品，2009，NO.8.