姚君芳

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 方案概述

悬臂浇筑施工是预应力混凝土连续箱梁施工中一种比较常用的方法。连续梁桥主梁0号段由于结构受力复杂，梁段高、节段长、混凝土数量大、各向预应力管道密集交错，给施工带来较大的困难。主梁0号段采用的施工方法一般为落地支架法或墩旁托架法。已有许多学者进行了相关研究，文献[1]介绍了落地支架法施工控制工艺；文献[2]主要介绍牛腿托架施工方案及托架安装技术。但是，这两种方法施工周期均较长。因此，在工期特别紧张的情况下，对0号段施工方法进行改进很有必要。

新建北京至张家口铁路工程延庆下行联络线特大桥跨越北京市延庆区八达岭镇大浮坨村烽火台，跨度为(40+64+40) m。原设计为悬臂浇筑施工，0号段采用落地支架法。截面类型为单箱单室、变高度、变截面箱梁。挡砟墙内侧净宽4.50 m， 桥梁宽7.10 m，桥梁建筑总宽7.45 m。梁全长为145.50 m，计算跨度为(40+64+40) m，中支点处截面最低点处梁高5.00 m，跨中2 m直线段及边跨9.75 m直线段截面最低点处梁高为2.70 m，梁底下缘按二次抛物线变化。

0号段长8 m，支座加宽处梁底宽5 m，其余梁底宽4 m。0号段总体积为103.71 m3，总质量为269.65 t。原计划工期为2018年9月20日～11月30日。因施工所在地入冬早，0号块必须在保证施工质量的前提下提前完成。

大吨位槽型梁跨越既有铁路线吊装[3-4]、跨既有铁路钢盖梁吊装施工[5]均有实际工程案例，但常规吊装混凝土质量均小于200 t。对于本项目如此大型的0号段预制后吊装，尚无实际的工程案例。

图1 (40+64+40) m 连续梁1/2立面(单位：mm)

2 0号段吊装方案介绍

施工工法由“落地支架法”方案变更为“桥下地面浇筑与吊装”方案，需要解决如下几个问题：①吊装后如何对梁体进行定位和位置调整；②吊装结构如何实现临时固结；③大吨位吊装点位的设计及受力计算。

图2 0号段吊装方案示意(单位：mm)

0号段吊装方案如图2，在梁底预埋4块300 mm(顺桥向)×760 mm(横桥向)钢板，墩顶设置4个600 mm(顺桥向)×800 mm(横桥向)先浇临时垫块(先浇临时垫块用于0号段吊装后的支撑与精确调位)。在0号段梁底两侧预埋双20b工字钢B，共预埋4处，作为调整梁体顺桥向位置的反力点。在桥墩顶帽两侧预埋双20b工字钢A，共预埋两处，作为0号段左右调整位置的反力点。0号段在桥墩下预制，0号段底板预留4个1 100 mm(横桥向)×600 mm(顺桥向)的长方形孔，该处作为临时固结措施的预留孔。临时固结采用3根一束φ20 mm螺纹钢N1。梁体吊装就位后，预留孔处混凝土与后浇混凝土锚块共同浇筑。

先浇临时垫块顶距离设计梁底面15 mm，其上铺设一层10 mm厚MGE滑板。待梁体临时就位后，调整梁体纵横向位置达到设计要求后，采用千斤顶竖向顶起5 mm，使梁体到达至设计高程，灌注支座灌浆料。待灌浆料达到设计强度时，在垫块及梁底之间采用钢楔块顶紧，卸载千斤顶，再浇筑后浇混凝土锚固块。当后浇锚固块混凝土达到设计要求后(强度及弹性模量达到100%，并且张拉龄期不小于10 d)，可取掉梁底及垫块间的钢楔块。

先浇垫块为0号预制节段的临时支撑结构，也是该节段横桥向及顺桥向水平位置调整的滑动装置，必须保证其顶面的密实度及平整度，应使4个先浇垫块顶面在同一水平面内，任意两点间竖向高差不大于1 mm。预制时，需要注意0号段梁体纵坡的影响，并严格控制梁底预埋钢板底面位于同一水平面内，且任意两点间竖向高差不大于1 mm。先浇临时垫块采用C50混凝土，后浇混凝土锚块需采用补偿收缩混凝土。垫石尺寸为：1 710 mm(顺桥向)×2 200 mm(横桥向)。

为保证梁体吊装安全，需在顶板底设置4个加厚锚块。梁体与吊具的接触面均需磨光顶紧。采用φ32 mm精轧螺纹钢筋固定吊具与梁顶板。由于原设计T1钢束的预应力孔道并未在0号段施工时张拉，造成吊具接触面上方有空的预应力管道。为了保证起吊时吊具接触面上方混凝土没有空隙，决定将原设计预应力钢束T0与T1位置对换，及时张拉钢束并压浆。

图3 中支点处预应力钢筋布置(单位：mm)

3 主要施工步骤

(1)墩顶预埋先浇临时垫块及后浇混凝土锚块钢筋。墩身施工完成后，支模浇筑垫石混凝土。根据支座的锚栓孔预留锚栓孔位置，预留孔直径应大于锚栓直径5 cm。支座灌浆前，需复测垫石高程，凿毛垫石顶面支座位置和锚栓孔壁混凝土，清除预留锚栓孔的杂物，并将凿毛的垫石表面润湿。

(2)在主墩附近桥下地面浇筑0号段，梁底预留后浇混凝土锚块预留孔。混凝土达到设计要求后，张拉预应力束并压浆。

(3)安装吊座，安装位置梁面打磨平整，确保吊座与梁面整体密贴。

图4 0号段吊点构造(单位：mm)

(4)0号段吊装前，主墩四周使用盘扣架搭设0号段吊装就位时人员的作业平台。

(5)墩顶先浇临时垫块施工。临时垫块顶面高程须严格控制，垫块顶部混凝土需认真收面，使用60 cm长的刮杠将顶面整体刮平，每个垫块顶面四角和中心的高差、4个临时垫块之间的高差均应小于1 mm。在先浇临时垫块顶铺设MGE滑板，在垫石顶安装支座灌浆的模板。

(6)使用QUY650型650 t履带式起重机缓慢、平稳起吊0号段至离地1 m，再安装支座下锚栓。

(7)将0号段提升至主墩顶，通过墩顶和0号段梁底预埋的反力点调整0号段的平面位置；再将后浇混凝土锚块钢筋与梁底预留孔对位，支座锚栓和垫石上的预留孔对位后，缓慢下放0号段。采用4台千斤顶竖向顶起5 mm，使梁体到达至设计高程，灌注支座灌浆料。千斤顶布设位置如图2，顺桥向间距为1.924 m，横桥向间距为4.614 m。

(8)待灌浆料达到设计要求强度后，在垫块及梁底之间采用钢楔块顶紧，再卸载千斤顶，梁底预留孔凿毛，浇筑梁底预留孔与后浇混凝土锚固块。当后浇锚固块混凝土达到设计要求后，取出梁底及垫块间的钢楔块。完成0号段与主墩的临时固结。

4 吊点局部应力分析

为避免起吊过程中0号段产生局部破坏[6-7]，应对0号段吊装状态进行详细的实体计算分析。采用土木结构有限元分析系统Midas FEA，精确模拟吊点的细部构造，采用四面体单元建立0号段的有限元模型。模型中顺桥向为Y方向，横桥向为X方向，竖向为Z方向。计入的荷载为自重和吊点力，其中吊点力分布在垫板上(如图5)。由于结构和荷载都是对称的，取1/4结构，横桥向和纵桥向分别为对称约束，底部为固定约束[8-10]。

图5 0号段有限元模型

图6 主拉应力分布(单位：MPa)

由图6可以看出，最大主拉应力发生在加厚锚块与箱梁腹板的交界处，为3.11 MPa，并沿横桥向和竖向迅速衰减。该点属于局部应力集中点，略大于规范容许值(2.79 MPa)。故布置φ28 mm的 N1钢筋、φ28 mm的N2钢筋和φ20 mm的N6钢筋，以分散吊点拉应力(如图4)。

图7 吊点力引起的竖向正应力及变形(单位：MPa)

竖向正应力最大值为2.4 MPa，如图7。由变形情况可知，该竖向力是由腹板弯曲造成的弯曲正应力以及轴向正应力叠加引起的[11-13]。

5 箱梁底板应力分析

为了设置临时固结，在0号块底板预留了4个1 100 mm(横桥向)×600 mm(顺桥向)的长方形孔(对梁底板有削弱作用)。为了分析在0号块张拉顶板束后箱梁底板应力，分别建立纵向梁单元无预留孔、有预留孔计算模型[14-15]，计算结论如下：无预留孔的情况下，梁底正拉应力为0.304 MPa。有预留孔的情况下，梁底正拉应力为0.407 MPa。小于规范限值0.7fct′(fct′为预加应力或存梁阶段混凝土的抗拉极限强度)。

6 结语

新建北京至张家口铁路工程延庆下行联络线特大桥(40+64+40) m连续梁创新性地采用0号段“桥下地面浇筑与吊装”方案，通过精心制定施工方案，最后提前46 d顺利完成0号段预制与吊装施工，未出现任何安全质量问题。该方案既节约了宝贵的工期，又避免了冬季施工。因此，在项目工期紧张的情况下，该方法具有较高的推广价值。