图1 田家窑2号大桥纵向布置图(cm)
李瑞俊
(中铁三局集团有限公司， 太原030001)
摘 要：刚构桥梁中0号段作为悬臂梁施工的起点，在悬臂施工、运营中是应力最集中、应力变化最复杂的梁节段，其施工质量控制全桥质量，也影响梁体后期使用运营。文章结合目前国内四线铁路单T最大跨度刚构桥，系统研究了大跨度刚构桥“长、高、大”0号段模板、托架设计与施工、混凝土浇筑工艺、线形与应力监测分析，解决“长大”0号段施工中难题，取得的施工技术成果值得同类工程借鉴。
关键词：大跨度;刚构桥;0号段;施工
西平铁路重点控制工程田家窑2号大桥，采用双薄壁墩单T刚构结构形式。四线桥分两幅梁施工，全桥长237.3 m，桥跨布置为2孔108 m，曲线半径1 200 m，如图1所示。设计行车速度120 km/h。大桥四线单T跨度在国内铁路桥梁中居于前列。
大桥跨越90 m深黄土峡谷，为IV级自重湿陷黄土，岸坡高陡，自然剥蚀严重，陷穴等不良地质发育。
大桥0号段梁体为单箱单室、变高度、变截面预应力混凝土箱梁。最大梁高11.5 m，顶宽10.1 m(不包括人行道宽1.3 m)，底宽5.6 m。顶板厚0.4 m，底板最大厚度达1.8 m，腹板厚0.9 m。梁段全长19 m(双悬臂3 m，双薄壁墩之间9 m)，曲线布置。纵断面如图2所示，在双薄壁墩处箱梁设2 m厚横隔板贯穿两幅梁，横隔板箱室外部分在双幅梁合龙后施工。梁节段中部置接触网支架基础平台。
梁节段为纵、竖、横三向预应力体系，预应力孔道采用铁质波纹管成孔，纵向孔道96根。竖向采用标准的PSB预应力混凝土用筋;横向预应力在底板设置8束及横隔板20束贯穿两幅桥，横隔板处横向预应力在两幅桥合龙以后进行张拉。
混凝土采用C55聚丙烯纤维混凝土，混凝土用量达到1 726 m3、钢筋264 t。
图1 田家窑2号大桥纵向布置图(cm)
图2 田家窑2号大桥0号段纵断面(cm)
高空施工托架平台承载需求达到1 968 t，对托架的强度、刚度和整体稳定性要求高。施工中需要设置简单便捷、安全可靠的高程调节及落架拆除体系，以降低风险，确保梁体质量。分次浇筑的高度、浇筑的路径、振捣分布，需综合混凝土拌合运输能力、拌合料施工性参数、箱梁浇筑部位等因素进行组织，大体积混凝土高空养护应根据内部水化热监测实时调整。曲线梁节段通过多段弦调节梁体纵向曲线率，径向设置端模板，以保证0号段梁体空间几何尺寸。在进行托架设计及组织施工时应充分考虑施工过程混凝土浇筑对薄壁墩产生的附加外力，并采取相应的控制措施。
托架方案:在双薄壁主墩墩壁两侧预埋工字钢牛腿，在预埋牛腿上安装型钢可调托架，两薄壁墩之间在可调横梁上布设贝雷梁作为梁体浇筑平台的纵向承重梁;内模采用木模板面板拼装，梁体外模板采用定制自承式钢模板。0号块中部的接触网支柱基础浇筑设计自撑平台。托架平台预压加载试验采用堆载混凝土预制块进行。
梁体混凝土分2次进行浇筑，第1次浇筑至梁体6 m高位置，第2次浇筑剩余部分。
0号段施工工序如图3所示。
4.1 托架平台构造、加载试验数据分析及调整、落架系统
牛腿及托架设计时，外荷载仅计0号段第1次混凝土浇筑用量及其施工荷载。第2次混凝土浇筑用量及其施工荷载由第1次已经浇筑成型梁体及托架共同承载。通过模拟分析，采取相应的措施对第1次浇筑梁体加强，确保梁节段质量，同时减低牛腿、托架的钢材用量。
综合考虑田家窑2号大桥双薄壁墩墩身的结构特点及托架平台承载需求，在墩顶设置贯穿牛腿及顶控装置，将双薄壁墩及施工平台在水平面方向构建为一个整体，增加施工平台的整体性，减小0号段施工过程中不平衡荷载对双薄壁墩产生附加外力。在平台分配梁与牛腿间设置升降驱动，形成调控系统，通过双分配梁联动，实现平台高程精确控制及落模，保证过程的便捷性、安全性。如图4所示。
采用ANSYS有限元计算软件，模拟分析牛腿、托架平台及双薄壁墩受力状态。托架分配梁最大正应力为154 MPa;牛腿最大正应力为156.485 MPa，竖向最大支点反力达到 466.29 kN，水平支点反力达到348.79 kN，如图5、图6所示。整体托架理论变形为1.9 cm;双薄壁墩最大剪应力为0.051 MPa，最大主拉应力为0.916 MPa。从计算分析结果可以看出，贯穿牛腿及托架平台的强度、刚度及稳定性能够满足要求。双薄壁墩无受拉部位，始终处于受压状态，不会出现外荷载裂纹，整体平台及顶控制系统运用效果达到预期。
图3 0号段施工工序
图4 托架牛腿侧视图(cm)
图5 墩身剪力图
托架平台预压加载试验数据采用数据处理软件PASW Statistics 18加权线性回归分析得出加载、卸载与变形之间的关系。
中间(9 m)段加载线性方程:S(g)=0.113 4g
图6 墩身弯矩图
卸载线性方程:S(g)=0.123 g+3.4
悬臂段加载线性方程:S(g)=0.127 4 g－0.67。
卸载线性方:程S(g)=0.069 9 g+5.994。
关系式中:S为沉降量，(mm);g为加载百分比。
分析结果表明，托架加载后弹性变形为2.5 cm，刚性变形为6 cm。实际沉降值超过理论计算变形值6.6 cm，故加载后通过调节系统进行高程校正，实现了梁段的精确控制。
4.2 自承式模板系统设计与施工技术
4.2.1 模板系统优化设计
模板的构造设计，按照部位的不同梁体截面尺寸适应设计，根据模板使用的部位变更模板结构的形状，以方便施工拼装。外模板采用定型的钢模板，内模板采用刚度较弱的木模板。外侧钢模板在箱梁底部及顶部通长锚固，以保证箱梁的外部结构尺寸。
田家窑2号大桥0号段外模板支架系统进行优化的主要思路，使模板承载箱梁翼缘板、人行道及接触网支柱基础荷载，并提高其自稳性，减少模板外部支架，形成桥梁接触网平台混凝土浇筑用的自撑式托架体系，提高施工工效。
0号块模板的一般构造按铁建设［2010］241号《铁路混凝土工程施工技术指南》设计，模板强度设计、弹性模量计算及计算方法按GB 50017《钢结构设计规范》及GB 50005《木结构设计规范》执行。0号块模板构造珠特殊性主要有:模板面后设置竖向背带、翼缘板混凝土荷载由模板自身承重、0号块中部接触网支架平台部位的模板加强并配合脚手架承重。桁架与模板焊接，模板组拼时各模板之间及桁架与桁架之间采用螺栓连接。
翼缘板模板自身承载构造:在翼缘板模板下采用14工字钢焊接桁架，并焊接斜撑连接在模板后竖向背带上，如图7所示。
图7 模板翼缘板自身承载构造图(cm)
0号块中部接触网支架平台部位模板构造:接触网基础平台在横桥向长度超出人行道1.46 m。施工利用外模板的承载特点，在既有的模板竖向背带上焊接斜撑，并搭设辅助支架。在接触网支架平台底模板下设置120工字钢作为加强模板强度的纵向分配梁，在承重支架顶端设置横向分配梁(I 12)，以保证纵向分配梁承重时不出现偏载，如图8所示。
图8 接触基础平台浇筑托架
4.2.2 “长、大”梁节段支立控制
支立外侧第一层模板时，为保证模板的临时稳定性，在每个竖向背带后焊接
28斜撑，下端焊接在托架上方的横向分配梁(I 32a)上，防止模板在支立时倾覆。当两侧都支立好第一层外侧模板时，再实现两侧外模板的对拉以加强稳定。外侧模板支立到0号块第一次混凝土浇筑高度时，在模板上部用14号工字钢做横向联接并兼做混凝土施工时的操作平台，下部用导链绞紧，防止倾到。I 14横梁在纵桥向每3 m设置1道，I 14横梁上搭设5 cm木板。在外模底部利用0号段横向预应力钢绞线通长拉住两侧外模，并在紧靠外模竖向背带外侧与托架横向分配工字钢之间焊接角钢(50×5)，防止外模在梁体混凝土浇筑时发生横向移动。0号块模板中使用的拉杆均采用25精轧螺纹钢筋，如图9所示。
4.2.3 梁节段曲线线形控制措施
为实现曲线梁节段构造，进行模板系统施工时，梁段两侧梁长按曲线半径不同进行放长，梁段模板曲线形状按弦布置实现。模板设计及施工时按10段曲线弦布置，每段弦长2 m，交点与曲线内接，平面位置控制按弦交点理论计算的实际位置坐标进行定位。
外侧模板曲线支立施工时，在每段弦交接点处曲线外侧模板进行加长，即设置三角形夹缝，曲线内侧模板进行削边处理，削边三角缝宽度为曲线长度与直线长度之差的五分之一。
图9 支立第一层外模板时加固措施图
内膜板按分弦控制的段数进行分节预组装，单节内模板为直线状，在进行吊装时按弦的方向控制调整。每节内模板接缝处的转角差采用泡沫剂进行填充。每节内模板在转角处的槽钢背带采用钢筋焊接连接为整体。每节模板在进行组装时按曲线梁段的空间结构施工，以减小每节内模板顶板部位转角接缝。
端模板按曲线半径方向支立以现实梁节段曲线空间结构形状。
4.3 梁体大体积纤维混凝土分次、分层浇筑及养护技术运用
4.3.1 混凝土浇筑总体控制原则
0号段梁体混凝土采用C55聚丙烯纤维高性能混凝土，第一次混凝土浇筑用量达到400 m3。根据室内试验结果，强度大于64.0 MPa、坍落度140～200mm、停放30 min混凝土坍落度不易小于170mm、最大胶材用量≤500 kg/m3、最小胶材用量≥300 kg/m3、水胶比不大于0.35等混凝土拌合物满足0号段施工要求。在垂直泵送过程中，混凝土坍落度损失率为2.86mm/ 10 m，混凝土运输过程中坍落度损失率为5mm/h。故在混凝土出站时，在保证泵送时坍落度限制的基础上，结合坍落度损失率控制坍落度。
0号块混凝土浇筑按“横向对称、纵向平衡、先腹板与底板倒角、后底板中部”的原则进行。过程控制按“分区定点、一个坡度、循环推进、连续完成”的要求进行。为确保梁体质量，一次混凝土浇筑时间不宜超过24 h。
4.3.2 0号段混凝土分层浇筑顺序
第一层混凝土浇筑:为有效避免浇筑冷缝，根据混凝土生成能力计算分层高度:
0号块底板浇筑时第一层混凝土总计方量为58.59 m3，纵向对称浇筑每端浇筑29.295 m3，现场实际施工时地泵(60)每小时正常泵送20 m3，则第一层第一时间浇筑点混凝土完成浇筑至第二层返回浇筑时的时间间隔t=58.59/20=1.465 h，合1 h 28 min，符合混凝土实际泵送入模至初凝时间2～3 h之间的时间限制要求，故纵向对称浇筑时按每层60 cm浇筑厚度控制。为减小混凝土入模后在底板“凹”形纵向流动，第一层混凝土首先进行横隔板处混凝土浇筑，泵管出口布置点避开过人洞位置。
第二层混凝土浇筑:为在第三层混凝土浇筑前留有足够的时间，浇筑时仍然是优先在横隔板处开始。为减小混凝土在浇筑过程中对双薄壁墩造成局部偏心，混凝土浇筑先向箱梁悬臂端延伸，完成悬臂端浇筑后由两横隔板处向中部延伸合龙。
先进行腹板与底板交接倒角处:为确保腹板混凝土浇筑时底板不出现混凝土上涌现象。在横向对称及纵桥向对称的原则优先前提下，优先进行腹板与底板交接处的浇筑，高度控制在1.2 m以内。
4.3.3 0号段梁体混凝土水化热监测与分析
在0号块混凝土浇筑前，对其进行水化反应放热进行模拟计算，以确定混凝土水化反应时热量最不易扩散的部位，以及监控梁段受力最关键部位。采用铂热电阻元件预埋在梁内进行混凝土内温度变化监测。
对混凝土温度进行监控:在混凝土浇注期间对进场混凝土进行入模温度测量、养护温度测量并检查、记录，确保质量。测温制度:测温从混凝土浇筑后24 h开始，升温阶段每2 h测一次，降温阶段每4 h测一次，7 d后，每8 h测一次。实时监测混凝土内、外部温差及冷却管水温。通过调节冷却水管进出水流量和流速，可有效提高混凝土内部降温效率，控制温差，缩短混凝土养护时间，养护时间至少14 d。C55聚丙烯纤维高性能混凝土内部水化热温度监测与强度发展对比结果，如图10所示。
图10 C55聚丙烯纤维混凝土强度发展与温度监测对比
根据监测结果显示:在混凝土入模以后60～70 h达到最大值，且在之后会持续30～40 h后开始缓慢下降。C55聚丙烯纤维混凝土强度在前3 d发展比较快，由于施工现场养护措施较好，混凝土内部热量积蓄较小，内外部温差控制在15℃以内。
4.4 悬臂施工过程中的0号段负弯矩分析及监测技术
0号段应力监测的意义在于监控悬臂梁施工过程中，主梁截面应力随主梁施工进程不断发生变化，在整个施工过程中将结构各截面应力控制在规范允许范围内，以确保悬臂梁的施工安全和成桥质量。若应力值出现突变或超出设计应力包络图，应停止施工，分析原因，并采取相应的措施。田家窑2号大桥0号段理论最大负弯矩为 －1 283 617.13 kN·m，剪力值为40 390.39 kN，如图11所示。
根据理论计算结果，在 0号段墩顶截面布置JXG－1型钢弦式钢筋应力计，监测桥梁结构纵向正应力。应力及布设位置如图12所示。
应力监测时，综合考虑混凝土收缩、徐变、水化热等因素设定初始值，并在早晨太阳出来之前进行测量，同时记录梁体的温度以进行温度应力修正。主要观测内容包括:
(1)混凝土浇筑前的应力测量;
(2)混凝土浇筑后预应力张拉前的应力测量;
(3)预应力张拉后的应力测量;
(4)拆除支架后的应力测量。
通过施工过程动态监测结果的综合分析梁节段的应力状态，判断在施工过程中整个结构的安全可靠度。田家窑2号大桥0号节段最大负弯矩截面上缘和下缘混凝土应力随施工过程最大正应力达到9.8 MPa，拉应力达到－0.9 MPa。监测结果表明，0号段在整个悬臂施工过程中和成桥后整个结构(包括主梁和桥墩)的应力状态始终处于可靠的控制，结构一直处于安全的施工状态之中。其应力变化曲线如图13所示。
图11 田家窑2号大桥理论负弯矩图及剪力图
图12 主梁截面应力测点布置
图13 左幅0号段最大负弯矩截面混凝土应力随施工过程变化实测曲线
(1)研发了可调式托架和自撑式组合模板，简化了调控与落架程序，解决了“长、高、大”梁段施工的难题，降低了施工风险，提高了工效。
(2)通过逐弦成曲、分段转向、六点测控、精确控制高程等措施，控制梁节段空间几何形态，形成“曲梁曲做”浇筑施工工艺，为良好的成桥线形打下了基础。
(3)“长、大”梁节段混凝土浇筑宜按“横桥向对称、线路纵向对称、先进行腹板与底板交接倒角处、优先横隔板处浇筑”的原则进行。施工过程控制宜按“分区定点、一个坡度、循环推进、连续完成”目标进行。并结合混凝土的生产、运输能力、施工性能参数控制分层厚度，加强梁体混凝土水化热监测，实时调整养护措施，确保梁体质量。
(4)悬臂梁施工过程中，应提前对梁体进行仿真计算，确定最大应力的梁节段，重点加强关键部位的应力监测，确保成桥安全、质量可靠。
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Research on Construction Technology for No.0 Section of Four-track Long Span Rigid Frame Bridge
LI Ruijun
(China Railway 3th Bureau Group Co.，Ltd.，Taiyuan 030001，China)
Abstract：No.0 section of rigid frame bridge，as the starting point of cantilever beam construction，is of the most concentrated stress and the most complex stress variation in the cantilever construction and operation，its construction quality controls the full bridge quality，it also affects the post operation of beam body.Combined with the current four-track single T rigid frame railway bridge with maximum span in China，formwork，design and construction of bracket，concrete pouring process，linear and stress monitoring analysis of long，high，large No.0 section of long-span rigid frame bridge are systematically studied，the problems during construction of long and large No.0 section are resolved，the achievements of construction technology can provide reference for similar engineering.
Key words：long-span;rigid frame bridge;No.0 section;construction
中图分类号：TU755.2+2;TU755.6+7
文献标志码：:A
文章编号：1674—8247(2015)02—0086—07
收稿日期：2014-12-22
作者简介：李瑞俊(1969-)，男，高级工程师。