大跨度预应力混凝土框架墩结构受力特性及施工措施

袁书强

（中铁十二局集团第三工程有限公司，山西 太原 030024）

大跨度预应力混凝土框架墩结构受力特性及施工措施

袁书强

（中铁十二局集团第三工程有限公司，山西 太原 030024）

在桥梁工程施工建设中，大跨度预应力混凝土框架墩结构是一种常用的下部结构形式。以实际工程为例，首先对大跨度预应力混凝土框架墩受力特性进行分析，并对施工中改善框架墩结构受力的方法进行分析，然后对大跨度预应力混凝土框架墩结构的施工措施进行分析和探讨。

预应力混凝土；框架墩结构；碗扣支架搭设

1 工程概况

新建济青高速铁路跨海青铁路特大桥286～288号墩跨天然气管道里程为 DK265+740.27～DK265+781.67，286～288号墩采用3个门式框架墩2～20 m简支箱梁跨越天然气管道。286～288号框架墩基础为直径1.25 m和1 m的钻孔桩，桩长24.5 m，共计34根；承台结构平面尺寸采用9.1 m× 5.7 m，7.6 m×4.8 m两种，高度均为3 m，与天然气管道边沿最近距离5.1 m；框架墩墩柱为2.8 m× 2.8 m的方形立柱，墩高11 m；框架墩采用后张法预应力横梁，横梁尺寸为3.1 m×3.2 m×24.4 m，其净跨为21 m，横梁预应力钢绞线采用双端同步张拉。桩基和承台采用C35混凝土，横梁及立柱顶部1.5 m采用C50混凝土，立柱顶部1.5 m以下部分采用C45混凝土，封锚采用C50补偿收缩混凝土。

2 受力特点及改善措施

2.1 受力特点

2.1.1 框架整体刚度分配的影响

一般来说，框架墩墩梁连接构造主要是墩梁铰接、墩梁固结。在进行墩梁固结时，墩柱和盖梁之间的相对刚度会对整体荷载的分配造成比较大的影响[1]。如果桥墩刚度比较大，那么盖梁受到的弯矩会比较小；如果桥墩刚度比较小，那么盖梁受到的弯矩会比较大。

2.1.2 空间受力体系

对于大跨度预应力混凝土框架墩来说，除了需要承受顺桥向荷载，还需要承受自身平面内的荷载效应，因此需要对框架墩的空间受力情况进行分析。

2.1.3 基础刚度的影响

在框架墩设计过程中，如果基础刚度过大，会使墩柱验算无法通过，影响盖梁设计的安全性；相反，如果桩基刚度模拟值过小，亦会使盖梁验算无法通过，影响墩柱的结构安全性。

2.2 改善措施

在大跨度预应力混凝土框架墩施工和运营过程中，受盖梁上部恒、活载支反力、盖梁自重、预应力钢束等因素的影响，在边墩柱柱顶位置会产生偏向内侧的水平位移，后期收缩徐变会使用此变形进一步加大，从而使边墩产生偏位，影响边墩受力情况[2]。为了使结构受力情况得以改善，可以在施工时向边墩施加一个向外的水平顶推力，从而将上述因素造成的边墩水平位移抵消掉，降低边墩柱底弯矩效应。

3 框架墩结构施工技术

3.1 承台的施工

286～288号框架墩的承台分别开挖深度是6.2 m、4.9 m和6.5 m，承台距离天然气管道约为5.5 m，承台基底超过地下水位，以粉质粘土为主，通过计算得出：选用放坡开挖方式完成承台的施工，基坑开挖施工后需马上进行临时防护，并安排相关人员开始施工，2#加工厂内统一加工的承台钢筋在运送至现场后进行绑扎成型，并进行立柱钢筋的预埋设。承台模板为定型钢模板，一次性完成浇筑施工。

3.2 立柱的施工

立柱施工前期，需使用全站仪完成立柱中心和轮廓的放线，并清除承台顶面墩柱预设范围内的浮浆，及时进行连接钢筋的整修。施工选用两排碗扣式脚手架，控制脚手架步距为60 cm，高程至墩柱模板顶端距离不低于50 cm，并布设防护网。立柱模板采用了定型大块钢模板，标准节和调整节分别是2 m和1 m，使用25 t吊车完成立柱模板单块的吊装，因立柱钢筋密集度较高，结合混凝土自由落体高程不超过2 m，故选用翻模法完成立柱施工。当完成立柱钢筋2 m的绑扎后，需安设第一节2 m模板，后浇筑第一层混凝土。当混凝土强度＞2.5 MPa时，采用人工凿毛，之后进行第二节段的钢筋绑扎施工，并安设第二节2 m模板；当混凝土强度＞2.5 MPa后，进行人工凿毛及清洁表面浮浆，而后拆卸第一节2 m模板，保留第二节2 m模板，接着绑扎第三层3 m节钢筋，安设模板后浇筑混凝土，完成施工后实时对立柱混凝土洒水养护。

3.3 搭建支架

图1 现浇支架正面布局图（单位：cm）

3.4 安设横梁

横梁长4.5 m，使用3根40b工字钢并焊形成。横梁吊装施工前，需将40b工字钢焊接成横梁体，之后准确标注钢管柱顶端的横梁位置，使用人工和吊车配合完成横梁安装。工字钢吊装后满焊将横梁底端和钢管柱顶板进行连接。贝雷梁由双排加强型贝雷片组合而成，控制贝雷梁和横梁间距为30～45 cm，使用标准杆件完成其连接，详细布局图如图2。当完成贝雷梁的安装后，使用吊车进行31根分配梁的吊装，分配梁布局间隔为60 cm，长5 m。分配梁吊装前，使用墨线或粉笔准确标出贝雷梁上分配梁的位置，选用人工和吊车配合的方式完成分配梁安装。

图2 现浇支架平面布局图（单位：cm）

3.5 搭建碗扣支架

结合立杆和横杆的设计要求，由底部至顶部依次完成立杆和横杆的安装，安装时要控制立杆始终位于垫块中心。通常先完成一个作业面底端的立杆和部分横杆的安设，后逐层进行安设，并安设所有横杆，待完成立杆和横杆的安设后进行斜撑杆的安设，以此保障支架结构稳定。使用48 mm钢管和扣件连接斜撑，安设时连接结构需尽量布设于框架节点上，并于碗扣支架的立杆顶端布设顶托，顶托超出梁高度不超过25 cm；于顶托上顺着盖梁横向和纵向布设2层方木，并调平，控制上层方木间距为30 cm；于方木上端安设横梁底模，并搭建上层钢管的防护栏杆，施工平台搭设于上层防护栏杆和横梁底模之间。

3.6 支架的预压施工

为减少基础沉降和支架变形给现浇横梁结构带来的影响，需于底模和支架结构搭设完工后及时进行支架的预压。使用砂袋完成支架预压，控制单个砂袋重量约1 t，总重需超过横梁总重的1.2倍，预压前需完成砂袋称重，为防止雨水对砂袋的影响，雨天时需用防水篷布覆盖砂袋。预压加载顺序如下：

（1）加载顺序：预压加载按照（荷载总重）0→60%→100%→120%→100%→60%→0完成砂袋的加载和卸载，并及时测量和记录每个级别下荷载观测点的变形值，卸载原则是分层逐级卸载。

（2）预压观测：观测点设于L/4、L/2跨处，以及墩部处，每组测点包括左右两点，观测标需固定于点位处。加载前、加载60%、100%、120%时，分别测量1次，后间隔3 h测量一次，详细记录各测点的数据值。压重1 d后再次测量各测点数据，若最后两次沉降量平均值不超过2 mm则可卸载。

3.7 穿束、张拉施工

横梁钢绞线穿束方法采用钢套牵引法，穿束时选用胶带裹缠钢绞线头，防止绞线头钩挂。张拉施工前，需认真检验张拉设备，标定合格后可投入施工。严格按照设计图纸要求和相关规范完成张拉施工，张拉前需清除管道中的积水和杂物。使用4台千斤顶由两端分别进行左右对称的同步张拉施工，张拉顺序为0→0.1δk(做伸长量标记)→δk（静停5 min）→补拉δk（测伸长量）→锚固。

张拉时要张拉和伸长值测量同步开展，使用应变和应力同时控制的方式进行张拉施工过程的控制，控制理论伸长值和设计伸长值误差不超过6%，张拉时要统一指挥，若出现异常情况需马上终止。完成张拉后24 h内要检验有无断丝、滑丝现象的发生。

3.8 孔道的压浆处理

张拉施工完成后，需在2 d内完成管道的压浆操作。压浆操作前期需保障管道压浆流畅，与孔壁及浆液的结合性非常好，使用高压水完成孔道冲洗，采用真空灌浆方式完成灌浆施工。管道压浆施工时，拌和和压浆需同步开展，当新鲜水泥浆经由出口冒出，与已压浆注的稠度一样时可停止作业[3]。此过程需控制水泥浆搅拌停止至压入管道的间隔在40 min内，水泥浆液的质量要求密实饱满，完成压浆后需进行封锚混凝土的施工。

3.9 卸架施工

当第一批预应力施工完工，且压浆强度满足设计需求后，可进行支架的拆卸作业，拆卸支架的顺序是先跨中后两边，均匀拆卸，尽可能控制两侧支架拆卸进程一致，并合理安置拆卸的支架。

4 结语

综上所述，本文以实际工程为例，对大跨度预应力混凝土框架墩结构受力特征进行分析，然后对大跨度预应力混凝土框架结构的施工技术进行了分析和探讨，工程施工后施工质量达到了预期要求，值得类似工程借鉴和参考。

[1]JTG D63-2012,公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[2]余江.高速公路大跨径框架墩的设计研究[J].公路交通科技，2011(03)：56-58.

[3]万明.刚度在框架墩计算中的影响[J].铁道勘察，2010(09)：129-131.

广东梅大高速公路梅州东环支线项目开工，预计2020年建成通车

广东梅大高速公路梅州东环支线项目已全面开工，预计将于2020年建成通车。梅大高速公路梅州东环支线项目起点位于梅州市梅县区丙村镇丙村互通立交，与梅大高速公路相连，终点位于城东镇竹洋互通立交，与天汕高速公路相接。路线全长15.08 km,全线双向4车道，设计速度100 km/h。项目于2017年7月全面开工建设,预计2020年底全线建成通车。

该项目的建设将使梅州环城高速闭合成环，与梅大高速公路、长深高速公路及济广高速公路共同构筑粤东地区及粤东北地区的高速公路通道，进一步完善区域高速公路网。

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1009-7716（2017）09-0117-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.09.034

2017-05-02

袁书强（1980-），男，山西太原人，工程师，从事预应力混凝土施工技术工作。