武汉大道跨铁路桥下横梁塔梁混凝土施工关键技术
陈开桥 余绍宾 王吉连 毛伟琦
【摘要】本文结合武汉大道跨铁路桥工程下横梁塔梁混凝土浇筑方案，通过设计计算，较好地解决了主塔塔梁混凝土二次浇筑施工中存在的问题，对类似横梁施工具有一定的借鉴和参考意义。
【关键词】斜拉桥；塔梁；施工方案；二次浇筑及张拉；支架设计；关键技术お
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. 工程概况
（1）武汉大道是武汉市汉口地区南北向重要的城市快速路，是联系城市一环线、二环线、三环线的放射线和快速出城通道；跨铁路桥为主跨138m，边跨（81+41）m的独塔双索面预应力混凝土箱梁斜拉桥，上跨金桥大道及京广、合武等12股道铁路线，是武汉大道的控制性工程。主塔顺桥向为柱式结构，横桥向为“A”型，倾角4.384：1，钢筋混凝土结构，塔高为101.7m，桥面宽由39.0m线性变宽至49.899m，主梁右幅截面不变，左幅截面高度线性变化，两个边箱宽度不变，横向尺寸通过调整横梁的跨度加以实现。
图1武汉大道跨铁路桥桥式布置图
图2横梁断面及预应力钢束布置
（2）下横梁及塔梁固结段为预应力混凝土结构，双层箱型截面，横跨金桥大道节段长42m，宽21m，在金桥大道现状道路上空约15m，梁高6.80m，箱梁设双向1.5%横坡，混凝土方量为2303m3，横梁设54束纵向预应力钢束。横梁断面及预应力钢束布置如图2所示。
2. 横梁及塔梁固结段施工方案
（1）跨铁路桥工程主塔下横梁及塔梁固结段设计要求采用一次浇筑一次张拉工艺，采用支架法现浇施工。横梁箱室达16个，为便于施工及质量控制，确定采用两次浇筑及两次张拉工艺，第一次浇筑高度3.8m，第二次浇筑高度3.0m。第二次浇筑混凝土前，按照计算控制要求对第一次浇筑部分施加部分预应力钢束，第二次浇筑的混凝土荷载由已成横梁承担一部分荷载，在下横梁支架结构设计中应综合考虑二次浇筑的影响。
图4预应力束布置示意图
图5第一次砼浇筑，张拉预应力后，支架反力
（2）下横梁混凝土方量大，第一期张拉的预应力的位置及量值合理选择非常关键。在分层浇筑的过程中，为避免在第2层砼荷载作用下已成型结构两端上缘及跨中下缘出现过大拉应力或支架反力增量过大，在第1次混凝土浇注完成并达到强度后张拉一定数量的底板或腹板钢束，全截面形成后补拉一期钢束和将剩余的钢束张拉至设计吨位。考虑下横梁是跨中截面承受正弯矩，两端截面承受负弯矩的结构，在另外一半梁高截面还没形成时，张拉底板束能有效地增加截面下缘压应力储备，同时第1期张拉的预应力束也不宜过多，这样会有效减少两端截面上缘压应力的贮备。
横梁浇筑分段示意图如图3所示。
图3横梁浇筑分段示意图
表1各种型号杆件内力值统计
杆件型号 2N1 4N1 2N3 4N3 2N4 4N4 2N5 4H3 4H6 4H7
容许内力（t） —72.5 —148 —34.3 —68.7 29.5 60.8 15.2 91.5 —144 —116
最大内力（t） —42.1 —112 —25.4 —64.5 21 46.7 14.5 —83.4 —131 —111
图7下横梁支架布置图
图6第二次砼浇筑时支架承受反力
3. 设计计算
3.1横梁自重荷载分布。
横梁混凝土自重荷载考虑取1.15的扩大系数（含施工荷载、模板自重等）。
3.2横梁预应力束分布。
横梁预应力束从下到上分N1至N8八种，N1至N6为底板束，N7、N8为顶板束。下横梁截面两次成型，预应力分次张拉，第一期张拉N1～N2按设计控制吨位（设计控制应力0.72FPk），有效吨位3562t。全截面形成后补拉一期钢束和将剩余钢束张拉至设计吨位。预应力束布置示意图如图4所示：
3.3横梁第一次混凝土浇筑及张拉计算分析。
横梁计算采用midas建模计算。第一次砼浇筑，张拉预应力后，支架反力如图5所示：
根据图5可知第一次浇筑完毕，张拉预应力后，支架上总荷载为2499t。
3.4横梁第二次混凝土浇筑及张拉计算分析。
第二次砼浇筑时支架承受反力如图6所示：
根据图6可知第二次浇筑时，支架上总荷载为5069t。两次浇筑混凝土总方量为2303m3，混凝土重量共计2303*1.15*2.65=7018t。由以上计算可知，第一次浇筑完毕后，进行部分预应力张拉，支架承受混凝土荷载仅为总荷载的5069/7018=72%。
因此在第一次浇筑完毕后，张拉部分预应力，有效的增加了下横梁截面岩应力储备，从而减小下横梁支架的反力，对施工结构和主体结构均产生有利的影响。
4. 下横梁支架设计
（1）主塔结构为塔、梁固结体系，其顺桥向承受桥面及斜索传递的巨大轴力、剪力、弯矩以及不对称荷载产生的扭转，横桥向承受立柱产生的拉力及自身弯矩。施工地段跨越多条铁路既有线，管线复杂，对于下横梁施工构成极大的阻碍。综合考虑，下横梁支架采用万能杆件以及钢管桩组合拼装而成。采用拼装的万能杆件既能满足承载力的要求，同时也很好缓解施工场地局限带来的矛盾。下横梁支架布置图如图7：
图8模型图及杆件最大内力表
图9万能杆件的挠度变形图
图10钢管桩承载力
利用midas建立万能杆件支架模型，考虑二次浇注工况，支架所受荷载最大。模型图及杆件最大内力表如图8所示：
各种型号杆件内力值统计见表1。
经过计算得到，万能杆件各个杆件轴力满足设计要求。由程序计算万能杆件的挠度变形，如图9所示：
由图9中得知：杆件最大变形为8.1mm14000/400=35mm，满足要求。
下横梁支架跨中处采用钢管桩立柱承载，下横梁钢管桩（截面为630×8mm）采用Q235B钢，设计抗拉、抗压强度容许值：[σ]=170MPa。杆件由受压控制。经过程序计算，钢管桩承载力如图10所示：
（2）根据《钢结构设计规范》可知，轴向受压杆件需进行强度验算、稳定验算和刚度验算。钢管柱最大轴力为：N=920KN， 稳定计算长度 。经过计算截面稳定压应力61.3MPa，满足设计要求。
沉桩时L0=6.359m，以控制桩尖设计标高为主。当桩尖已达设计标高，而贯入度仍较大时，应继续锤击，使贯入度接近控制贯入度，即以最后十击每击的贯入深度不超过5mm进行控制。贯入度已达控制贯入度，而桩端标高仍未达到设计标高时，应继续锤击100mm左右（或锤击30～50击）。桩打入时应设置必要的定位装置，确保桩的倾斜度及平面位置在施工规范允许范围内。钢管柱的接高和连续系的焊接应满足钢结构加工规范的要求。支架处有既有车道和人通行，环境复杂，因此鹰架施工时必须做好交通疏导，同时上部结构物施工时要做好全封闭施工，以防坠落物扎伤车辆和行人。
5. 结束语
通过对浇筑方案研究，经设计计算，解决了主塔塔梁混凝土二次浇筑施工中存在的问题及二次浇筑荷载对支架的影响，得出在此类工程中比较经济合理的方案，经济效益明显，值得同类工程借鉴。
参考规范
[1]《钢结构设计规范》（GB50017—2003）.
[2]《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）.
[3]《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）.
[4]《装配式公路钢桥多用途使用手册》（黄绍金主编）人民交通出版社，2002.3
参考文献
[1]陈善光·桥梁工程预应力施工管理探讨[J]·现代企业文化，2009，27.
[2]陶骏·预应力混凝土桥梁施工质量探讨[J]·硅谷，2009，（2）.
[3]葛霖新、徐增鹏、张海林·预应力施工工艺在桥梁施工中的应用[J]·中国新技术新产品，2009，NO.8.
【摘要】本文结合武汉大道跨铁路桥工程下横梁塔梁混凝土浇筑方案，通过设计计算，较好地解决了主塔塔梁混凝土二次浇筑施工中存在的问题，对类似横梁施工具有一定的借鉴和参考意义。
【关键词】斜拉桥；塔梁；施工方案；二次浇筑及张拉；支架设计；关键技术お
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. 工程概况
（1）武汉大道是武汉市汉口地区南北向重要的城市快速路，是联系城市一环线、二环线、三环线的放射线和快速出城通道；跨铁路桥为主跨138m，边跨（81+41）m的独塔双索面预应力混凝土箱梁斜拉桥，上跨金桥大道及京广、合武等12股道铁路线，是武汉大道的控制性工程。主塔顺桥向为柱式结构，横桥向为“A”型，倾角4.384：1，钢筋混凝土结构，塔高为101.7m，桥面宽由39.0m线性变宽至49.899m，主梁右幅截面不变，左幅截面高度线性变化，两个边箱宽度不变，横向尺寸通过调整横梁的跨度加以实现。
图1武汉大道跨铁路桥桥式布置图
图2横梁断面及预应力钢束布置
（2）下横梁及塔梁固结段为预应力混凝土结构，双层箱型截面，横跨金桥大道节段长42m，宽21m，在金桥大道现状道路上空约15m，梁高6.80m，箱梁设双向1.5%横坡，混凝土方量为2303m3，横梁设54束纵向预应力钢束。横梁断面及预应力钢束布置如图2所示。
2. 横梁及塔梁固结段施工方案
（1）跨铁路桥工程主塔下横梁及塔梁固结段设计要求采用一次浇筑一次张拉工艺，采用支架法现浇施工。横梁箱室达16个，为便于施工及质量控制，确定采用两次浇筑及两次张拉工艺，第一次浇筑高度3.8m，第二次浇筑高度3.0m。第二次浇筑混凝土前，按照计算控制要求对第一次浇筑部分施加部分预应力钢束，第二次浇筑的混凝土荷载由已成横梁承担一部分荷载，在下横梁支架结构设计中应综合考虑二次浇筑的影响。
图4预应力束布置示意图
图5第一次砼浇筑，张拉预应力后，支架反力
（2）下横梁混凝土方量大，第一期张拉的预应力的位置及量值合理选择非常关键。在分层浇筑的过程中，为避免在第2层砼荷载作用下已成型结构两端上缘及跨中下缘出现过大拉应力或支架反力增量过大，在第1次混凝土浇注完成并达到强度后张拉一定数量的底板或腹板钢束，全截面形成后补拉一期钢束和将剩余的钢束张拉至设计吨位。考虑下横梁是跨中截面承受正弯矩，两端截面承受负弯矩的结构，在另外一半梁高截面还没形成时，张拉底板束能有效地增加截面下缘压应力储备，同时第1期张拉的预应力束也不宜过多，这样会有效减少两端截面上缘压应力的贮备。
横梁浇筑分段示意图如图3所示。
图3横梁浇筑分段示意图
表1各种型号杆件内力值统计
杆件型号 2N1 4N1 2N3 4N3 2N4 4N4 2N5 4H3 4H6 4H7
容许内力（t） —72.5 —148 —34.3 —68.7 29.5 60.8 15.2 91.5 —144 —116
最大内力（t） —42.1 —112 —25.4 —64.5 21 46.7 14.5 —83.4 —131 —111
图7下横梁支架布置图
图6第二次砼浇筑时支架承受反力
3. 设计计算
3.1横梁自重荷载分布。
横梁混凝土自重荷载考虑取1.15的扩大系数（含施工荷载、模板自重等）。
3.2横梁预应力束分布。
横梁预应力束从下到上分N1至N8八种，N1至N6为底板束，N7、N8为顶板束。下横梁截面两次成型，预应力分次张拉，第一期张拉N1～N2按设计控制吨位（设计控制应力0.72FPk），有效吨位3562t。全截面形成后补拉一期钢束和将剩余钢束张拉至设计吨位。预应力束布置示意图如图4所示：
3.3横梁第一次混凝土浇筑及张拉计算分析。
横梁计算采用midas建模计算。第一次砼浇筑，张拉预应力后，支架反力如图5所示：
根据图5可知第一次浇筑完毕，张拉预应力后，支架上总荷载为2499t。
3.4横梁第二次混凝土浇筑及张拉计算分析。
第二次砼浇筑时支架承受反力如图6所示：
根据图6可知第二次浇筑时，支架上总荷载为5069t。两次浇筑混凝土总方量为2303m3，混凝土重量共计2303*1.15*2.65=7018t。由以上计算可知，第一次浇筑完毕后，进行部分预应力张拉，支架承受混凝土荷载仅为总荷载的5069/7018=72%。
因此在第一次浇筑完毕后，张拉部分预应力，有效的增加了下横梁截面岩应力储备，从而减小下横梁支架的反力，对施工结构和主体结构均产生有利的影响。
4. 下横梁支架设计
（1）主塔结构为塔、梁固结体系，其顺桥向承受桥面及斜索传递的巨大轴力、剪力、弯矩以及不对称荷载产生的扭转，横桥向承受立柱产生的拉力及自身弯矩。施工地段跨越多条铁路既有线，管线复杂，对于下横梁施工构成极大的阻碍。综合考虑，下横梁支架采用万能杆件以及钢管桩组合拼装而成。采用拼装的万能杆件既能满足承载力的要求，同时也很好缓解施工场地局限带来的矛盾。下横梁支架布置图如图7：
图8模型图及杆件最大内力表
图9万能杆件的挠度变形图
图10钢管桩承载力
利用midas建立万能杆件支架模型，考虑二次浇注工况，支架所受荷载最大。模型图及杆件最大内力表如图8所示：
各种型号杆件内力值统计见表1。
经过计算得到，万能杆件各个杆件轴力满足设计要求。由程序计算万能杆件的挠度变形，如图9所示：
由图9中得知：杆件最大变形为8.1mm14000/400=35mm，满足要求。
下横梁支架跨中处采用钢管桩立柱承载，下横梁钢管桩（截面为630×8mm）采用Q235B钢，设计抗拉、抗压强度容许值：[σ]=170MPa。杆件由受压控制。经过程序计算，钢管桩承载力如图10所示：
（2）根据《钢结构设计规范》可知，轴向受压杆件需进行强度验算、稳定验算和刚度验算。钢管柱最大轴力为：N=920KN， 稳定计算长度 。经过计算截面稳定压应力61.3MPa，满足设计要求。
沉桩时L0=6.359m，以控制桩尖设计标高为主。当桩尖已达设计标高，而贯入度仍较大时，应继续锤击，使贯入度接近控制贯入度，即以最后十击每击的贯入深度不超过5mm进行控制。贯入度已达控制贯入度，而桩端标高仍未达到设计标高时，应继续锤击100mm左右（或锤击30～50击）。桩打入时应设置必要的定位装置，确保桩的倾斜度及平面位置在施工规范允许范围内。钢管柱的接高和连续系的焊接应满足钢结构加工规范的要求。支架处有既有车道和人通行，环境复杂，因此鹰架施工时必须做好交通疏导，同时上部结构物施工时要做好全封闭施工，以防坠落物扎伤车辆和行人。
5. 结束语
通过对浇筑方案研究，经设计计算，解决了主塔塔梁混凝土二次浇筑施工中存在的问题及二次浇筑荷载对支架的影响，得出在此类工程中比较经济合理的方案，经济效益明显，值得同类工程借鉴。
参考规范
[1]《钢结构设计规范》（GB50017—2003）.
[2]《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）.
[3]《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）.
[4]《装配式公路钢桥多用途使用手册》（黄绍金主编）人民交通出版社，2002.3
参考文献
[1]陈善光·桥梁工程预应力施工管理探讨[J]·现代企业文化，2009，27.
[2]陶骏·预应力混凝土桥梁施工质量探讨[J]·硅谷，2009，（2）.
[3]葛霖新、徐增鹏、张海林·预应力施工工艺在桥梁施工中的应用[J]·中国新技术新产品，2009，NO.8.
