涪陵烏江二橋主梁0#塊支架施工技術(shù)

歐瓊，任歷文

（中鐵八局一公司 重慶 400050）

1 概述

涪陵烏江二橋主橋長(zhǎng)590m，跨徑組合為150m＋340m＋100m，高低塔單索面單箱單室不對(duì)稱預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，為塔梁固接體系。塔高分別為178.4m和126.4m，橋面寬25.5m，底板寬9.5m。箱梁為單箱單室截面。最大單懸臂長(zhǎng)度為204m，且沒(méi)有輔助墩。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎，施工難度大，施工控制尤為重要。

0#塊為邊、中跨梁及上、下塔柱的交點(diǎn)，受力十分復(fù)雜，其施工質(zhì)量對(duì)全橋的結(jié)構(gòu)安全起著至關(guān)重要的作用，而且直接影響后續(xù)部位工程的施工。本橋0#塊長(zhǎng)20m、寬25.5m、高3.5m，在下塔柱正上方部分為實(shí)心預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其余部分橫截面尺寸與同側(cè)梁體基本相同 （頂、底或腹板厚度不相同），如圖1所示。0#塊采用C60高性能混凝土，距承臺(tái)頂面69.5m，順橋向懸臂長(zhǎng)度7.25m，重487.227t。

圖1 0#塊結(jié)構(gòu)圖

2 支架設(shè)計(jì)難點(diǎn)和總體構(gòu)思

本橋0#塊自重大、單懸臂長(zhǎng)且采用高性能混凝土，支架設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是剛度和強(qiáng)度控制，以及支架平臺(tái)與下塔柱的聯(lián)結(jié)方式。

一般說(shuō)來(lái)，0＃塊支架平臺(tái)常采用滿堂落地腳手架和勁性牛腿膺架兩種形式。當(dāng)0＃塊距地面不高且有滿堂腳手架搭設(shè)場(chǎng)地時(shí)，常采用第一種方式，否則應(yīng)采用勁性牛腿膺架。勁性牛腿膺架一般采用萬(wàn)能桿件、貝雷梁、六四式軍用梁等拼裝，膺架與塔柱的聯(lián)接采用預(yù)埋鋼板焊接、預(yù)埋工字鋼作支撐等形式。

考慮到本橋0＃塊順橋向懸臂長(zhǎng)度7.25m、重487.23t、0#塊結(jié)構(gòu)的特殊性和拆裝式桁梁通過(guò)銷釘連接，支架變形量很小。本工程支架平臺(tái)采用拆裝式桁梁作承力構(gòu)件，桁梁上布工字鋼，工字鋼上搭設(shè)碗扣件腳手架這種體系。拆裝式桁梁通過(guò)特制角鋼和預(yù)埋在塔內(nèi)的螺栓套筒將所有力傳遞給塔柱。

利用拆裝式桁梁作為梁體現(xiàn)澆的支架體系，具有懸臂長(zhǎng)、荷載承受能力大、剛度大的特點(diǎn)。在塔內(nèi)預(yù)埋螺栓套筒，通過(guò)高強(qiáng)螺栓將支架體系與混凝土結(jié)構(gòu)相聯(lián)，受力明確、操作簡(jiǎn)便，規(guī)避了焊接缺陷造成的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 支架設(shè)計(jì)

3.1 施工托架

托架支撐于橋墩上，將0#塊荷載傳遞于橋墩上。

針對(duì)涪陵烏江二橋0#塊懸臂長(zhǎng)且自重大的特點(diǎn)，采用拆裝式桁梁作為托架。桁梁標(biāo)準(zhǔn)單元為2.5×2.0m，桿件之間通過(guò)銷釘聯(lián)接。根據(jù)懸臂端及翼緣板自重荷載分部情況，順橋方向塔身每側(cè)布設(shè)4個(gè)單榀桁梁（其中每?jī)蓚€(gè)按照標(biāo)準(zhǔn)的桁梁形式聯(lián)接），橫橋向塔身每側(cè)布設(shè)4個(gè)單榀桁梁。每個(gè)單榀桁梁設(shè)計(jì)長(zhǎng)8m，高5m。為保證橫橋向桁梁的穩(wěn)定性，同側(cè)桁梁上下用16#角鋼安在每個(gè)節(jié)點(diǎn)處連接成整體。如圖2和圖3。

圖2 側(cè)面圖

圖3 托架平面布置示意圖

每榀托架有三個(gè)點(diǎn)支撐于橋墩上，三點(diǎn)位于同一豎直線上，豎向間距為2.5m。混凝土荷載作用下，上支點(diǎn)豎直向承受剪力，水平向承受拉力，采用精軋螺紋鋼筋穿過(guò)橋墩將對(duì)稱兩榀桁梁的上支點(diǎn)對(duì)拉連成整體，避免局部拉應(yīng)力過(guò)大對(duì)橋墩造成損傷。下支點(diǎn)除豎向承受剪力外，水平向承受較大的壓力，采用2根10#槽鋼穿過(guò)橋墩將對(duì)稱兩榀桁梁相對(duì)支撐，避免局部壓應(yīng)力過(guò)大對(duì)橋墩混凝土造成損傷。

3.2 托架與橋墩聯(lián)接方式

拆裝式桁梁為定型產(chǎn)品，它無(wú)法和預(yù)埋螺栓套筒直接聯(lián)接，為此，根據(jù)桁梁的形式設(shè)計(jì)了特制角鋼及節(jié)點(diǎn)板，從而有效地將桁梁受力傳遞給主塔。

特制角鋼采用δ=25mm鋼板制作，其主要功能是連接塔內(nèi)預(yù)埋套筒和特制桁梁節(jié)點(diǎn)板。為增強(qiáng)角鋼的剛度和穩(wěn)定性，在角鋼上每隔一定距離增加一道加勁肋，并且，同一接點(diǎn)板處兩個(gè)角鋼用δ=25mm厚鋼板聯(lián)結(jié)成整體。特制桁梁節(jié)點(diǎn)板采用δ=32mm鋼板制作，其作用是將桁梁所受力通過(guò)特制角鋼傳遞給預(yù)埋螺栓套筒進(jìn)而傳遞到塔內(nèi)。

預(yù)埋套筒和特制角鋼見(jiàn)用雙頭10.9級(jí)的高強(qiáng)螺栓聯(lián)接，特制角鋼和特制節(jié)點(diǎn)板見(jiàn)通過(guò)單頭10.9級(jí)的高強(qiáng)螺栓聯(lián)接。

預(yù)埋螺栓套筒采用Φ60mm圓鋼棒，長(zhǎng)200mm，材質(zhì)為45號(hào)鋼。鋼棒內(nèi)機(jī)械車內(nèi)螺紋，內(nèi)螺紋外直徑為30mm，螺距3.5mm，螺紋總長(zhǎng)60mm，如圖4。

圖4 連接示意圖

3.3 分配梁布置

桁梁上不同部位鋪設(shè)不同型號(hào)的工字鋼作為分配梁，鋪設(shè)間距為1.2m。所有工字鋼與桁梁交接處用Φ20的螺紋鋼筋固定，墊平墊穩(wěn)。如圖5。

工字鋼上鋪設(shè)枕木作為碗扣件支架基礎(chǔ)，主梁底枕木鋪設(shè)間距為0.6m，翼緣板底為1.2m。碗扣件支架搭設(shè)在枕木上，主梁底和塔內(nèi)空心部分立桿間距為0.6m，翼緣板底立桿間距1.2m，所有橫桿間距均為1.2m。立桿上下設(shè)可調(diào)托座用以調(diào)節(jié)支架平整度和模板標(biāo)高。塔外所有碗扣件支架連成整體，并且加斜向剪刀撐。如圖6。

圖5 工字鋼布置示意圖

圖6 桁梁拆卸示意圖

4 支架檢算

假定牛腿的三個(gè)支點(diǎn)與主塔的預(yù)埋鋼板固結(jié)，牛腿上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)為半鉸連接（半鉸：牛腿的弦桿與斜桿和立桿為鉸支連接，弦桿之間為連續(xù)）。以順橋向主塔一側(cè)0#塊的懸臂重量497.4t為研究對(duì)象。根據(jù)實(shí)際情況假定施工荷載為105t。則單片牛腿的受力為150.6t，均布荷載為188.25kN/m。計(jì)算模式采用結(jié)構(gòu)有限元分析軟件SAP2000進(jìn)行計(jì)算，對(duì)桁梁、聯(lián)接螺栓和工字鋼分配梁等進(jìn)行了檢算。

弦桿502所受的彎矩最大為82MPa，小于容許彎曲應(yīng)力145MPa，滿足要求。斜桿受軸應(yīng)力最大為98.56MPa，小于容許軸向應(yīng)力140MPa，滿足要求。支點(diǎn)處最大剪力為1567kN，小于30個(gè)鉚釘?shù)目辜舫休d能力，故滿足要求。工字鋼分配梁最大彎曲應(yīng)力為74.04MPa，小于容許彎曲應(yīng)力140Mpa。荷載作用下單榀桁梁產(chǎn)生的撓度最大為5mm。

5 支架預(yù)壓

0#塊施工支架平臺(tái)為空中勁性牛腿膺架，其受力支點(diǎn)為塔中預(yù)埋套筒，受力基礎(chǔ)為各種型鋼，傳力構(gòu)件為碗扣。支架體系中各種型鋼受力時(shí)會(huì)有一定變形；各種桿件間為栓接或銷釘，也有變形的發(fā)生。因此，必須對(duì)支架平臺(tái)進(jìn)行預(yù)壓，一方面消除非彈性變形，另一方面也驗(yàn)證支架的承載能力。

支架平臺(tái)的預(yù)壓主要是針對(duì)縱向懸臂主梁下的拆裝式桁梁。根據(jù)施工圖及相關(guān)規(guī)范，計(jì)算出需預(yù)壓的豎向總荷載為589.43t。每個(gè)單懸臂主梁下設(shè)置了4榀桁梁，每榀桁梁通過(guò)9根7Φ5標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860MPa的鋼絞線張拉來(lái)提供預(yù)壓力，每榀3個(gè)支點(diǎn)。

保證預(yù)壓時(shí)桁梁均勻受力，以便更加接近混凝土澆筑時(shí)的實(shí)際受力情況，鋼絞線的著力點(diǎn)布設(shè)在桁梁上的工字鋼上，并且采取多級(jí)加載的方式，以保證每點(diǎn)受力達(dá)到預(yù)壓荷載。

設(shè)置精密觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)各榀桁梁預(yù)壓，實(shí)測(cè)桁梁彈性最大變形值為7mm，與理論計(jì)算值6mm吻合較好。

6 支架安裝

6.1 預(yù)埋件施工

由于拆裝式桁梁為銷接聯(lián)接，要求眼孔的位置十分精確，為保證螺栓套筒的準(zhǔn)確定位，根據(jù)桁梁節(jié)點(diǎn)處眼孔的位置特制鋼板，從而將套筒的定位轉(zhuǎn)化為鋼板的定位，保證了定位的精確性。安裝螺栓套筒前將其與特制定位鋼板點(diǎn)焊連成整體，注意保證套筒與板面的垂直及焊接時(shí)鋼板不變形。

根據(jù)每個(gè)套筒的受力大小，在其尾部雙面焊接2根Φ32mm的螺紋鋼筋，焊縫長(zhǎng)16cm，錨固長(zhǎng)度80cm，以增強(qiáng)螺栓套筒的錨固力。水平、上下相鄰兩個(gè)套筒之間用綴板連接，以增強(qiáng)整體剛度，并減小混凝土的局部承壓力。螺栓套筒及連接筋的四周布設(shè)間距10cm的Φ10mm鋼筋焊網(wǎng)以加強(qiáng)四周混凝土的抗壓力。

6.2 桁梁安裝

桁梁拼裝按照相關(guān)操作規(guī)程進(jìn)行，采取在地面拼裝成單榀整體（預(yù)先將特制角鋼和特制節(jié)點(diǎn)板裝上），船運(yùn)至塔底，然后用塔吊吊至安裝部位的方式施工。操作人員利用掛籃來(lái)進(jìn)行螺栓擰緊等工作。緊固螺栓時(shí)，先緊固6～8顆上支點(diǎn)處螺栓，即可卸除塔吊，再用手動(dòng)葫蘆調(diào)整桁梁到準(zhǔn)確位置進(jìn)行精確安裝。

7 桁架拆除

根據(jù)桁梁與0#塊的特殊性，綜合考慮后，采用兩個(gè)10t卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行吊裝拆卸桁梁。每次一榀整體拆卸，每榀桁梁上設(shè)置兩個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)用一個(gè)“走二”滑輪組，靜滑輪通過(guò)從兩側(cè)吊孔下的鋼絲繩固定并調(diào)方向至桁梁正上方。

桁梁和塔身之間的連接桿件為Φ30的高強(qiáng)螺栓，因此只需將連接螺栓卸除，便將桁梁拆卸開(kāi)。螺栓卸除順序?yàn)橄认潞笊希块詈笫Ｏ聝深w螺栓時(shí)，再一次檢查所有鋼絲繩、滑輪、卷?yè)P(yáng)機(jī)、操作人員安全繩等，看是否有處于不良工作狀態(tài)的設(shè)備，檢查有可疑之處，立即組織人員進(jìn)行修復(fù)或更換。所有螺栓全部拆除后，桁梁荷載落在吊鉤上，通過(guò)鋼絲繩傳遞至卷?yè)P(yáng)機(jī)上。

8 結(jié)束語(yǔ)

烏江二橋0#塊，采用拆裝式桁梁作為懸澆托架，在第一次和第二次混凝土澆筑過(guò)程中均在支架平臺(tái)的關(guān)鍵位置設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，實(shí)測(cè)結(jié)果為：第一次最大累計(jì)沉降9mm，第二次累計(jì)沉降13mm，與計(jì)算及預(yù)壓結(jié)果基本一致。在保證托架剛度的情況下，保證了0#塊混凝土質(zhì)量。

0＃塊施工是大跨度橋梁施工的關(guān)鍵工序，尤其是塔梁固接的斜拉橋，0＃塊施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性。本橋大體積、長(zhǎng)懸臂的主梁0＃塊施工未見(jiàn)裂紋，證明了該方案的可行性，為以后類似工程的施工積累了比較有效的經(jīng)驗(yàn)。