石武客運(yùn)專線確山特大橋碗扣式鋼管腳手架現(xiàn)澆連續(xù)梁施工方案研究

宮大輝

(中鐵十八局集團(tuán)第一工程公司,河北涿州 072750)

1 概述

石武客運(yùn)專線確山特大橋中心里程DK934+653.10,全橋長(zhǎng) 3421.055 m。其中DK933+570.65～DK933+684.05段(19號(hào)～22號(hào)墩)為(32+48+32)m連續(xù)梁(圖1),橋址處跨越S334省道,瀝青路雙向2車道,與線路夾角為57°,路寬 13 m,該路路西通向南陽(yáng),路東通向駐馬店。確山特大橋(32+48+32)m連續(xù)梁截面類型為單箱單室等高度,頂板、底板及腹板局部向內(nèi)側(cè)加厚,橋面板寬12.0 m,梁高為3.25m,邊支座中心線至梁端0.75 m,橫橋向邊支座中心距為4.4 m,橫橋向中心支座中心距為5.0 m。采用支架一次現(xiàn)澆法進(jìn)行施工,梁的側(cè)模采用定型鋼模;底模采用竹膠板,內(nèi)模采用竹膠板剛性支撐,混凝土施工采用泵送混凝土。

施工重點(diǎn)是支架法的地基處理、公路防護(hù)、支架預(yù)壓、連續(xù)箱梁混凝土施工質(zhì)量控制,張拉、施工過(guò)程沉降變形觀測(cè)。

圖1 確山特大橋(32+48+32)m連續(xù)梁縱斷面(單位:cm)

2 基于當(dāng)前建設(shè)技術(shù)的可行性方案

2.1 現(xiàn)澆支架可行性方案的提出

目前現(xiàn)澆梁的施工方法主要有:碗扣滿堂腳手架施工方法、貝雷梁鋼管支架施工方法、鋼管型鋼支架施工方法以及移動(dòng)模架施工方法。不同的施工方案有其不同的適用范圍,根據(jù)不同的工程特點(diǎn)和施工環(huán)境,從安全、質(zhì)量、工期、經(jīng)濟(jì)等方面論證比較選出最優(yōu)施工方案,這樣才能更好地完成施工任務(wù)。

在現(xiàn)澆梁支架施工方案設(shè)計(jì)中,將根據(jù)工程的進(jìn)度、水文地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)性及建設(shè)條件綜合考慮這4種技術(shù)方案的可行性。

2.2 現(xiàn)澆支架按設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題

(1)經(jīng)濟(jì)性:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工情況,在不影響整體工期的前提下盡量節(jié)約成本,仔細(xì)研究比較材料的購(gòu)置和租賃費(fèi)用,并綜合考慮材料的周轉(zhuǎn)及其他分項(xiàng)工程的使用。

(2)施工難度:在支架施工過(guò)程中盡量減少大規(guī)模吊裝作業(yè)以保證施工安全,對(duì)支架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性做精確的計(jì)算確保結(jié)構(gòu)安全,根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況選用工藝簡(jiǎn)便具有可操作性的施工方案。

(3)施工進(jìn)度:重點(diǎn)考慮架梁通道的暢通,不影響確山特大橋的架梁任務(wù):其次考慮支架材料的周轉(zhuǎn)使用,下場(chǎng)材料用于懸灌梁直線段支架施工;還應(yīng)考慮跨S334省道門(mén)洞早日解除,以保證交通安全和減少安全控制的投入。

(4)質(zhì)量保證:盡量選用承載力大,安全可靠,高功效、沉降小的支架形式。

3 方案比選

碗扣式滿堂腳手架、鋼管型鋼支架、貝雷梁鋼管支架和移動(dòng)模架4種方案中,首先排除移動(dòng)模架施工方案,原因是本連續(xù)梁不等跨,而且一連三跨不能形成規(guī)模施工。其他3個(gè)現(xiàn)澆施工方案均有可行性,采取合理的設(shè)計(jì)和施工,加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)組織管理力度,都是可以用于現(xiàn)澆梁支架施工。為使所采取的方案達(dá)到最優(yōu)化,從施工成本、施工工期、施工難度進(jìn)行比較。

3.1 3種現(xiàn)澆方案施工成本比較(表1)

表1 3種現(xiàn)澆方案施工成本比較 萬(wàn)元

3.2 施工工期比較(表2)

表2 施工工期比較

3.3 施工難度比較(表3)

表3 施工難度比較

3.4 施工方案綜合比較(表4)

表4 綜合比較

綜合考慮,(32+48+32)m現(xiàn)澆連續(xù)梁采用碗扣式鋼管腳手架施工方案。

4 確山特大橋(38+48+32)m連續(xù)梁碗扣式鋼管腳手架施工方案

根據(jù)工程情況對(duì)碗扣式鋼管腳手架方案的技術(shù)設(shè)計(jì)分為設(shè)計(jì)檢算、施工兩部分。

4.1 碗扣式鋼管腳手架設(shè)計(jì)檢算

4.1.1 梁體總荷載

主梁混凝土總方量為1 411 m3,其中墩頂部分荷載應(yīng)由橋墩承受,為保守計(jì)算,認(rèn)為全部混凝土沿橋長(zhǎng)均勻分布,則每延米混凝土為12.5 m3。

(1)混凝土重力 12.5×26=325 kN/m

(2)模板重力 模板重力按1 kN/m2計(jì)

外模部分:15.53×1=15.53 kN/m

內(nèi)模部分:13×1=13 kN/m

合計(jì):13+15.53=28.53 kN/m

(3)施工人員、機(jī)具運(yùn)輸、堆放荷載按1.0 kPa取值,1×12=12 kN/m

(4)傾倒混凝土?xí)r沖擊荷載取2.0 kPa,2×12=24 kN/m

(5)振搗混凝土荷載取2.0 kPa,12×2=24 kN/m

荷載組合 N=1.2(混凝土重力+模板重力)+1.4(施工人員及機(jī)具+傾倒混凝土+振搗混凝土)=1.2(325+28.53)+1.4(12+24+24)=508.24 kN/m

4.1.2 支架的受力計(jì)算

(1)主梁部分

根據(jù)WDJ碗扣件立桿的設(shè)計(jì)荷載,當(dāng)橫桿步距為0.6 m時(shí),框架立桿的承受荷載為40 kN/根,當(dāng)橫桿步距為1.2 m時(shí),框架立桿的承受荷載為30 kN/根,按照全梁荷載都集中在底板5.4 m范圍內(nèi)計(jì)算

508.24 kN/m×(32.65-3.3)m≈15 000 kN

15 000/40=375個(gè)結(jié)點(diǎn),即垂直與順橋方向都是0.6 m時(shí)所需結(jié)點(diǎn)數(shù)。

5.4 m/0.6 m=9個(gè),32 m/0.6 m=53.3≈54個(gè);

5.4 m/0.9 m=6個(gè),32 m/0.6 m=53.5≈54個(gè)。

如果垂直橋方向布置為0.9 m即6個(gè)結(jié)點(diǎn),順橋方向布置0.6 m即54個(gè)結(jié)點(diǎn),6×54=324個(gè),還不能滿足荷載要求。因此,在主梁體底部,布置為順橋與垂直橋方向均是0.6 m,即共9×54=486個(gè)結(jié)點(diǎn),完全能滿足梁體荷載的要求,實(shí)際施工時(shí)腹板下面采用橫橋向間距為0.3 m。

(2)翼緣板部分

每一翼緣板邊的荷載只有10%,按15%考慮,15 000×15%=2 250 kN。計(jì)算如下。

2 250/40=56.25≈57個(gè)結(jié)點(diǎn),即垂直與順橋方向都是0.6 m時(shí)所需結(jié)點(diǎn)數(shù);

2 250/30=75個(gè)結(jié)點(diǎn),即垂直與順橋方向都是1.2 m時(shí)所需結(jié)點(diǎn)數(shù)。

3.3 m/0.9 m=3.67≈4個(gè),32 m/0.6 m=54個(gè)。

如果順橋方向布置為0.6 m,垂直橋方向?yàn)?.9 m,則所需結(jié)點(diǎn)數(shù)為54×4=216個(gè)＞75個(gè)(75個(gè)為垂直與順橋方向都是1.2 m時(shí)所需結(jié)點(diǎn)數(shù))。

根據(jù)前面的計(jì)算,滿堂支架布置見(jiàn)圖2。

圖2 支架橫斷面布置(單位:cm)

4.1.3 地基承載力驗(yàn)算

(1)梁體總荷載為508.24 kN/m

(2)滿堂支架自重以邊跨墩高10 m為例考慮,順橋向排數(shù)為49排,橫橋向?yàn)?2排,總數(shù)量為49×22=1 078副。

連接桿:順橋向29.4×22=646.8 m;橫橋向12×49=588 m,共 8 層 。

總重為828 401.8 kN。

每延米自重為:28.177 kN/m

(3)每延米15 cm厚混凝土板重力G=50.7 kN/m

(4)基礎(chǔ)應(yīng)力驗(yàn)算

根據(jù)設(shè)計(jì)資料,原地表為黏土層,地基承載力150 kPa,因此地基承載力滿足要求。

4.2 主要施工方法

現(xiàn)澆梁滿堂支架法施工工藝流程:地基處理→跨路防護(hù)門(mén)洞搭設(shè)→支架搭設(shè)→支架預(yù)壓→外側(cè)模安裝→底、腹板鋼筋綁扎→鋼絞線穿束→內(nèi)模安裝→頂板鋼筋綁扎→澆筑混凝土→收面、養(yǎng)護(hù)→預(yù)張拉和初張拉→模板、支架拆除→終張拉、壓漿。

4.2.1 地基處理

原地表土質(zhì)較好(經(jīng)試驗(yàn)滿足箱梁的承載力180 kPa),將原土采用推土機(jī)平整,壓路機(jī)應(yīng)壓實(shí),之后用30～50 cm厚三七灰土和毛砟填筑壓實(shí)。處理后的地基高出原地面不小于20 cm,頂面澆筑15 cm厚C20素混凝土,承臺(tái)回填等局部地段布上 φ 12 mm@200 mm鋼筋網(wǎng)片,頂面做成不小于2%的雙面坡,以便于下雨時(shí)排水順暢,地基處理寬度兩側(cè)較梁寬1.0 m。滿足支架地基設(shè)計(jì)承載力要求后,在支架基礎(chǔ)四周挖好排水溝,做好兩側(cè)的排水系統(tǒng)。

4.2.2 防護(hù)門(mén)洞搭設(shè)

在主跨(20號(hào)～21號(hào)墩間)搭設(shè)車行及人行門(mén)架,為保證既有線路正常通行,設(shè)置2個(gè)行車門(mén)洞,行車門(mén)洞總寬10.4 m,凈高6.4 m,行車門(mén)洞鋼管立柱中心間距為5.2 m,以保證每個(gè)行車門(mén)洞有3.5 m×5.5 m行車凈空;鋼管立柱共3排,每排共設(shè)置7根鋼管立柱,鋼管立柱采用DN529×12 mm鋼管制作,上下各焊接1塊600 mm×600 mm×20 mm鋼墊板,鋼墊板和鋼管間用厚14 mm鋼板加設(shè)4道加勁肋,以增強(qiáng)鋼管端部承載能力,鋼管柱高5.28 m。

鋼管立柱上設(shè)置卸架砂箱,其上安放2根I40a型鋼作為分配梁,分配梁上順橋向按60 cm間距布置I40a型鋼作為承重梁,承重梁上橫橋向按間距25 cm鋪設(shè)10 cm×10 cm方木,其上布設(shè)厚1.2 cm竹膠板作為底模。所有承重梁工字鋼均連續(xù)鋪設(shè),在排架上焊接接長(zhǎng),接頭位置應(yīng)錯(cuò)開(kāi)?？紤]到門(mén)式支架設(shè)置在既有線路上,基礎(chǔ)采用C20混凝土澆筑,每個(gè)立柱下基礎(chǔ)尺寸為:鋼管柱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)長(zhǎng)×寬×高為100 cm×100 cm×80 cm,基礎(chǔ)頂面預(yù)埋4根長(zhǎng)800 mm的M20地腳螺栓,以便和立柱底部墊板聯(lián)結(jié)。

4.2.3 支架搭設(shè)

(1)搭設(shè)支架

所需各部分構(gòu)件為:立桿、橫桿、斜桿、可調(diào)底座、可調(diào)U托(頂托)。

檢查構(gòu)件有無(wú)彎曲、接頭開(kāi)焊、斷裂等現(xiàn)象,無(wú)誤后可實(shí)施拼裝。

按橫向、縱向間距安放可調(diào)底座,底座直接座于混凝土表面,并按計(jì)算高度調(diào)整好底座上的可調(diào)螺帽位置,使螺帽頂面位于同一水平面上。

拼裝時(shí),立桿必須保證垂直。尤其重要的是必須在第1層所有立桿與橫桿均拼裝調(diào)整完成無(wú)誤后方可繼續(xù)向上拼裝,否則會(huì)引起以后各層的拼裝困難。豎桿與豎桿之間必須搭斜撐,以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

拼裝到頂層立桿后,裝上頂層可調(diào)頂托,并依設(shè)計(jì)高程將各頂托頂面調(diào)至設(shè)計(jì)高程位置。

為保證碗扣支架頂部穩(wěn)定性,碗扣支架立桿上部自由高度不能大于60 cm,超出必須增加一層橫桿,嚴(yán)格按設(shè)計(jì)橫縱距離布設(shè)。

碗扣架搭設(shè)時(shí),必須保證縱、橫成線,做到橫平豎直?？v橫向桿件要用扣碗扣緊,不移動(dòng),形成牢固的縱、橫、豎三維網(wǎng)架。為加強(qiáng)支架整體穩(wěn)定性,按橋軸線縱橫方向設(shè)置φ 48鋼管剪刀撐,剪刀撐左右上下連通,橫向剪刀撐沿縱向每5 m 1道,縱向剪刀撐設(shè)置5道,其中外側(cè)2道,腹板梁正下2道,腹板梁中心線1道。

支架搭設(shè)寬度要超出梁頂設(shè)計(jì)寬度兩側(cè)各1.0 m作為施工工作平臺(tái)。

(2)鋪設(shè)頂層方木

鋪設(shè)頂層縱向方木,在鋪設(shè)時(shí)注意使其兩縱向方木接頭處位于頂托可調(diào)支撐處。

鋪設(shè)頂層橫向方木,鋪設(shè)間距按設(shè)計(jì)進(jìn)行,使用水準(zhǔn)儀檢查高程,使用木楔調(diào)整高程,無(wú)誤后可拼裝底模。

4.2.4 支架預(yù)壓試驗(yàn)

考慮梁體自重、地面下沉及支架的彈性和非彈性變形等因素影響,需對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓。為減少對(duì)箱梁底模板的損傷,在支架搭設(shè)完成并鋪設(shè)完方木、楞木,未鋪底模前即對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓。預(yù)壓采用在支架頂面堆碼砂袋的方式,砂袋的重力須達(dá)到施工荷載的1.2倍,用吊車吊裝,荷載分布與箱梁施工荷載分布相同。

砂袋應(yīng)逐袋稱量,設(shè)專人稱量、專人記錄;稱量好的砂袋一旦到位就必須采取防水措施,要準(zhǔn)備好防雨布。加載時(shí),派專人觀察支架變化情況,一旦發(fā)現(xiàn)異常,立即進(jìn)行補(bǔ)救。加載應(yīng)分級(jí)進(jìn)行,并及時(shí)進(jìn)行測(cè)量、觀測(cè),加載的順序應(yīng)盡量接近于澆筑混凝土的順序,不可隨意堆放。卸載也應(yīng)分級(jí)進(jìn)行并測(cè)量,對(duì)以上測(cè)量過(guò)程作詳細(xì)記錄。

測(cè)點(diǎn)布設(shè):每跨縱橋向設(shè)5個(gè)斷面(約間隔5m設(shè)1個(gè)),每個(gè)斷面設(shè)10個(gè)測(cè)點(diǎn),上下各 5個(gè),上部 5個(gè)測(cè)點(diǎn)分別設(shè)在兩側(cè)翼緣板各1個(gè)、兩腹板處各1個(gè),梁中心線底板處1個(gè);下5個(gè)測(cè)點(diǎn)分別設(shè)在對(duì)應(yīng)上5個(gè)的水平投影位置左右,并且在方木上。對(duì)各測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行編號(hào),以便預(yù)壓時(shí)進(jìn)行對(duì)比觀測(cè),控制模板立模高程。

按加載前、加載20%荷載、加載50%荷載、加載100%荷載、加載120%荷載進(jìn)行沉降觀測(cè)。加載完畢后規(guī)定每天觀測(cè)2次,早晚各1次,并做好沉降觀測(cè)記錄,以備支架預(yù)設(shè)拱度時(shí)計(jì)算所用。沉降觀測(cè)應(yīng)選擇每天的氣溫較低時(shí),時(shí)間為早上8:00下午5:00左右。支架的預(yù)壓時(shí)間無(wú)嚴(yán)格要求,一般以全部加載完畢后連續(xù)2 d的沉降不大于2 mm即可,說(shuō)明支架沉降已穩(wěn)定。

卸載按照荷載的100%、荷載的50%、卸載后進(jìn)行觀測(cè)。

預(yù)壓結(jié)束后算出支架的非彈性變形、基礎(chǔ)沉降變形及彈性變形值,用以計(jì)算模板高程調(diào)整時(shí)的預(yù)留值。預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁根據(jù)跨度、混凝土收縮徐變以及預(yù)計(jì)二期荷載等因素,確定需預(yù)設(shè)反拱的數(shù)值,必須嚴(yán)格按計(jì)算好的數(shù)據(jù)控制好各部支架的高程,確保預(yù)拱度符合要求。

在加載過(guò)程中,主要構(gòu)件的數(shù)據(jù)如下(彈性變形):碗扣支架最大沉降變形為13 mm,跨路門(mén)洞最大沉降約16 mm,底模沉降變形一般為14～17 mm。

通過(guò)模擬支架在箱梁施工時(shí)的加載過(guò)程來(lái)分析,驗(yàn)證了碗扣支架的彈性變形,消除了非彈性變形?？梢酝ㄟ^(guò)預(yù)壓數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)支架施工中模板的預(yù)拱度值以及混凝土澆筑施工。

5 結(jié)語(yǔ)

石武客運(yùn)專線確山特大橋(19號(hào)～22號(hào)墩)(32+48+32)m連續(xù)梁現(xiàn)澆支架方案設(shè)計(jì)中,借鑒了國(guó)內(nèi)同類工程施工經(jīng)驗(yàn),凝聚了中鐵十八局技術(shù)人員的智慧,通過(guò)施工單位的努力,形成了技術(shù)可靠的施工方案。因?yàn)槌晒Σ捎昧送肟凼戒摴苣_手架施工方案,使安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了理想的效果,整個(gè)實(shí)施過(guò)程順利可靠。在確山特大橋(32+48+32)m連續(xù)梁現(xiàn)澆支架施工中,充分體現(xiàn)了碗扣式鋼管腳手架多功能、高功效、承載力大、安全可靠、成本低的優(yōu)越性及可行性,為同類現(xiàn)澆梁施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

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