超大倒T形蓋梁采用墩梁式支撐體系施工技術(shù)

武正峰

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222)

1 概述

公路現(xiàn)澆蓋梁施工支架有多種形式，通常有碗扣式支架、大鋼管支架、墩柱上設(shè)置鋼抱箍支撐型鋼和軍用墩等形式。上海A15公路新建工程7標(biāo)段部分蓋梁，跨越原既有水源箱涵，有13個蓋梁與箱涵交角為10.55°，箱涵寬17.56 m。根據(jù)水務(wù)部門規(guī)定，箱涵5 m范圍內(nèi)不得設(shè)置墩位，設(shè)計文件中墩柱與墩柱凈距最大為36.3 m，最大蓋梁長56.83 m，寬2.7 m，高4.5 m，C50混凝土477 m3，重約12 000 kN，是一種特殊形式的超大蓋梁。現(xiàn)澆蓋梁支撐方案是保證超大蓋梁施工質(zhì)量與安全的關(guān)鍵，是施工的重要環(huán)節(jié)。

2 支架方案的選擇與設(shè)計

2.1 承重支架方案比選

根據(jù)現(xiàn)場的施工條件，需選擇合理的承重支架進(jìn)行大蓋梁施工，以其中最大MJ2型蓋梁為例進(jìn)行分析，承重支架選擇需考慮以下因素。

(1)蓋梁長56.83 m，寬2.7 m，高4.5 m，C50混凝土477 m3，墩柱與墩柱凈距為36.3 m。

(2)根據(jù)水務(wù)部門要求，承重支架基礎(chǔ)不能設(shè)置在箱涵上，且臨時支點(diǎn)與箱涵最小距離為1 m。

(3)箱涵寬17.56 m，支架基礎(chǔ)跨度越大，支點(diǎn)越少，支點(diǎn)受力越大。

考慮以上因素，有3種支架方案供選擇，一是采用滿堂支架，基礎(chǔ)可采用硬化后，澆筑條形基礎(chǔ)，上搭設(shè)滿堂支架;二是在箱涵兩側(cè)和承臺上搭設(shè)軍用墩，箱涵兩側(cè)基礎(chǔ)采用硬化后，澆筑條形基礎(chǔ)，承臺上設(shè)預(yù)埋件，直接搭設(shè);三是采用大鋼管柱式墩，鋼管下設(shè)鉆孔樁基礎(chǔ)。以上3種方案支架和墩上均設(shè)型鋼和貝雷梁。

第一種方案，根據(jù)水務(wù)部門要求，支架不能搭設(shè)在箱涵上，箱涵兩側(cè)的空間有限，地基下為軟淤泥基礎(chǔ)，換填的深度較大，蓋梁重12 000 kN，普通換填不能滿足承重要求，跨越箱涵后滿堂支架支點(diǎn)受力不能滿足承重要求，因此此方案不可行。

第二種方案，根據(jù)水務(wù)部門要求，支架不能搭設(shè)在箱涵上，箱涵兩側(cè)的空間有限，軍用墩基礎(chǔ)受力面積小，地基下為軟淤泥基礎(chǔ)，換填的深度較大，普通換填不能滿足承重要求，因此此方案不可行。

第三種方案，在原有墩柱兩側(cè)的承臺上設(shè)支撐點(diǎn)，另外在兩墩柱內(nèi)側(cè)設(shè)置2個臨時支撐點(diǎn)，根據(jù)承重支架的整體受力進(jìn)行分析，兩臨時支點(diǎn)間距為21.14 m，支點(diǎn)距箱涵的邊緣凈距1 m，每個支點(diǎn)采用2根φ1 200 mm鉆孔樁作承重支架基礎(chǔ)，樁長40 m，挑檐部分設(shè)置1根φ800 mm的鉆孔樁，樁長41 m。此方案鉆孔樁基礎(chǔ)占用空間小，受力均勻，經(jīng)計算，能滿足支架基礎(chǔ)受力要求，大鋼管支柱可利用原有材料，安裝方便，且設(shè)置斜桿方便簡易，可減小貝雷梁的跨度。

綜上所述，選擇方案三作為大蓋梁支架的支撐體系。

蓋梁與水源箱涵關(guān)系見圖1，承重支架支撐體系見圖2。

圖1 蓋梁與水源箱涵位置關(guān)系立面(單位:mm)

圖2 蓋梁施工支撐體系

2.2 基礎(chǔ)、支撐立柱及貝雷梁支撐體系的設(shè)計

2.2.1 基礎(chǔ)設(shè)計

(1)1號支點(diǎn)處鉆孔樁選取樁徑0.8 m，樁長41 m。經(jīng)計算單樁實(shí)際承載力:N=1 363 kN;單樁豎向允許承載力:[Ra]=1 615 kN ＞N=1 363 kN;單樁承載力滿足要求。

(2)2號及3號支點(diǎn)處鉆孔樁選取樁徑1.2 m，樁長40 m。經(jīng)計算單樁實(shí)際承載力:N=3 709 kN;單樁豎向允許承載力:[Ra]=4 319 kN ＞N=3 709 kN;單樁承載力滿足要求。

2.2.2 立柱設(shè)計

(1)根據(jù)設(shè)計，MJ2型蓋梁長度56.83 m，C50混凝土477 m3，總重12 402 kN(γ取26 kN/m3)。

(2)支撐立柱設(shè)8排，其中跨箱涵位置設(shè)2排斜支撐，斜撐頂端間加水平橫撐，克服水平分力;由于L6斜撐比L5產(chǎn)生的水平分力大616 kN，在L6與2號墩柱間設(shè)置4道φ32 mm的HRB335鋼筋拉桿，墩柱位置設(shè)[12型鋼背梁，背梁與拉桿采用焊接，以確保受力平衡。

考慮到澆筑混凝土過程中，支架荷載是在動態(tài)中增加的，為確保斜撐體系向L6方向位移，L5斜撐與1號墩柱采用2根φ32 mm的HRB335鋼筋連接，連接方法與L6與2號墩相同。

通過計算，立柱采用3根φ377 mm(t=8 mm)鋼管(非卷板管)，斜撐采用4根φ377 mm(t=8 mm)鋼管(非卷板管)。管底焊接10 mm厚鋼板封底，以便與鋼墊梁焊接。

水平撐為3道[16a拼焊型鋼。

同排的鋼管，用[10的型鋼焊接成整體，便于拆裝、運(yùn)輸。

水平橫撐與斜撐間焊接。

斜撐底與立柱間采用焊接。

為克服斜撐底部產(chǎn)生的水平分力，防止臨時樁位移，或承臺受水平推力太大，在管底設(shè) 16根φ32HRB335 mm鋼筋。施工過程中產(chǎn)生的不均勻荷載由臨時樁與承臺間的水平撐承擔(dān)。

(3)臨時樁頂設(shè)置4排I45型鋼墊梁，使同排的2根臨時樁均勻受力。鋼管與鋼墊梁之間焊接，鋼墊梁直接放在臨時樁頂，并與樁頂預(yù)埋鋼筋焊成整體。

(4)為防止斜撐水平力造成臨時樁位移，在承臺和斜撐底部間設(shè)置2道[18型鋼水平撐。

(5)楔形墊塊。鋼管頂用20 mm厚鋼板封口，在鋼板上設(shè)置楔形墊塊，厚度80 mm，以便拆除支架。

2.2.3 主橫梁

在楔形墊塊頂部設(shè)置主橫梁，每道為2道I45型鋼拼焊在一起，長度3 500 mm，以便分布貝雷片。

2.2.4 貝雷支架

在主橫梁上均布4道加強(qiáng)貝雷片，間距1 000 mm。支架長度為60 m。4道加強(qiáng)貝雷片之間，每2格(6 m)設(shè)置橫向聯(lián)接片1處，聯(lián)接片為90 cm標(biāo)準(zhǔn)件。

由于考慮所有最不利荷載疊加后的受力，D跨產(chǎn)生的撓度最大，而且也只有7.9 mm，因此，施工時，在立柱頂高程考慮調(diào)整即可。

在貝雷片頂部均布I18型鋼墊梁，間距500 mm，長度6 m。一是作為鋪設(shè)底模的墊梁，二是作為人行步道和安全維護(hù)的橫梁。

鋼墊梁與貝雷之間用U型卡固定。

2.2.5 支撐體系的受力與穩(wěn)定性計算

通過對支撐體系建立力學(xué)模型，確定荷載，并對工字鋼墊梁、貝雷梁、支架鋼管進(jìn)行檢算，強(qiáng)度和穩(wěn)定性符合規(guī)范要求。

3 大蓋梁施工關(guān)鍵技術(shù)

大蓋梁一次澆筑混凝土達(dá)477 m3，工作面小，澆筑時間長，需采取有效施工技術(shù)措施才能控制蓋梁底板的施工裂縫產(chǎn)生，保證施工質(zhì)量。

3.1 澆筑順序的選擇

一般小方量蓋梁采取先澆筑墩頂，再澆筑跨中的方法，這樣有利于支架的整體受力。但是由于本蓋梁澆筑時間在8 h左右，若先澆筑墩頂，墩頂處混凝土可能先發(fā)生初凝，再澆筑跨中，因在澆筑過程中受力不均勻，對墩頂處混凝土?xí)a(chǎn)生側(cè)向彎矩，容易引起墩頂處混凝土開裂。因此選擇先澆筑跨中的E區(qū)及G區(qū)，再澆筑墩頂?shù)腃區(qū)及H區(qū)，且每50 cm一層，分層進(jìn)行澆筑，保證承重支架受力均勻。

3.2 混凝土初凝時間及澆筑速度的控制

混凝土初凝時間對蓋梁是否產(chǎn)生開裂起著關(guān)鍵的作用，若最后混凝土澆筑完成時，首先澆筑的混凝土已經(jīng)初凝，這樣由于不同位置混凝土受力不均勻，容易使蓋梁底板產(chǎn)生裂縫。因此選擇混凝土配合比時應(yīng)加入適量高效緩凝減水劑，使混凝土初凝時間控制8 h左右，同時澆筑時采用2臺汽車泵進(jìn)行澆筑，縮短混凝土澆筑時間。本蓋梁共477 m3混凝土，1臺汽車泵的泵送能力為50 m3/h，2.5 h即可澆筑一半，澆筑一半后，暫停30 min，待支撐體系受力均勻，使彈性變形及非彈性變形趨于穩(wěn)定，再進(jìn)行澆筑剩余一半，剩余混凝土適當(dāng)放慢澆筑速度，每臺汽車泵澆筑速度控制在35 m3/h，這樣在7 h內(nèi)可澆筑完成。

3.3 混凝土溫度控制

由于蓋梁在夏季澆筑，氣溫較高，采取以下措施降低混凝土澆筑時的溫度:

(1)拌和站的砂石料采用土工布進(jìn)行覆蓋，減少太陽的照射;

(2)為掌握混凝土內(nèi)部溫升與表面混凝土溫度變化情況，在蓋梁內(nèi)埋設(shè)測溫點(diǎn);

(3)測溫點(diǎn)采用預(yù)埋管液晶水銀溫度計，控制混凝土內(nèi)外溫差盡量在25℃以內(nèi)，保證混凝土最高澆筑溫度控制在28℃以內(nèi)。

(4)蓋梁模板拆除后立即灑水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，先采用1層塑料薄膜進(jìn)行包裹，再采用土工布進(jìn)行覆蓋，24h灑水養(yǎng)護(hù)。

3.4 沉降觀測

承重支架隨著荷載的增加，逐漸下沉，但不同時刻下沉量是不均勻的，因此混凝土受力也不均勻，容易對混凝土產(chǎn)生側(cè)向彎矩，對底板出現(xiàn)裂縫有較大的影響。

以理論計算為依據(jù)，保證支撐體系的沉降量滿足規(guī)范要求，混凝土澆筑時，做好沉降觀測，及時根據(jù)實(shí)際的沉降量來控制澆筑速度。

本蓋梁澆筑時支架沉降具體數(shù)據(jù)見表1(具體觀測點(diǎn)編號見圖2)。

表1 蓋梁支架沉降觀測記錄mm

通過對超大蓋梁支架支撐體系施工過程觀測，并對觀測數(shù)據(jù)分析，跨中最大沉降量為22 mm，小于容許變形量L/400=24 mm，主要因素有:蓋梁混凝土荷載，貝雷片彈性變形，貝雷片插銷的非彈性變形等因素，在允許范圍內(nèi)，對超大蓋梁施工是安全的。

4 結(jié)語

由于大蓋梁施工方案合理，施工中采取了切實(shí)有效的控制措施，蓋梁混凝土表面光滑，色澤一致，底板未出現(xiàn)裂縫，確保了施工質(zhì)量。采用大鋼管及貝雷梁作為支撐體系，節(jié)約了成本，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。上海A15公路于2010年通車，緩解了上海公路交通的壓力，社會效益明顯。

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