淺析高橋墩蓋梁支架施工技術(shù)

李兵

摘要： 以中鐵四局路橋公司承建的通江縣璧州大道二期建設(shè)工程1#大橋高橋墩蓋梁支架施工為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)貝雷片支架設(shè)計(jì)、成果驗(yàn)算、預(yù)壓方案、拆除方案及施工方案成果的分析，最終確保蓋梁支架方案的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性、可行性。

Abstract： This paper takes the high bridge pier capping beam bracket construction of the 1# bridge in Bizhou Bridge Ⅱconstruction project constructed by Road & Bridge Engineering Co.， Ltd. of CTCE Group in Tongjiang County as the example. Through analyzing the holder design check calculation of results， preloading scheme， demolishing scheme and construction scheme of beret piece， the scientific， economy and feasibility of the capping beam support scheme is ultimately ensured.

關(guān)鍵詞： 高橋墩；貝雷片；支架；驗(yàn)算；方案

Key words： high pier；beret piece；holder；check calculation；plan

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）06-0122-03

0 引言

隨著科技發(fā)展，支架現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)是橋梁結(jié)構(gòu)中較常采用的結(jié)構(gòu)形式。但是城市立交橋由于空間限制，經(jīng)常出現(xiàn)線路交叉情況，山區(qū)橋梁地形崎嶇不平、地質(zhì)情況不一，搭設(shè)滿堂支架方案可行性很低，對(duì)于高橋墩蓋梁，搭設(shè)滿堂支架高度大，安全性低，而且材料、人員、投入很大。利用已完成的橋墩為柱，貝雷片為梁搭建貝雷梁柱式支架體系就很經(jīng)濟(jì)、安全、科學(xué)的解決高橋墩蓋梁施工問(wèn)題。

1 工程概況

中鐵四局承建的通江縣璧州大道二期建設(shè)工程1#大橋位于通江縣高明新區(qū)山內(nèi)峽谷處，共27跨，每跨30m，本橋梁共有32個(gè)蓋梁，蓋梁頂寬2.5m，底寬1.2m，高2.5m。蓋梁跨度16m（墩中心線間），兩端懸挑長(zhǎng)度均為6.2m，寬度2.5m。如圖1所示 。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 支架設(shè)計(jì)

全橋高支墩蓋梁采用貝雷梁施工平臺(tái)式結(jié)構(gòu)進(jìn)行承重，在已完成橋墩處做牢固支撐點(diǎn)，中間不設(shè)置臨時(shí)支墩。采用精軋螺紋鋼+牛腿+砂筒+型鋼+貝雷片+型鋼組合形式承重。澆筑橋墩時(shí)預(yù)留牛腿安放位置及對(duì)應(yīng)牛腿加固的精軋螺紋鋼孔洞，牛腿自行焊接設(shè)計(jì)計(jì)算，牛腿上設(shè)置砂筒，方便拆卸，砂筒上雙40a橫向工字鋼作為貝雷片橫梁，貝雷梁鏈接支撐架采用L 75×75×8mm等邊角鋼，貝雷梁上安裝20槽鋼分配受力，槽鋼鋪設(shè)完成后在其上鋪1.5cm厚竹膠板形成蓋梁混凝土澆筑底模平臺(tái)。平臺(tái)外側(cè)設(shè)置防護(hù)網(wǎng)保證施工安全。如圖2、圖3所示。

2.2 支架計(jì)算

蓋梁承重中間跨度13.30m，兩邊懸臂長(zhǎng)度4.85m，采用2組貝雷梁承重，單層雙排為一組，每組垂直牢固依靠橋墩，每排10片貝雷片，計(jì)算取6號(hào)橋墩的支架體系驗(yàn)算。

2.2.1 荷載分析

①鋼筋混凝土自重取26kN/m3，

蓋梁跨中斷面面積S1=3.52m2

蓋梁端部斷面面積S2=2.32m2

則蓋梁跨中段均布線性荷載為

q1=91.52kN/m（q=S×？酌）

蓋梁懸臂段混凝土荷載為梯形荷載，大小由q1=91.52kN/m漸變至q2=60.32kN/m。

②模板及支架自重荷載。

蓋梁底模采用1.5cm厚竹膠板，竹膠板容重取8kN/m3；

側(cè)模采用定型鋼模板，鋼模板取0.6kN/m2（包含加固桿件重量）；

[20a槽鋼22.6kg/m，4.5m/根，共布置80根；

貝雷片取300kg/片（包含銷釘、螺栓、支撐架、防護(hù)措施重量），共布置40片。

按平臺(tái)滿鋪計(jì)算，將模板及支架自重?fù)Q算為均布線荷載：q3=10.4kN/m。

③活載。

施工人員及機(jī)具荷載取1kN/m2；

振搗混凝土產(chǎn)生的荷載取0.5kN/m2；

換算成均布線荷載：q4=1.8kN/m2。

綜上所述，蓋梁施工荷載總值為：

跨中：

q中=1.2（q1+q3）+1.4×q4=124.82kN/m

懸臂段：

q中=1.2（q2+q3）+1.4×q4=87.38kN/m

即：懸挑段荷載為自蓋梁端到懸挑根部由87.38kN/m漸變?yōu)?24.82kN/m的梯形荷載。如圖4所示。

2.2.2 貝雷梁驗(yàn)算

①貝雷梁結(jié)構(gòu)參數(shù)。

容許內(nèi)力彎矩為：

雙排單層1576.4kN·m；

容許內(nèi)力剪力為：

雙排單層490.5kN；

截面抵抗彎矩為：

雙排單層7157.1cm3；

截面慣性矩為：

雙排單層500994.4cm4。

②模擬模型為有多余約束靜定結(jié)構(gòu)通過(guò)結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算器求得：

最大彎矩產(chǎn)生在跨中：

Mmax=1563.6kN·m

<[Mmax]=1576.4×2=3152.8kN·m

最大剪力產(chǎn)生在支點(diǎn)上：

Tmax=830.05kN<[Tmax]=490.5×2=981.00kN

最大彎矩及剪力均小于極限允許值，強(qiáng)度滿足要求。

撓度小于允許值，滿足剛度要求。

以上驗(yàn)算，貝雷梁處于安全狀態(tài)，并且考慮安全系數(shù)。

貝雷梁受到的最大支座反力為1136.8kN，I40工字鋼兩側(cè)受到壓力為：N=1136.8÷2=568.4kN

2.2.3 [20a槽鋼受力計(jì)算

①型鋼力學(xué)性能參數(shù)：極限抗彎應(yīng)力為215MPa，抗剪切應(yīng)力為129MPa。

②槽鋼鋪設(shè)間距為30cm，按截面荷載重量法分配到總荷載跨度2.5m的槽鋼計(jì)算結(jié)果分析如下：

混凝土荷載：

q1=3.52×0.3×26÷2.5=10.95kN/m

模板荷載：

q2=（0.12+0.6）×0.3=0.22kN/m

撓度小于允許值，滿足剛度要求。

2.2.4 I40a工字鋼受力計(jì)算

I40a工字鋼承受貝雷梁支點(diǎn)荷載，大小等于貝雷梁支點(diǎn)反力。貝雷梁支點(diǎn)反力總值由工字鋼上兩點(diǎn)分擔(dān)，則單點(diǎn)集中荷載值568.4kN。受力如圖6所示。

雙I40a工字鋼最大彎矩為：

Mmax=F×l=568.4×0.68=386.51kN·m

最大彎曲應(yīng)力：

抗彎、剪切應(yīng)力均小于極限允許應(yīng)力，滿足強(qiáng)度要求。

2.2.5 牛腿焊縫抗剪計(jì)算

①焊縫高度10mm，考慮現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量，按照9mm驗(yàn)算，牛腿焊縫總長(zhǎng)度l=250×2+400×4=2100mm

焊縫承受剪應(yīng)力：

剪切應(yīng)力小于極限允許應(yīng)力，滿足強(qiáng)度要求。

②精軋螺紋鋼驗(yàn)算。

牛腿上鋼板受力后，牛腿側(cè)鋼板有繞鋼板下緣轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，可視精軋螺紋鋼為純受拉狀態(tài)。最大拉力考慮為支點(diǎn)反力值為568.4KN，φ32經(jīng)軋螺紋鋼抗拉極限強(qiáng)度[σ]=1080MPa。

受拉應(yīng)力小于極限允許應(yīng)力，滿足要求。

3 施工工藝

3.1 牛腿制作與安裝。

橋墩施工時(shí)，提前測(cè)量預(yù)埋牛腿安裝位置，并在各牛腿安裝位置預(yù)埋一塊孔徑及孔距與牛腿底座鋼板一致的鋼板預(yù)埋件。預(yù)埋件采用1cm厚Q235鋼板，鋼板背面等間距貼焊3道φ20“U”型鋼筋。

采用雙面焊接并保證焊縫飽滿，符合規(guī)范要求。鋼筋錨入墩身混凝土內(nèi)，每個(gè)墩柱預(yù)埋4塊鋼板。墩身混凝土澆筑前采用φ40mmPVC管預(yù)留孔洞，PVC管兩端用膠帶封閉以防止混凝土進(jìn)入管內(nèi)，PVC管安裝時(shí)應(yīng)對(duì)應(yīng)墩身兩側(cè)預(yù)埋鋼板的孔眼位置。鋼板內(nèi)嵌入墩柱混凝土內(nèi)3cm，蓋梁施工完成后，澆筑3cm細(xì)石混凝土將鋼板覆蓋。

牛腿采用2cm厚Q235鋼板焊接加工，孔眼直徑40mm，眼距140mm。

蓋梁施工各墩柱上共設(shè)置4個(gè)牛腿，每個(gè)墩身（橫橋向）兩側(cè)各設(shè)2個(gè)。蓋梁施工前，打通墩身預(yù)埋孔洞并穿入φ32mm精軋螺紋鋼，再對(duì)應(yīng)孔眼位置安裝牛腿，通過(guò)擰緊精軋螺紋鋼螺帽將牛腿固定。

3.2 貝雷梁安裝

牛腿安裝完成后，在牛腿頂面放置預(yù)先壓制好的砂筒（砂筒高度15cm），砂筒安裝前在牛腿上用鋼筋焊接固定砂筒套圈（原則不要影響卸載），砂筒直接放入固定防止位移。再在墩身各側(cè)砂筒頂橫橋向安放1組加肋的雙I40a工字鋼，工字鋼長(zhǎng)度4m，安裝時(shí)注意調(diào)整工字鋼位置，保證兩端懸挑長(zhǎng)度相等。同一墩柱各側(cè)一組工字鋼與墩身密貼，并在懸出墩身混凝土位置工字鋼兩端腹板上打孔穿φ25mm精軋螺紋鋼，將兩根工字鋼鎖定在墩身混凝土上。為防止安放及拆除貝雷梁時(shí)不同步而發(fā)生工字鋼偏載傾覆，采用2噸手拉葫蘆向下拉連接在墩柱上。

橫向工字鋼安裝固定好后在其上鋪設(shè)貝雷梁，墩身前后各設(shè)置2排，每排貝雷梁由10片貝雷片組成（總長(zhǎng)度30m）。

貝雷梁安裝時(shí)，先在地面拼裝完成，采用2臺(tái)吊車平穩(wěn)地吊裝在墩身一側(cè)橫向工字鋼上，安放時(shí)必須保證對(duì)稱準(zhǔn)確并用2噸手拉葫蘆做臨時(shí)固定處理，然后再對(duì)稱安裝墩身另一側(cè)貝雷梁。

蓋梁支架貝雷梁跨中貝雷梁采用L 75×75×8mm等邊角鋼焊接成支撐架（角鋼支撐架加工結(jié)構(gòu)同原貝雷梁支撐架結(jié)構(gòu)），通過(guò)支撐架對(duì)兩側(cè)貝雷梁進(jìn)行加固，防止扭曲，增強(qiáng)支架貝雷梁的結(jié)構(gòu)剛度穩(wěn)定性。角鋼支撐架在貝雷梁長(zhǎng)度方向上每片貝雷梁（每3m）安裝一道，跨中共安裝3道。

支撐架加固安裝完成后，再在墩身處采用木楔塊填在間隙中間使貝雷梁保持垂直，然后用φ25mm精軋螺紋鋼筋在墩柱處對(duì)拉貝雷梁，使貝雷梁緊貼墩柱，以達(dá)到貝雷梁與墩身之間固定的目的。

3.3 底模平臺(tái)安裝

人工在貝雷梁頂面橫向鋪設(shè)[20a槽鋼，槽鋼單根長(zhǎng)度4.5m，鋪設(shè)間距30cm。槽鋼鋪設(shè)完成后在其上鋪1.5cm厚竹膠板形成蓋梁混凝土澆筑底模平臺(tái)。槽鋼外懸端按2m間距在槽鋼上用螺栓連接高度2.0m 50*50*4mm角鋼立柱，立桿上0.6m間距鎖兩道Ф25鋼筋水平橫桿并掛安全網(wǎng)作為工人走行通道及施工平臺(tái)。

4 預(yù)壓方案

在支架拼裝好安裝底模后，對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)。卸載后，及時(shí)觀測(cè)支架沉降量和回彈值，計(jì)算出支架的彈性變形與非彈性變形值，非彈性變形值可在預(yù)壓結(jié)束后予以消除，而彈性變形則作為支箱梁施工預(yù)留沉降量的依據(jù)。

底模標(biāo)高控制為：H=h+r+Δ

其中，H為底模立模標(biāo)高，h為設(shè)計(jì)梁底標(biāo)高；r為梁跨各斷面的設(shè)計(jì)預(yù)拱度，Δ為預(yù)壓后各相應(yīng)斷面的彈性變形沉降量。

5 結(jié)束語(yǔ)

鑒于高速公路橋梁的質(zhì)量、安全及美觀的需求，同時(shí)針對(duì)橋梁工程施工過(guò)程安全、質(zhì)量的保證，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場(chǎng)施工條件對(duì)臨時(shí)支架進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)算是十分必要的。為確保方案的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性、可行性，應(yīng)對(duì)方案進(jìn)行嚴(yán)格的復(fù)核與審批。本工程橋墩蓋梁施工在保證施工安全、質(zhì)量?jī)?yōu)良方面取得了較好的成果，安全上避免了高大的桿件受壓失穩(wěn)、質(zhì)量上保證梁體平順?lè)€(wěn)固、經(jīng)濟(jì)上較滿堂支架體系節(jié)省30%，希望能對(duì)類似工程起到借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB 50017—201X，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范2014[S].

[2]路橋施工計(jì)算手冊(cè)編寫組.路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京人民交通出版社，2001.

[3]劉東躍.施工臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)專項(xiàng)技術(shù)方案[M].遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2013.

[4]康雪軍，劉傳文.高橋墩無(wú)支架施工技術(shù)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（11）.

[5]石龍海.高橋墩無(wú)支架施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2012（05）.