牛場坪大橋連續(xù)梁0號段現(xiàn)澆支撐體系研究

付志輝

摘要：進(jìn)行云桂線牛場坪雙線大橋雙線鐵路高墩大尺寸連續(xù)梁0號段施工時，為了在大體積、高墩及現(xiàn)場施工條件差等不利條件下，確保0號段現(xiàn)澆模板支撐系統(tǒng)達(dá)到要求的承載能力及安全穩(wěn)定性，并同時在施工成本上得到有效控制，對0號塊的常用的各種支撐方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及適用性進(jìn)行了研究及比對，以選取適合本項目的0號塊現(xiàn)澆施工模板支撐方案，并對選定支撐系統(tǒng)方案進(jìn)行了優(yōu)化及改進(jìn)，最終順利地完成本項目0號塊的施工任務(wù)，確保了工程質(zhì)量及施工安全，同時也取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

Abstract： During the construction of No.0 section of the high-deck large-size continuous beam of the two-line railway of Niuchangping Double-line Bridge of Yungui Railway， in order to ensure the required load carrying capacity and safety and stability of the pouring of No.0 section under the unfavorable conditions such as large volume， high pier and poor construction conditions on site， and at the same time effectively control the construction costs， the technical， economic and applicability of various commonly used support schemes for Block 0 were studied and compared to select the suitable scheme for this project， and the optimization and improvement of the selected support system scheme was carried out， and finally the construction task of Block 0 of this project were completed smoothly， ensuring the quality of the project and construction safety， and also achieving good social and economic benefits.

關(guān)鍵詞：雙線鐵路;0號塊現(xiàn)澆;模板支撐系統(tǒng);托架方案;優(yōu)化及改進(jìn)

Key words： two-track railway;No.0 section cast-in-place;formwork support system;bracket scheme;optimization and improvement

中圖分類號：U445? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）36-0172-04

0? 引言

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，橋梁工程向大跨度及高橋墩方面不斷發(fā)展，故連續(xù)梁體0號段尺寸規(guī)模更大、離地高度更遠(yuǎn)。進(jìn)行連續(xù)梁0號段現(xiàn)澆施工時模板支撐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸及所承受荷載劇增，致使傳統(tǒng)的落地式滿堂支架、預(yù)埋構(gòu)件焊接托架及鋼立柱支架等常用支撐方式，不管在承受荷載能力還是安全穩(wěn)定性方面均難以滿足施工的要求。因此，對連續(xù)梁高墩大尺寸0號段模板支撐系統(tǒng)及方法進(jìn)行研究，確保安全、高效及經(jīng)濟(jì)地完成高墩大尺寸0號段的施工具有重要工程意義。

1? 工程概況

新建云桂鐵路牛場坪雙線大橋上部結(jié)構(gòu)采用（36+64+40）m無砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。本橋位于六郎隧道出口與對門山隧道進(jìn)口之間，全橋位于“V”型谷內(nèi)，兩側(cè)山體陡峭，現(xiàn)場施工運輸便道依山而建，狹小彎曲。

牛場坪雙線大橋上構(gòu)連續(xù)梁采用懸臂灌注法施工，連續(xù)梁墩頂0號段長9m，中支點處梁高為6.0m，梁底寬6.7m，兩側(cè)懸臂1.5m，底板厚75～80cm，腹板厚80cm，隔板厚190cm，頂板厚35cm，0號段內(nèi)鋼筋種類繁多，數(shù)量大，預(yù)應(yīng)力管道密集，混凝土方量約為222立方，梁段重量達(dá)588.3噸。主墩1號墩、2號墩分別高達(dá)36.5m、41.4m。

本項目雙線鐵路0號段具有尺寸大、圬工多、離地高度遠(yuǎn)等特點，且地處陡峭的山區(qū)，施工運輸條件差。故采用的0號段模板支撐系統(tǒng)須具有構(gòu)件尺寸小、施工簡便、承載能力強、安全穩(wěn)定性好及施工成本低等要求。

2? 連續(xù)梁0號段支撐系統(tǒng)的選擇

首先對常用的幾種0號段模板支撐系統(tǒng)的技術(shù)方案進(jìn)行了適用性分析、研究及比對，以期初步確定適合本項目的0號段模板支撐系統(tǒng)的基本構(gòu)造方案。

①落地式鋼管支架。因主墩較高，本項目落地式支架為高大模板支撐體系，不僅安全風(fēng)險極高，施工難度大，材料數(shù)量要求多。且因0號段施工的荷載值很高，高大支架的彈性及非彈性累積變形值遠(yuǎn)超質(zhì)量控制要求，故本項目排除此方案。②采用鋼管立柱落地式支架。此支撐方案具有承載能力強、沉降少及安全性好等特點，但本項目地處陡峭的山區(qū)，長大鋼管立柱運輸及吊裝困難，故不本項目施工作業(yè)條件不允許采用此方案。③墩頂托架。即采用型鋼構(gòu)件制作鷹架式非落地支架，此支架具有施工簡便、所需材料數(shù)量少，特別適用于高墩等優(yōu)點。經(jīng)專家評審，初步同意在本項目采用墩頂托架的模板支撐形式，但要求最終方案能夠采取有效技術(shù)措施，消除以往此類托架施工時現(xiàn)場焊接連接工程量大而存在的質(zhì)量安全隱患。

3? 托架設(shè)計及優(yōu)化

3.1 托架總體布置方案

經(jīng)多次優(yōu)化及改變，使用托架具本技術(shù)方案如下。

臨時托架直接安裝在墩身預(yù)埋件上，托架在墩身縱向、橫向兩側(cè)對稱布置，順橋側(cè)為主托架，橫向布設(shè)2排，間距按5.6m排列，2排托架間設(shè)置為[28槽鋼剪刀撐以增加整體穩(wěn)定性，托架上架設(shè)間距為3.3m的2排2I40b工字鋼梁作為承重橫梁，然后順橋向鋪設(shè)I40a工字鋼縱梁，及底模下15×15方木組成施工平臺。橫橋側(cè)設(shè)置單排邊托架，邊托架上鋪設(shè)I40a工字縱梁，然后鋪設(shè)底模下方木組成施工平臺。托架具體布置見圖1、圖2。托架用吊車起吊安裝。

3.2 托架結(jié)構(gòu)優(yōu)化

改預(yù)埋鋼板為預(yù)埋Φ32精軋螺紋鋼，盡量減少現(xiàn)場焊接施工，以減少安全隱患。以往托架常常采取在橋墩上預(yù)埋鋼板，然所托架構(gòu)件與預(yù)埋的鋼板焊接連接的施工技術(shù)。托架構(gòu)件與預(yù)埋鋼板的焊接連接需在施工現(xiàn)場進(jìn)行，焊接技術(shù)控制及質(zhì)量保證難度大，故焊接連接技術(shù)存在較大的安全隱患，而本項目0號段施工荷載大，對焊接的質(zhì)量控制要求更高。本項目將托加方案改進(jìn)成在墩身預(yù)埋Φ32精軋螺紋鋼，待橋墩混凝土結(jié)構(gòu)完成后，在精軋螺紋鋼兩端安裝連接板，連接板上鉆有螺栓孔，其與精軋螺紋鋼采用高強螺栓連接固定。

而連接板與托架桿件、托架桿件之間采用設(shè)置連接板，采取插銷連接方式。連接板及托架所有構(gòu)件均在工廠內(nèi)制作、焊接及質(zhì)量檢測，確保了焊接質(zhì)量?，F(xiàn)場僅需進(jìn)行簡單的安裝連接即可，避免了承載焊縫的現(xiàn)場焊接，消除了焊接質(zhì)量控制難的問題，確保了支撐結(jié)構(gòu)的安全。

主托架的上平桿直接形成0號段梁底坡度，免去了采用其它材料構(gòu)建楔塊調(diào)坡的工作，使施工更簡單、減少了材料用量、降低了施工成本，加快了施工進(jìn)度。

3.3 托架預(yù)壓

托架安裝好后，要進(jìn)行預(yù)壓試驗。在驗證托架支撐系統(tǒng)承載能力的同時，消除非彈性變形，測定彈性變形量，以獲得調(diào)節(jié)底模標(biāo)高的依據(jù)，確保連續(xù)梁線型滿足要求。

托架預(yù)壓采用逐級預(yù)壓的方式施作，分別按照60%、100%、120%最大荷載重量進(jìn)行三級預(yù)壓。預(yù)壓完成后按100%、60%分二級卸載。

本項目0號段作用于支撐系統(tǒng)的施工荷載為21.46t，加載位置和順序盡可能與梁體混凝土施工加載情況相一致的原則進(jìn)行。

托架預(yù)壓施工數(shù)據(jù)監(jiān)測的監(jiān)測點設(shè)置在底模上。橋縱向每側(cè)設(shè)置2排。每排布置3個測點。監(jiān)測點布置見圖3。

加載前，測量記錄各監(jiān)測點初始值。每級加載完成1h后進(jìn)行支架的變形觀測，第三級加載后靜停24h后開始分級卸載，并逐級觀測彈性變形值，由觀測結(jié)果可計算出支架系統(tǒng)的變形值進(jìn)行底模標(biāo)高調(diào)整。

4? 支撐系統(tǒng)承載驗算

4.1 荷載取值

①鋼筋混凝土荷載q1，鋼筋混凝土容重按26.5kN/m3。②模板荷載q2=10～30kN/m2。③施工人員及機械荷載q3=2kN/m2（施工時嚴(yán)格控制其荷載量不超過此值）。④砼振搗荷載q4=2.5kN/m2。

采用Midas有限元分析軟件對托架結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模、約束邊界條件、加載。托架施工模型如圖4。

4.2 托架縱梁及前后承重梁強度驗算

4.2.1 工字鋼縱梁驗算

I40a工字鋼材料特性為：A=86.112cm2，W=1090cm3，E=206GPa，I=1590cm4。強度設(shè)計值[σ]=160MPa，[τ]=80MPa。

根據(jù)荷載分布情況，I40a工字鋼縱梁分為翼緣板、腹板和底板三種工況進(jìn)行承載驗算。

①翼緣板下。

混凝土自重經(jīng)計算得q1=14.6kN/m。

模板自重按q2=10kN/m

施工人員及機械荷載q3=2kN/m2×1.9=3.8kN/m

砼振搗荷載q4=2.5kN/m2×1.9=4.75kN/m

合計得q=14.6+10+3.8+4.75=33.15kN/m

翼緣板下設(shè)置有2根I40a，按受均布線性荷載的簡支梁進(jìn)行計算，則單根I40a工字鋼承受的Mmax=7.92kN·m。則得：σ=M/W=7.92×103/1090×10-6=7.3MPa<160MPa

計算得支點反力：N后=17.82kN，N前=5.02kN，則得：

τ=17.82×103/86.112×10-4=2.1MPa<80MPa

②腹板下。

按以上方法進(jìn)行計算，合計得q=237.625kN/m

腹板下設(shè)置有7根I40a，按受均布線性荷載的簡支梁進(jìn)行計算，則單根I40a工字鋼的Mmax=15.86kN·m。則得：

σ=M/W=15.86×103/1090×10-6=14.6MPa<160MPa

計算得支點反力：N后=35.67kN，N前=10.04kN，則得：

τ=35.67×103/86.112×10-4=4.1MPa<80MPa

③底板下。

按以上方法進(jìn)行計算，合計得q=141.25kN/m

腹板下設(shè)置有5根I40a，按受均布線性荷載的簡支梁進(jìn)行計算，則單根I40a工字鋼的Mmax=13.25kN·m。則得：

σ=M/W=13.25×103/1090×10-6=12.2MPa<160MPa

計算得支點反力：N后=29.79kN，N前=8.39kN，則得：

τ=29.79×103/86.112×10-4=3.5MPa<80MPa

4.2.2 前承重梁檢算

前承重梁由雙I40a組成，承受由其上各縱梁傳遞的荷載，經(jīng)計算得：

Mmax=54.2kN·m、N=65.2kN，則得：

σ=M/W=54.2×103/2×1090×10-6=24.9MPa<160MPa

τ=65.2×103/2×86.112×10-4=3.8MPa<80MPa

最大撓度=5mm<5800/250=23.2mm

4.2.3 后承重梁檢算

后承重梁由雙I40a組成，承受由其上各縱梁傳遞的荷載，經(jīng)計算得：

Mmax=236.4kN·m、N=301.4kN，則有：

σ=M/W=236.4×103/2×1090×10-6=108.4MPa<160MPa

τ=301.4×103/2×86.112×10-4=17.5MPa<80MPa

最大撓度=8mm<5800/250=23.2mm

4.3 托架驗算

4.3.1 材料及其參數(shù)

托架的上平桿、斜撐桿均采用組合截面，材料為兩根[28b槽鋼對扣而成，截面系數(shù)如下：

組合截面的材料特性為：A=91.2cm2，Ixx=10260cm4，Iyy=7811cm4，強度設(shè)計值[σ]=160MPa，[τ]=80MPa。

計算得上平桿承受拉力N=144.2kN，斜撐桿承受壓力N=190.0kN，斜撐桿的有效長度為612.5cm。

上平桿及斜撐桿每個鉸座設(shè)置6根？準(zhǔn)32精軋螺紋鋼，截面積為48.23cm2。精軋螺紋鋼強度設(shè)計值[σ]=400MPa，[τ]=240MPa。

計算得上平桿處精軋螺紋鋼承受剪力=482.3kN;斜撐桿處精軋螺紋鋼受剪力=140.0kN。

4.3.2 強度驗算

①上平桿件承受拉力：

σ=144.2×103/91.2×10-4=15.8MPa<160MPa

②斜撐桿件承受壓力：

σ=190.0×103/91.2×10-4=20.8MPa<160MPa

③斜撐桿穩(wěn)定性計算。

因斜撐桿承受軸向壓力，故需進(jìn)行其桿件穩(wěn)定性計算。

iy=（9711/91.2）-2=10.32

構(gòu)件長細(xì)比λ=l0/rx=612.5/10.32=59.4<150

查表得縱向彎曲系數(shù)Φ=0.713

故[N]=0.713×91.2×160=104.0kN>N=20.8kN。

經(jīng)過承載驗算，可知模板支撐系統(tǒng)整承載能力、穩(wěn)定性及傾覆變形等符合規(guī)范要求。

④精軋螺紋鋼。

上平桿處精軋螺紋鋼：

σ=144.2×103/48.23×10-4=30.0MPa<400MPa

τ=482.3×103/48.23×10-4=100.0MPa<240MPa

斜撐桿處精軋螺紋鋼：

σ=0（斜撐桿的壓力直接傳遞給橋墩身）

τ=140.0×103/48.23×10-4=29.0MPa<240MPa

5? 結(jié)束語

本項目采用了優(yōu)化及改進(jìn)的托架式0號段現(xiàn)澆模板支撐系統(tǒng)，并精心按托架設(shè)計方案組織施工，在施工期間進(jìn)行了支架的變形及承載能力的監(jiān)測。支架穩(wěn)定性表現(xiàn)良好，變形及沉降均在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，沒有出現(xiàn)任何危及施工安全的現(xiàn)象。0號段現(xiàn)澆施工工期較原計劃提前了11天，施工成本節(jié)約了8.6萬元。本項目施工經(jīng)驗對于其他此類大體積及高墩連續(xù)梁0號塊的施工提供了借鑒意義。

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