連續(xù)梁0號(hào)塊支架的設(shè)計(jì)與施工

杜 少 飛

(山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,山西 太原 030006)

1 工程概況

舊縣連接線2號(hào)特大橋設(shè)計(jì)行車速度120 km/h，本橋?yàn)殡p線橋,線間距為5 m，中心里程LK3+683.750，橋梁全長(zhǎng)1 302.46 m，孔跨形式為9×32 m+(40+64+40) m+36×32 m簡(jiǎn)支箱梁，簡(jiǎn)支箱梁采用集中預(yù)制架設(shè)施工,(40+64+40) m連續(xù)梁采用掛籃懸臂澆筑法施工；本橋位于直線、圓曲線及緩和曲線上，曲線上梁按平分中矢布置，橋臺(tái)采用雙線矩形實(shí)體橋臺(tái)。

箱梁結(jié)構(gòu)形式：

梁體采用的是單箱單室、變截面梁箱、變高度，其全長(zhǎng)145.2 m，中跨中部10 m梁段和邊跨端部13.6 m梁段為等高梁段，梁高2.8 m，中墩處梁高為5 m，其余梁段梁底下緣按二次拋物線y=2.2x2/242+2.8(m)變化，其中以6號(hào)或24號(hào)截面頂板頂為原點(diǎn)，x=0 m～24 m。箱梁頂板寬為5.99 m，箱底寬3.6 m，一側(cè)翼緣長(zhǎng)1.7 m，一側(cè)翼緣長(zhǎng)0.69 m。

本項(xiàng)目中，頂板與底板的厚度分別為30 cm與42 cm，同時(shí)，結(jié)合梁高的變化情況，在邊跨的位置上分別設(shè)置了底板和腹板，其厚度分別為42 cm與60 cm，按折線變化，邊跨端塊處腹板厚由35 cm漸變至55 cm。另外，在梁體支座的位置上，分別設(shè)置了橫隔板以及全連隔板，這些隔板都設(shè)置孔洞，以方便工作人員的檢修工作。本工程為新建長(zhǎng)臨高速舊縣連接線2號(hào)特大橋，主跨(40+64+40) m連續(xù)梁，適用于9號(hào)～12號(hào)墩，為跨越既有瓦日鐵路和在建古縣連接線一級(jí)公路而設(shè)。本橋?yàn)殡p線橋，由長(zhǎng)臨方向上行連接線和長(zhǎng)臨方向下行連接線兩個(gè)并置的單線連續(xù)梁組成，長(zhǎng)臨方向上行連接線處于R=1 400 m平曲線上，長(zhǎng)臨方向下行連接線處于R=1 405 m平曲線上，線間距5 m，橋上無聲屏障，單線箱梁頂寬5.99 m，采用懸臂澆筑施工。

2 方案比選

通過兩種主要方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選后(見表1)，支架采用φ630-12 mm鋼管柱做支柱，鋼管立柱頂設(shè)置砂箱，砂箱伸縮量按照15 cm設(shè)計(jì)，砂箱頂設(shè)置雙拼32工字鋼橫梁，其上設(shè)置14片32a工字鋼分配梁(折梁)和4片20a工字鋼分配梁(折梁)，縱梁頂設(shè)置15 cm×15 cm方木分配梁。支架布置見圖1。

表1 兩種方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)對(duì)比

支架方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)備注托架節(jié)省材料傳力不明確,對(duì)主體結(jié)構(gòu)造成破壞不采用鋼管柱支架傳力明確,穩(wěn)定性較好用材較多采用

3 支架設(shè)計(jì)

3.1 主要技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)假定

箱梁自重:由于箱梁截面不等高，故腹板處按116.6 kN/m2～130 kN/m2的梯形荷載考慮，翼緣處荷載按98.8 kN/m2計(jì)，鋼筋混凝土容重取26 kN/m3。

模板及模板支撐架荷載:按2.9 kN/m2計(jì)，其中內(nèi)模取1.0 kN/m2，側(cè)模取1.3 kN/m2，底模取0.6 kN/m2。

施工荷載:按3 kN/m2計(jì)，其中振搗荷載取2 kN/m2。

支架的強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算采用荷載基本組合，剛度計(jì)算采用荷載標(biāo)準(zhǔn)組合。

結(jié)構(gòu)假定：將0號(hào)塊混凝土的換算方式以均布荷載進(jìn)行計(jì)算；不考慮模板以及混凝土之間產(chǎn)生的摩擦力；不進(jìn)行風(fēng)力影響計(jì)算。

3.2 鋼管柱基礎(chǔ)計(jì)算

本項(xiàng)目，由于鋼管的位置在墩柱的位置中，它起到的是持力層的應(yīng)力，因此，在應(yīng)力要求上能夠?qū)崿F(xiàn)力度掌握，所以，可以忽略它的計(jì)算。

3.3 支架強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算

支架工字鋼分配梁采用折梁，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，為多次超靜定結(jié)構(gòu)，根據(jù)施工方案圖建立空間模型進(jìn)行計(jì)算，利用Midas civil有限元分析軟件建模分析。

該橋共2處連續(xù)梁0號(hào)塊現(xiàn)澆段施工涉及臨近既有線施工，需搭設(shè)臨時(shí)防護(hù)棚架，棚架結(jié)構(gòu)一致，其中11號(hào)墩墩身最高相對(duì)最不利，對(duì)其0號(hào)塊進(jìn)行支架建模分析。

3.3.1 強(qiáng)度計(jì)算

將混凝土、模板及施工荷載全部作用于支架模型，計(jì)算結(jié)果見表2。

計(jì)算結(jié)果表明，方木分配梁、工字鋼分配折梁、3拼工字鋼橫梁、鋼管立柱的組合應(yīng)力均滿足其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

3.3.2 鋼管柱穩(wěn)定性計(jì)算

表2 強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果 MPa

鋼管柱最大軸力為481 kN，鋼管柱φ630×12 mm截面面積A為2.33×104mm2。

φ630×12 mm(焊接)為b類截面，查GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄C，φx=0.91，φy=0.99，取較小值，則φ=φx=0.91。

4 支架施工

4.1 施工流程

0號(hào)段采用鋼管支架現(xiàn)澆法施工，一次整體澆筑完成。施工工藝流程為：支架搭設(shè)、加固→立底?！奢d試驗(yàn)→立外側(cè)模→安裝底板、腹板鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道→立內(nèi)側(cè)模→安裝內(nèi)支架及頂板模板→綁扎頂板鋼筋、安裝預(yù)應(yīng)力管道及預(yù)埋件→安裝堵頭板→澆筑混凝土→養(yǎng)護(hù)→張拉、壓漿→養(yǎng)護(hù)。

4.2 鋼管柱搭設(shè)

布置在承臺(tái)上鋼管立柱通過在承臺(tái)上預(yù)埋0.75 m×0.75 m鋼板并與鋼板焊接固定，兼作臨時(shí)支墩的鋼管立柱通過在鋼管柱下端采用預(yù)埋鋼板、加勁肋板和9Φ25鋼筋與鋼管柱焊接，鋼管立柱上端采用9Φ25鋼筋與鋼管柱焊接并伸入梁底與梁體形成臨時(shí)固結(jié)。

5 施工監(jiān)測(cè)

5.1 支架預(yù)壓

在施工過程中，為了保證箱梁混凝土結(jié)構(gòu)整體的質(zhì)量以及安全問題，當(dāng)?shù)啄ｄ佋O(shè)完畢后，需要及時(shí)的做好預(yù)壓處理工作，以保證支架支撐，方木以及模板的非變形量得到控制，同時(shí)在獲得支架彈性立模數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，需要做好量體模板的數(shù)值設(shè)置。在進(jìn)行支架預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)之前，需要進(jìn)行加載預(yù)制。

一般情況下，預(yù)制分階段進(jìn)行加載，同時(shí)在每一次的加載過程中，需要做好沉降量的測(cè)量，在本項(xiàng)目支架沉降量確定階段中，計(jì)算結(jié)果采用的是觀測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)壓前的數(shù)據(jù)結(jié)合而成計(jì)算的。

而在彈性回縮量的計(jì)算過程中，在分階段卸載時(shí)，對(duì)其各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，通過兩次測(cè)量值的對(duì)比，最終將彈性變量值確定。

支架預(yù)壓荷載分布：0號(hào)段混凝土總方量為136.37 m3，0號(hào)段中間3.4 m位于墩頂部位直接有墩頂承載，其中過人洞部分長(zhǎng)2 m混凝土方量約為40 m3，漸變段1.4 m混凝土方量為20 m3，所以支架范圍內(nèi)承受混凝土不大于方量為100 m3及預(yù)壓重量為130 t/邊。腹板對(duì)應(yīng)位置預(yù)壓加載為6 t/m。

5.1.1 預(yù)壓順序

本項(xiàng)目在加載時(shí)，其順序的方式根據(jù)分級(jí)的方式進(jìn)行的。進(jìn)行首次加載，其加載量要達(dá)到30%。第二次需要加載自總和量的60%。第三次加載到核載總量的100%。另外，在進(jìn)行支架加載時(shí)，需要按照均勻的方式進(jìn)行，本環(huán)節(jié)中，荷載加載涉及了混凝土、機(jī)械設(shè)備、振動(dòng)設(shè)備的荷載值。

5.1.2 預(yù)壓觀測(cè)

在完成支架的搭設(shè)后，將觀測(cè)點(diǎn)分別在墩柱中心的左右、中間位置進(jìn)行設(shè)定。同時(shí)，按照規(guī)范的要求開展觀測(cè)工作，工作過程中，要全面的對(duì)非彈性變形與支架彈性變形進(jìn)行控制。

在工作階段，需要在進(jìn)行第一次沉降穩(wěn)定后，及時(shí)的進(jìn)行整體報(bào)告檢查。然后做好記錄，在觀測(cè)的過程中，需要做好觀測(cè)沉降差值的控制，一般不能超過3%以內(nèi)的誤差，當(dāng)相關(guān)的沉降值處于穩(wěn)定后，即可進(jìn)行第二次加載，并且每4 h對(duì)其進(jìn)行一次觀測(cè)，并且在第二次和第三次較采光側(cè)相同第一次值的時(shí)候確定第三次加載沉降穩(wěn)定，方可進(jìn)行卸載。

5.1.3 卸載

在本項(xiàng)目卸載中，采用的是吊車進(jìn)行同步作業(yè)，且在操作時(shí)，要做好動(dòng)態(tài)觀測(cè)，另外，在完成卸載操作后，要將信息記錄，以方便后續(xù)工作的開展。

5.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

預(yù)壓完畢后，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行整理并分析，之后，按照檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行立模標(biāo)高調(diào)整。通過整理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得知，支架最大變形為3 mm，小于理論計(jì)算的最大撓度限值6.7 mm。

6 結(jié)語

在本項(xiàng)目施工過程中，通過0號(hào)塊支架的設(shè)計(jì)能夠達(dá)到高效的施工水平，在操作中，該方式主要以工字鋼與組合支架的方式構(gòu)成，在傳力上取得的效果非常明顯，并且該方式具備施工簡(jiǎn)便、方便操作的優(yōu)勢(shì)，因此值得大力推廣。