復(fù)雜環(huán)境大挑臂蓋梁型鋼焊接托架全懸挑施工技術(shù)

劉青樺

摘要：隨著國內(nèi)城市發(fā)展進(jìn)程加速推進(jìn)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地綠色發(fā)展理念，更加深入人心，在橋梁工程設(shè)計(jì)方面，越來越重視橋梁下土地綜合利用規(guī)劃，大挑臂蓋梁結(jié)構(gòu)的使用逐漸廣泛，常規(guī)采用滿堂支架現(xiàn)澆、鋼管支架現(xiàn)澆的施工方案，雖有懸挑，但寬度有限，在一些復(fù)雜環(huán)境下，要求懸挑寬度大幅增加，常規(guī)施工方案已無法滿足現(xiàn)場施工需要，本文介紹一種型鋼焊接托架全懸挑施工技術(shù)。

Abstract： With the accelerated progress of domestic urban development， the concept of green development of township land has become more popular. In the design of bridge engineering， more and more attention is paid to comprehensive land use planning under bridges. The large suspend coping structures is gradually becoming more and more widely used. In conventional， the construction schemes of full frame cast-in-place and cast-in-situ steel pipe support are used. Although there are overhangs， the width is limited. In some complex environments， the overhang width is required to increase significantly. Conventional construction schemes cannot meet the needs of on-site construction. Fully cantilevered construction technology of steel welding bracket is introduced in this paper.

關(guān)鍵詞：拆遷困難;大挑臂;全懸挑;型鋼焊接托架

Key words： difficulties in demolition and removal;large cantilever;full cantilever;steel welded bracket

中圖分類號：U445? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）11-0211-03

0? 引言

韓江西特大橋常規(guī)橋14#-16#墩，位于潮州市江東鎮(zhèn)菜市場內(nèi)，采用大挑臂蓋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，因拆遷影響，線路右側(cè)商鋪距離承臺邊4m，嚴(yán)重侵入橋梁橋梁限界，大挑臂蓋梁施工條件極度受限，采取型鋼焊接托架全懸挑方案，施工任務(wù)順利完成，通過經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，為其它類似工程施工提供一些借鑒。

1? 工程概況

潮汕環(huán)線高速公路韓江西特大橋，分為東岸跨大堤橋、西岸跨大堤橋、主橋及常規(guī)橋，其中14#-16#墩段為常規(guī)橋設(shè)計(jì)，群樁基礎(chǔ)，雙矩形墩，墩身高度14m，設(shè)計(jì)大挑臂蓋梁結(jié)構(gòu)，跨度為30m。

14#-16#墩位于潮州市江東鎮(zhèn)菜市場內(nèi)，并將其一分為二，因征地拆遷問題，線路右側(cè)17家臨街商鋪侵入橋梁限界4.3m，但未拆除，商鋪前設(shè)有1條2.5m寬通行道路，道路邊緣距承臺邊緣僅1m，線路左側(cè)為主要通行道路。

大挑臂蓋梁結(jié)構(gòu)尺寸：14#-15#墩，長度24.2m，頂部寬度1.6m，底部寬度3.6m，高度3.715m，體積為190.74m3，懸挑8.6m。16#墩，長度24.7m，頂部部寬度1.6m，底部寬度4.06m，高度4.815m，體積為290.17m3，懸挑8.85m。均采用C40混凝土預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。（圖1、圖2）

2? 施工方案選擇

2.1 滿堂支架方案

適用于高度低于20m左右的墩身上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆施工，對地基處理要求較高，若是軟基，則需特殊處理后，方可適用，目前廣泛應(yīng)用于施工現(xiàn)場現(xiàn)澆支架。軟基處理后不均勻沉降，對工程質(zhì)量影響較大;施工場地占用較大;外側(cè)懸挑長度較小。

2.2 鋼管貝雷架方案

承臺外設(shè)置鋼管立柱，立柱基礎(chǔ)常采用獨(dú)墩基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)，鋼管頂設(shè)置卸落裝置，安裝貝雷架、分配梁等。適用于墩身較高，偏重于機(jī)械化作業(yè)、焊接作業(yè)，對施工人員能力要求較高;安全風(fēng)險(xiǎn)較高;經(jīng)過計(jì)算外側(cè)懸挑4.5m。

2.3 鋼管貝雷架斜支撐改進(jìn)施工方案

鋼管貝雷架方案改進(jìn)，通過增加斜支撐，增加外側(cè)懸挑長度;其它同鋼管貝雷架方案。經(jīng)過計(jì)算懸挑5.2m后鋼管應(yīng)力超標(biāo)。

2.4 型鋼焊接托架懸挑8.3m施工方案

在承臺上安裝4個鋼支撐立柱，立柱上安裝倒梯形鋼支撐桁架，通過桁架設(shè)置支撐點(diǎn)支撐貝雷架，實(shí)現(xiàn)懸臂澆筑?？蓪?shí)現(xiàn)蓋梁挑臂部分完全懸挑施工;對地基無要求;不占用施工場地。

結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，就需要完全懸挑施工這一條件，就完全否定了前三種方案實(shí)施的可能性，只有采用型鋼焊接托架+貝雷架，懸挑8.3m的方案。

3? 型鋼焊接托架全懸挑施工方案

采用承臺頂面設(shè)置型鋼焊接托架，安裝砂筒、墊梁、貝雷梁、橫向分配梁、蓋梁底摸后，預(yù)制混凝土塊預(yù)壓，根據(jù)沉降觀測數(shù)據(jù)調(diào)整完畢后，綁扎鋼筋，模筑施工混凝土的方案。

4? 型鋼焊接托架制作

在承臺上用雙拼390*300H型鋼作為立桿，雙拼40工字鋼作為斜腿、直撐。雙拼45工字鋼作水平橫桿，先用型鋼做成倒梯形支架，支架上結(jié)構(gòu)和常規(guī)方案相同。支架體系自下而上為：承臺→型鋼柱-（2-390*300H型鋼）→橫梁（2-45工字鋼）→砂筒→縱向墊梁（2-45工字鋼）→貝雷架→分配梁（20工字鋼，間距0.3m）→底模。砂筒間距為：6.8m+7.4m+6.8m。

5? 型鋼焊接托架全懸挑結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

5.1 分配梁

縱向分配梁放置在貝雷梁上，用以支撐底模板等。橫向分配梁采用熱軋普通20a工字鋼?？v向中心距按2.6m計(jì)算，以此跨度計(jì)算橫向分配梁的受力?？v向分配梁在縱向以30cm的間距布置。根據(jù)邁達(dá)斯建模，橫向分配梁的最大向下變形是2.2mm

5.2 貝雷架

貝雷梁結(jié)構(gòu)放置在三角斜腿支撐上，以留出下面的車道空間，蓋梁墩身兩側(cè)各放置4片單層普通型貝雷梁。鋼筋混凝土蓋梁是變截面梁，墩身位置（根部）截面面積是 13.2m2，而端部面積則是9.1m2。根據(jù)邁達(dá)斯建模，最大剪力是1369kN，施工時實(shí)際采用8片普通型貝雷梁，那么每片貝雷梁的剪力是171kN<[T]=245.2kN;最大彎矩是 1423kNm，每片貝雷梁的彎矩是177.9kN<[M]=788.2kNm;貝雷梁最大向下的位移是11mm，每片貝雷梁的向下位移是1.4mm，小于L/400=6.8m÷400=17mm，滿足要求。

5.3 墊梁

貝雷梁是放置在墊梁上的，而墊梁放置在四個砂筒上面，砂筒橫向中心間距為2.9m。蓋梁上的荷載是貝雷梁計(jì)算的支點(diǎn)反力，即2186kN、1542kN，只需計(jì)算較大的2186kN即可。根據(jù)邁達(dá)斯建模，墊梁上貝雷梁隨之變形最大是 2mm，能夠滿足現(xiàn)澆施工要求。墊梁的最大彎曲應(yīng)力是86.9MPa<[σ]=150MPa;墊梁的最大剪切應(yīng)力是 70.5MPa<[τ]=90MPa，滿足要求。

5.4 斜腿鋼架

斜腿鋼架支撐在橋墩承臺上，由四個支腿、四根斜腿及橫梁構(gòu)成。斜腿鋼架立柱由四根2-HM390×300×10/16規(guī)格的H型鋼組焊而成，下橫梁、斜腿（壓桿）則采用2-I40a工字鋼組焊而成，橫梁（拉桿）采用2-I45b工字鋼組焊而成。斜腿鋼架承受砂筒傳遞的荷載，分別是771kN、1093kN、1093kN、771kN，以此四個荷載來計(jì)算斜腿鋼架的結(jié)構(gòu)受力。根據(jù)邁達(dá)斯建模，斜腿鋼架的懸臂端變形最大，豎向變形為12mm;各桿件的最大組合應(yīng)力是88.9MPa（斜腿桿2-40a工字鋼），均小于容許應(yīng)力150MPa，滿足要求。

5.5 焊縫計(jì)算

根據(jù)邁達(dá)斯建模計(jì)算可知，斜腿的軸力是1278kN，兩端通過焊縫與相關(guān)板件焊接起來，接觸線滿焊，焊縫高度不小于12mm。上端焊縫承受水平分力1052kN，而下端焊縫承受豎向分力727kN。上端是2-I40a截面斜交于拼接板，按一半接觸線考慮，總長度是1800mm，下端也是2-I40a截面斜交于拼接板，同樣按照一半接觸線考慮，總長度是1400mm。因此計(jì)算上端焊縫是否滿足要求即可。上端焊縫長度是1800mm，承載式1052kN，焊縫高度是12mm（計(jì)算高度按10mm考慮），焊縫有效面積是1800mm×10mm=18000mm2，焊縫剪切應(yīng)力是τV=1052kN×18000mm2=58.4MPa<[τ]=90MPa，滿足要求。

5.6 立柱計(jì)算

立柱的最大受壓應(yīng)力是78.5MPa，需要計(jì)算其抗壓穩(wěn)定是否滿足受力要求。立柱采用2-HM390×300規(guī)格的H型鋼，立柱桿件的弱軸回轉(zhuǎn)半徑是i=167mm，桿件的自由長度按照6m計(jì)算，那么其柔度λ=6000mm÷167=36。查表得抗壓穩(wěn)定折減系數(shù)是？準(zhǔn)=0.914，因此該斜腿抗壓穩(wěn)定折減后的應(yīng)力是78.5MPa÷0.914=85.9MPa<[σ]=150MPa，滿足受力要求。

6? 主要施工工藝及控制要點(diǎn)

6.1 施工工藝

承臺立柱預(yù)埋件制安→墩身預(yù)埋件制安→型鋼立柱制安→立柱與墩身臨時連接→下橫梁安裝→立柱頂橫梁安裝→斜腿制安→支架穩(wěn)定桿件制安→砂筒安裝→墊梁安裝→貝雷架安裝→分配梁安裝→施工平臺安裝→底膜安裝→預(yù)壓點(diǎn)布置→預(yù)壓→卸載→更換懸挑底膜安裝→蓋梁鋼筋制安→預(yù)應(yīng)力管道安裝→側(cè)摸安裝→鋼絞線安裝→澆筑混凝土→養(yǎng)護(hù)→側(cè)摸拆除→第一次張拉壓漿→降低砂筒高度→拆底膜→拆分配梁→拆貝雷架→拆墊梁→拆砂筒→拆穩(wěn)定桿→橫梁斜腿→拆下橫梁→拆立柱→預(yù)埋鋼板處理→第二次張拉壓漿→封端。

6.2 主要施工控制要點(diǎn)

6.2.1 承臺、墩身預(yù)埋件

承臺上預(yù)埋四塊600mm*800mm*10mm的鋼板，墩身靠近立柱位置每6m高安裝一塊300mm*300mm*10mm的鋼板，鋼板后焊接錨筋;承臺上預(yù)埋件安裝水平，墩身預(yù)埋件安裝豎直，鋼板頂面低于混凝土表面1-2cm，以便施工完后鋼板處理。

6.2.2 焊接型鋼立柱

立柱由四根2-HM390×300×10/16規(guī)格的H型鋼組焊而成，立柱高度根據(jù)蓋梁底標(biāo)高及實(shí)測承臺頂標(biāo)高減去各種桿件高度確定，立柱頂?shù)拙附?00mm*700mm*20mm的鋼板，型鋼立柱拼接焊縫采用通長焊接，每2m焊接綴板，綴板設(shè)置時應(yīng)避開立柱與墩身連接和下橫梁焊接位置，立柱安裝時鉛錘，H型鋼受力面為橫橋向，四個支腿縱橫向相互連接，并與墩身臨時連接在一起，焊縫高度6mm。

6.2.3 橫梁及斜腿

上橫梁采用2-I45b工字鋼組焊而成。橫梁拼裝時上下兩道通長焊縫，每兩米設(shè)綴板，上綴板應(yīng)避開砂筒安放位置，下綴板應(yīng)避開支架穩(wěn)定桿及斜腿焊接位置，在支架穩(wěn)定桿及斜腿焊接位置增設(shè)3道加勁板。橫梁下綴板面，在斜腿水平鋼板外側(cè)適當(dāng)位置增設(shè)抗滑鋼板，鋼板尺寸應(yīng)介于橫梁工字鋼組合寬度及綴板寬度之間，抗滑鋼板焊縫高度不小于12mm。橫梁安裝前，橫梁及立柱上鋼板定位準(zhǔn)確便于安裝，橫梁中心與立柱中心重合，安裝后橫梁與立柱頂鋼板需臨時連接，防止橫梁滑移。

下橫梁、斜腿（壓桿）則采用2-I40a工字鋼組焊而成。下橫梁及斜腿制作同橫梁，另增加兩端焊接鋼板，斜腿兩端傾斜角度嚴(yán)格按照支架設(shè)計(jì)圖制作，斜腿水平鋼板平面尺寸應(yīng)比橫梁2-45b工字鋼組合寬度大10cm，鋼板中心與桿件中心重合。安裝斜腿前需要多次調(diào)整重心，斜腿桿件重心與橫梁中心、立柱中心重合，以便受力在同一平面上，防止產(chǎn)生偏壓。

6.2.4 砂筒制作與安裝

砂筒制作前應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡算。法蘭鋼板和砂筒鋼管之間采用角焊縫，為保證用來做砂筒的鋼管質(zhì)量，以及各板件之間的焊接質(zhì)量，其焊縫高度不小于10mm。下部設(shè)置兩個出砂筒，用螺栓事先擰緊并用瀝青封閉。砂筒上下套筒安裝好后，要用瀝青封閉連接縫隙，防止水分進(jìn)入。砂筒使用前要保證上下套筒之間壓實(shí)后用4根10#槽鋼將上下板焊接起來，形成穩(wěn)定牢固的一體結(jié)構(gòu)，砂筒高度確定是在試驗(yàn)室進(jìn)行模擬受力預(yù)壓，斜撐處砂筒前可以事先墊高12mm，確保斜腿鋼架受載變形后與中間支點(diǎn)在一個水平線上，有利于貝雷梁的受力。砂筒安裝時，砂筒中心應(yīng)與橫梁中心重合，位置準(zhǔn)確。

6.2.5 墊梁制作與安裝

墊梁采用2-45工字鋼制作，拼裝時上下兩道通長焊縫，在安放砂筒位置增加3到加勁板。墊梁中心與砂筒中心重合。墊梁、砂筒及橫梁焊接穩(wěn)定桿件，防撞傾覆。

6.2.6 貝雷架拼裝

貝雷片采取普通型貝雷片，墩身兩側(cè)并排放置兩組單層雙排普通型貝雷梁。每組貝雷架用45cm花架連接，每組貝雷架拼裝過程中需對每個插銷、螺栓進(jìn)行檢查，檢查合格后進(jìn)行吊裝，貝雷架緊貼墩身，緊貼處用土工布進(jìn)行隔離保護(hù)墩身混凝土表面，以防混凝土表面污染破壞。吊裝完成后，在兩端及墩身兩側(cè)設(shè)置四道剪刀撐，用U型卡扣將貝雷架連接成整體。在立柱頂位置貝雷架增設(shè)2*14槽鋼豎向加強(qiáng)桿。

6.2.7 分配梁安裝

縱向分配梁采用熱軋普通20a工字鋼，在橫向以 30cm的間距布置。分配梁分為6m和2.2m兩種類型，6m工字鋼在沒有墩柱影響區(qū)段通長鋪設(shè)，2.2m工字在墩柱區(qū)段鋪設(shè)。

6.2.8 安全操作平臺

利用蓋梁兩側(cè)I20工字鋼預(yù)留出1m的空間沿蓋梁四周搭設(shè)施工操作平臺。平臺上鋪2cm厚木板，并設(shè)置30cm高的擋腳板，防止物體掉落，并安裝安全護(hù)欄，護(hù)欄采用普通鋼管搭設(shè)，立桿間距2m，高度1.5m，橫桿搭設(shè)兩道，第一道距平臺木板高度為70cm，第二道距作業(yè)平臺木板高度為150cm，欄桿涂刷紅白相間的油漆，并在四周掛設(shè)綠色的鐵絲網(wǎng)。

6.2.9 預(yù)壓施工要點(diǎn)

蓋梁支撐系統(tǒng)搭設(shè)完畢后，安裝蓋梁底模，為得到蓋梁的彈性和非彈性變形，對蓋梁進(jìn)行加載預(yù)壓，以消除支架的非彈性變形。預(yù)壓前一定要仔細(xì)檢查支架各節(jié)是否連接牢固，焊縫高度是否符合要求。預(yù)壓時各點(diǎn)壓重均勻?qū)ΨQ，防止出現(xiàn)反常情況。預(yù)壓荷載為施工總荷載的120%（總重量為蓋梁的混凝土、模板自重及施工荷載總和）。預(yù)壓均分四級進(jìn)行，每級加載完成四小時后測量，第四級加載完成后24小時測量，預(yù)壓以沉降達(dá)到穩(wěn)定結(jié)束穩(wěn)定后，方可進(jìn)行卸載，卸載同樣分為四級，每級卸完測量沉降，最后形成書面的支架預(yù)壓報(bào)告。

7? 型鋼焊接托架全懸挑結(jié)構(gòu)優(yōu)勢

①外側(cè)懸挑長度大，實(shí)現(xiàn)懸挑8.3m，即完全懸挑;

②支撐直接設(shè)置在承臺上，不必地基處理，且承載力有保障;

③對于具有通行要求的環(huán)境，相對滿堂支架而言，不必專門設(shè)計(jì)門洞方案;

④不占用承臺以外的任何場地，對于地質(zhì)復(fù)雜，征拆困難區(qū)域，施工優(yōu)勢尤為顯著;

⑤施工材料使用完畢，仍可作為他用，特別是在存在深基坑、連續(xù)梁施工中，重復(fù)利用率極高，符合綠色發(fā)展理念，利于節(jié)約成本。

8? 結(jié)論

目前韓江西特大橋14#-16#大挑臂蓋梁已施工完畢，經(jīng)實(shí)踐證明“型鋼焊接托架全懸挑”施工技術(shù)，在復(fù)雜環(huán)境環(huán)境施工中，有著獨(dú)一無二的優(yōu)勢?！靶弯摵附油屑苋珣姨簟痹谑┕ぜ夹g(shù)，不僅有利于項(xiàng)目節(jié)約成本，而且還對可持續(xù)發(fā)展的理念進(jìn)行了完美詮釋。

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