山區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段吊架法施工技術(shù)

趙艷納，賈利強(qiáng), 鄒興林

(1.廣西高速公路投資有限公司, 廣西 南寧 530021； 2.廣西交通投資集團(tuán)有限公司；3. 中交一公局第四工程有限公司)

樂(lè)業(yè)至百色高速工程是寧夏回族自治區(qū)銀川市至廣西壯族自治區(qū)百色市國(guó)家高速公路網(wǎng)“G69”線(xiàn)路的重要組成部分，項(xiàng)目于2020年1月建成通車(chē)。百樓1號(hào)大橋是廣西樂(lè)業(yè)至百色高速公路中的重要連接樞紐、控制性工程，也是重難點(diǎn)工程。該橋位于廣西河池市天峨縣下老鄉(xiāng)境內(nèi)，全長(zhǎng)463 m，橫跨紅水河及兩邊深溝峽谷。該文針對(duì)百樓1號(hào)大橋的難點(diǎn)，對(duì)施工方案進(jìn)行對(duì)比后，提出邊跨橋現(xiàn)澆段吊架法關(guān)鍵施工技術(shù)及工藝，對(duì)類(lèi)似工程具有一定的參考作用。

1 工程概況及難點(diǎn)

1.1 工程概況

百樓1號(hào)大橋起訖里程樁號(hào)為K13+081～K13+544，全長(zhǎng)463 m，整座橋梁共設(shè)計(jì)3聯(lián)，左右幅橋面凈寬均為12.5 m，單幅設(shè)計(jì)采用單向兩車(chē)道。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁(圖1)以及預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支連續(xù)T梁，橋墩設(shè)計(jì)采用墻式橋墩和矩形蓋梁柱式橋墩，橋臺(tái)設(shè)計(jì)采用重力式橋臺(tái)，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁形式布置，百樓1號(hào)大橋[(55+100+55) m]采用左、右線(xiàn)3#～6#墩單箱單室、變高度、變截面連續(xù)剛構(gòu)形式，梁底按2次拋物線(xiàn)變化，左右線(xiàn)分幅布置，3#、6#橋墩為邊跨橋墩。

橋址區(qū)地表出露松散巖類(lèi)，橋梁施工區(qū)域內(nèi)工程地質(zhì)情況較為復(fù)雜，周邊地形地貌變化較大，受區(qū)域地形、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及地下水發(fā)育情況等地質(zhì)因素影響，該地區(qū)不良地質(zhì)情況較多，巖溶較發(fā)育，且存在較大范圍的松散堆積體，施工難度較大。為了使百樓1號(hào)大橋在確保施工安全及施工質(zhì)量的前提下，加快施工進(jìn)度，節(jié)約施工成本，設(shè)計(jì)采用邊跨現(xiàn)澆段吊架法施工，橋梁左右幅分別從4#、5#橋墩向3#、6#橋墩進(jìn)行推進(jìn)，距離3#、6#墩達(dá)設(shè)計(jì)距離時(shí)采用吊架法現(xiàn)澆施工。

圖1 百樓1號(hào)大橋連續(xù)剛構(gòu)段橋型布置圖 (除標(biāo)高為m外,其余單位：cm)

1.2 橋梁邊跨現(xiàn)澆段結(jié)構(gòu)參數(shù)

百樓1號(hào)大橋邊跨現(xiàn)澆段箱梁(圖2)縱坡設(shè)計(jì)為1.4%，橋面橫坡為2.33%～4.0%，設(shè)計(jì)兩車(chē)道通行，箱梁頂板寬為12.5 m，底板寬為6.5 m，梁高為2.5 m；橋梁支座采用工程中常用的型號(hào)HDR系列高阻尼隔震橡膠支座及型號(hào)為GPZ(KZ)的盆式橡膠支座，橋面伸縮縫采用D240型伸縮縫，現(xiàn)澆混凝土選用C50高強(qiáng)度混凝土，鋼筋選用HPB300型熱軋光圓形鋼筋及HRB400型熱軋帶肋鋼筋。

圖2 百樓1號(hào)大橋連續(xù)剛構(gòu)段結(jié)構(gòu)斷面圖(單位：cm)

1.3 工程難點(diǎn)

橋梁左右線(xiàn)采用分幅布置，橋墩高度為18.3～64 m。工程施工工期緊，現(xiàn)場(chǎng)施工需要克服高空作業(yè)、高空人工操作困難、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、傳統(tǒng)施工技術(shù)效率低、傳統(tǒng)施工技術(shù)對(duì)接精度差、現(xiàn)場(chǎng)施工安全沒(méi)有保障等不利因素。除此之外還需突破傳統(tǒng)高墩施工工藝在山區(qū)高速公路上的各種施工困難，在保證工程施工安全及工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上加快施工進(jìn)度，節(jié)約施工成本。

2 剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工方案對(duì)比

2.1 滿(mǎn)堂腳手架施工法

傳統(tǒng)的連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工技術(shù)一般為搭設(shè)碗扣式的滿(mǎn)堂腳手架作業(yè)及澆筑模板支撐，然而在該工程中，由于現(xiàn)場(chǎng)施工區(qū)域地形地貌變化較大，且橋墩高度較高，若搭設(shè)滿(mǎn)堂腳手架過(guò)高，則會(huì)出現(xiàn)腳手架及其支架基礎(chǔ)下沉量較大的現(xiàn)象，不僅對(duì)立桿基礎(chǔ)有較高要求，其穩(wěn)定性也難以得到保證，而且現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)工程量較大，人工施工強(qiáng)度較高及施工周期較長(zhǎng)，高墩施工條件下，采用滿(mǎn)堂腳手架施工法難以保證施工安全及施工質(zhì)量，不推薦選用該施工方案。

2.2 鋼管柱支撐施工法

采用鋼管柱支撐法可以解決滿(mǎn)堂腳手架支柱下沉量較大的缺點(diǎn)，但其對(duì)立桿基礎(chǔ)的穩(wěn)定性有著更高的要求，其基礎(chǔ)和支座加固的工程量較大，同時(shí)高墩條件下的長(zhǎng)鋼柱立桿難度也較大，施工成本也較高，施工進(jìn)度得不到保障，該施工方法也不具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.3 附著式支架施工法

在連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工中，采用附著式支架施工方法需要在橋墩布設(shè)多個(gè)附著式連接件，通過(guò)一道橫梁連接結(jié)構(gòu)和四道水平連接桿，將支架系統(tǒng)連接至橋墩，以分解減小部分底座的受力，此外還常常采用焊接或栓接等方式將牛腿設(shè)置于邊跨墩上。但無(wú)論采用何種方式布置附著式支架，前期工程量較大，且工人高處作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較大，支架與橋墩錨固質(zhì)量要求較高，產(chǎn)生的荷載不僅有垂直向下的重力，還有對(duì)支點(diǎn)的扭矩。采用該方法施工作業(yè)難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，施工周期較長(zhǎng)，沒(méi)有較為明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.4 吊架施工法

近年來(lái)，在連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工中，通過(guò)大量實(shí)踐，出現(xiàn)了一種較為安全、經(jīng)濟(jì)的施工方法——吊架法施工。吊架法在連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工時(shí)，采用掛籃底籃上橫向鋪設(shè)1#、2#雙拼I25a工字鋼承重梁，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)支點(diǎn)，與蓋梁上設(shè)置的臨時(shí)支座將縱梁支起，構(gòu)成簡(jiǎn)支梁體系，利用掛籃主桁、底板系統(tǒng)及前后錨系統(tǒng)與澆筑好的橋面進(jìn)行錨固。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件及施工進(jìn)度要求，在邊跨現(xiàn)澆段施工中采用吊架法進(jìn)行施工作業(yè)，可有效保障工程施工安全及質(zhì)量，同時(shí)還具有施工簡(jiǎn)便、成本較低、施工周期較短等優(yōu)勢(shì)。

4種剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工方案效果對(duì)比如表1所示。經(jīng)過(guò)綜合比選，采用吊架法施工在臨時(shí)工程量、工期、造價(jià)及安全質(zhì)量等方面均具有顯著優(yōu)勢(shì)，因此最終選擇吊架施工法。

表1 山區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工工藝效果對(duì)比

3 邊跨現(xiàn)澆段吊架法關(guān)鍵施工技術(shù)及工藝

3.1 關(guān)鍵施工技術(shù)

邊跨現(xiàn)澆段吊架法施工中，合理地設(shè)計(jì)吊架尺寸、嚴(yán)格控制吊架鋼材的重量是吊架法施工的關(guān)鍵要點(diǎn)。該施工技術(shù)的原理主要是將掛籃行走到前吊點(diǎn)距目標(biāo)梁段截面250 cm處，然后將掛籃主桁調(diào)整水平進(jìn)行錨固，調(diào)整掛籃底籃縱橋向坡度與大橋設(shè)計(jì)縱坡一致，利用雙拼I25a工字鋼作為吊架的承重梁，安裝承重橫梁前先按照設(shè)計(jì)在掛籃底籃兩邊各增設(shè)3根承重縱梁，邊跨墩上預(yù)先設(shè)置好的橋梁支座為另一端的結(jié)構(gòu)支點(diǎn)，通過(guò)縱梁與橫梁的拼接、搭設(shè)與吊架形成模板支撐結(jié)構(gòu)，再在該結(jié)構(gòu)上鋪裝木制模板，最終形成底模澆筑平臺(tái)，采用砂袋法堆載預(yù)壓，分4級(jí)預(yù)壓荷載進(jìn)行加載，以檢驗(yàn)該支架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)荷載的加載影響下其結(jié)構(gòu)的彈性及非彈性變形量，同時(shí)可驗(yàn)證該結(jié)構(gòu)的可靠性及安全性。通過(guò)預(yù)壓后，以底模澆筑平臺(tái)為基準(zhǔn)，安裝澆筑側(cè)模及澆筑內(nèi)模，模板完成后按設(shè)計(jì)布置鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道及預(yù)埋件，最后進(jìn)行混凝土澆筑。

整個(gè)邊跨現(xiàn)澆段施工過(guò)程均以吊架結(jié)構(gòu)作為支撐，因此，吊架結(jié)構(gòu)的安全性及可靠性必須要高，必須有足夠的剛度和強(qiáng)度，吊架的安裝精度要求也較高。

3.2 吊架法施工工藝

(1) 吊架施工

該工程中，將掛籃行走至前吊點(diǎn)距目標(biāo)梁段截面250 cm處，將掛籃主桁進(jìn)行調(diào)整錨固，調(diào)整掛籃底籃縱橋向坡度與大橋設(shè)計(jì)縱坡(1.4%)一致，承重梁采用雙拼I25a工字鋼，上下接縫采用間斷焊接，每隔8 cm焊接一處，焊縫長(zhǎng)8 cm，工字鋼翼緣板應(yīng)焊接加勁板，要求無(wú)漏焊缺焊現(xiàn)象、焊縫平滑、無(wú)氣孔、夾渣。安裝橫梁前先按照設(shè)計(jì)在掛籃底籃兩邊各增設(shè)3道縱梁，然后將橫向承重梁橫橋向安放在掛籃底籃上。

(2) 支架預(yù)壓施工

支架采用砂袋法堆載預(yù)壓，砂袋采用噸袋，每個(gè)砂袋可裝砂1 t。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，預(yù)壓荷載為箱梁自重1.1倍，預(yù)壓期不小于3 d，預(yù)壓荷載分4級(jí)進(jìn)行加載(預(yù)壓荷載值的60%、80%、100%、110%)?？v橋向分為梁端實(shí)心段和變截面段兩個(gè)部分。橫橋向分為翼緣板位置、腹板位置、箱室位置?？v、橫橋向各個(gè)部分根據(jù)箱梁結(jié)構(gòu)尺寸分別計(jì)算預(yù)壓重量，根據(jù)計(jì)算重量確定砂袋堆放高度。

(3) 配重施工

邊跨現(xiàn)澆段施工采用等位移控制配重，配重的實(shí)質(zhì)是兩端懸臂段根據(jù)需要調(diào)整的位移進(jìn)行配重，在邊跨現(xiàn)澆段施工時(shí)，需經(jīng)過(guò)第三方監(jiān)測(cè)監(jiān)控單位現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，配重值由第三方監(jiān)控控制實(shí)施。

(4) 支座安裝

剛構(gòu)橋采用4個(gè)GPZ(KZ)3.5DX球形支座和4個(gè)GPZ(KZ)3.5SX球形支座，盆式支座由上支座板含不銹鋼板、下支座板、聚四氟乙烯滑板(即平面四氟板)及防塵結(jié)構(gòu)等組成。

(5) 模板安裝

底模板采用1.5 cm厚高強(qiáng)度竹膠板，安裝之前涂刷效果好的脫模劑。確保梁底兩側(cè)模板超出梁底邊線(xiàn)10 cm以上。底模板鋪設(shè)完畢后進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整底模板。若標(biāo)高達(dá)不到預(yù)壓后的設(shè)計(jì)標(biāo)高還要進(jìn)行二次調(diào)整。

側(cè)模板：側(cè)模和翼緣模板也采用1.5 cm厚高強(qiáng)度竹膠板，先根據(jù)測(cè)量出的梁底板邊緣線(xiàn)在底模板上彈上墨線(xiàn)，然后安裝側(cè)模板，側(cè)模內(nèi)設(shè)置對(duì)拉螺栓。

箱室模板：由于箱梁混凝土分兩次澆筑，第一次澆筑至腹板頂部，第二次澆筑箱式頂板，箱室模板分兩次安裝。第一次用1.5 cm厚竹膠板做內(nèi)模板，用φ48 mm×3.5 mm鋼管支架作橫撐，支架兩側(cè)設(shè)置可調(diào)頂托，并用10 cm×10 cm的方木支撐側(cè)模板。當(dāng)?shù)谝淮螡仓幕炷吝_(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后即可拆除內(nèi)模，同時(shí)用φ48 mm×3.5 mm的鋼管搭設(shè)排架，在排架上設(shè)置可調(diào)頂托并布設(shè)方木，方木上鋪設(shè)1.5 cm厚的竹膠板。在澆筑混凝土過(guò)程中需派專(zhuān)人檢查內(nèi)模的位置變化情況。

模板安裝時(shí)除常規(guī)要求外，還要求偏差控制在5 mm以?xún)?nèi)，確保模板平面位置準(zhǔn)確。

(6) 鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道及預(yù)埋件安裝

底板上下層鋼筋之間用鋼筋墊起焊牢，防止人踩變形，使上下層鋼筋始終保持設(shè)計(jì)間距，鋼筋架按間距50 cm呈梅花形布置；由于邊跨現(xiàn)澆段頂面長(zhǎng)度僅為3.84 m，頂面標(biāo)高控制時(shí)，在模板側(cè)面每50 cm設(shè)置一根標(biāo)高控制釘，其余部位彈線(xiàn)標(biāo)示。施工時(shí)，采用3 m長(zhǎng)鋼刮尺沿橫橋向方向?qū)?zhǔn)標(biāo)高控制線(xiàn)，對(duì)箱梁頂面平整度進(jìn)行刮平控制；安裝預(yù)埋件前，應(yīng)注意支座預(yù)埋鋼板、泄水孔、護(hù)欄底座鋼筋、箱室通氣孔、人洞、伸縮縫、勁性骨架錨固桿等預(yù)埋件的設(shè)置，切忌不可遺漏，預(yù)埋時(shí)需確認(rèn)各預(yù)埋件的尺寸大小和布置位置。

(7) 混凝土澆筑

邊跨現(xiàn)澆段施工時(shí)，混凝土澆筑擬采用混凝土罐車(chē)配合地泵的方式進(jìn)行，應(yīng)遵照先底板，然后腹板，最后頂板和翼板的整體順序。澆筑底板及腹板時(shí)，混凝土從懸澆段前端向支點(diǎn)進(jìn)行，梁腹板同時(shí)對(duì)稱(chēng)澆筑，澆筑頂板及翼板混凝土?xí)r，從兩側(cè)向中央推進(jìn)。混凝土整體分層往復(fù)澆筑、分層振搗，沿懸臂端向支點(diǎn)進(jìn)行。先澆筑底板混凝土，然后澆筑腹板混凝土，在混凝土澆筑過(guò)程中，混凝土要水平分層澆筑。在前層混凝土初凝前澆筑完成次層混凝土，超過(guò)混凝土初凝時(shí)間時(shí)必須按施工縫處理。

4 受力驗(yàn)算

采用理論計(jì)算的方法對(duì)縱梁受力進(jìn)行了靜力學(xué)分析及校驗(yàn)核算，以作為指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工的參考，確保橋梁施工安全。邊跨現(xiàn)澆段吊架及縱梁布置結(jié)構(gòu)如圖3、4所示。

圖3 邊跨現(xiàn)澆段吊架立面布置圖

圖4 邊跨現(xiàn)澆段吊架施工斷面圖(單位：mm)

縱梁采用I25a工字鋼，縱梁間距為：腹板下0.32 m、底板下0.84 m、翼緣板下0.6 m，縱梁跨徑為2.74 m。截面特性：I=5.02×107mm4，W=4.02×105mm3，A=4 850 mm2，Ix/Sx=216 mm。

(1) 腹板下縱梁受力荷載計(jì)算

① 混凝土恒載：2.63×26=68.4 kN/m2

② 竹膠板方木自重：0.5 kN/m2

③ 施工荷載：2 kN/m2

④ I25a自重荷載：0.4 kN/m

強(qiáng)度驗(yàn)算荷載：q1=(68.4+0.5)×0.32×1.2+0.4×1.2+2×0.32×1.4=27.9 kN/m

剛度驗(yàn)算荷載：q2=(68.4+0.5+0.4+2)×0.32=22.8 kN/m

強(qiáng)度計(jì)算：

Mmax=q1l2/8=27.9×2.742/8=26.2 kN·m

σmax=Mmax/W=26.2×106/402 000=65.2 MPa

Fs=27.9×2.74/2=38.3 kN

剛度計(jì)算：

f=5q2l4/(384×E×I)=5×22.8×2 7404/(384×210 000×50 200 000)=1.59 mm

(2) 底板下縱梁受力荷載計(jì)算

① 混凝土恒載：1.42×26=36.9 kN/m2

② 竹膠板方木自重：0.5 kN/m2

③ 施工荷載：2 kN/m2

④ I25a自重荷載：0.4 kN/m

強(qiáng)度驗(yàn)算荷載：q1=(36.9+0.5)×0.84×1.2+0.4×1.2+2×0.84×1.4=40.6 kN/m

剛度驗(yàn)算荷載：q2=(36.9+0.5+0.4+2)×0.84=33.4 kN/m

強(qiáng)度計(jì)算：

Mmax=q1l2/8=40.6×2.742/8=38.1 kN·m

σmax=Mmax/W=38.1×106/402 000=94.8 MPa

Fs=40.6×2.74/2=55.7 kN

強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

剛度計(jì)算：

f=5q2l4/(384×E×I)=5×33.4×2 7404/(384×210 000×50 200 000)=2.33 mm

(3) 翼緣板下縱梁受力荷載計(jì)算

① 混凝土恒載：0.7×26=18.2 kN/m2

② 竹膠板方木自重：0.5 kN/m2

③ 施工荷載：2 kN/m2

④ I25a自重荷載：0.4 kN/m

⑤ 支架及橫梁荷載：1 kN/m

強(qiáng)度驗(yàn)算荷載：q1=(18.2+1+0.5)×1.2×1.2+0.4×1.2+2×1.2×1.4=32.2 kN/m

剛度驗(yàn)算荷載：q2=(18.2+0.5+1+0.4+2)×1.2=26.5 kN/m

強(qiáng)度計(jì)算：

Mmax=q1l2/8=32.2×2.742/8=30.3 kN·m

σmax=Mmax/W=30.3×106/402 000=75.4 MPa

Fs=32.2×2.74/2=44.2 kN

強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

剛度計(jì)算：

f=5q2l4/(384×E×I)=5×26.5×2 7404/(384×210 000×50 200 000)=1.84 mm

剛度滿(mǎn)足要求。

(4) 懸臂端縱梁受力荷載計(jì)算

① 混凝土恒載：2.63×26=68.38 kN/m2

② 竹膠板方木自重：0.5 kN/m2

③ 施工荷載：2 kN/m2

④ I25a自重荷載：0.4 kN/m

強(qiáng)度驗(yàn)算荷載：q1=(68.4+0.5)×0.84×1.2+0.4×1.2+2×0.84×1.4=72.3 kN/m

剛度驗(yàn)算荷載：q2=(68.4+0.5+0.4+2)×0.84=59.9 kN/m

強(qiáng)度計(jì)算：

Mmax=q1l2/2=72.3×0.62/2=13.1 kN·m

σmax=Mmax/W=13.1×106/402 000=32.6 MPa

Fs=72.3×0.6=43.4 kN

強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

剛度計(jì)算：

f=q2l4/(8×E×I)=59.9×6004/(8×210 000×50 200 000)=0.09 mm

剛度滿(mǎn)足要求。

掛籃荷載計(jì)算：由于邊跨現(xiàn)澆段作用于掛籃上的荷載比整體荷載要小，故符合安全標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

以廣西樂(lè)業(yè)至百色高速公路百樓1號(hào)大橋連續(xù)鋼構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工為案列，系統(tǒng)地對(duì)比分析了4種不同的連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工方法，認(rèn)為采用吊架法施工具有較大的優(yōu)勢(shì)，并闡述了吊架法施工工藝，同時(shí)采用理論計(jì)算的方法，驗(yàn)證了該橋梁采用吊架法施工技術(shù)的可行性及可靠性。在確保施工進(jìn)度及施工安全、質(zhì)量的前提下，采用吊架法施工工藝較為簡(jiǎn)單便捷、施工成本較低，有利于施工進(jìn)度及質(zhì)量控制，在實(shí)際施工過(guò)程中具有一定的應(yīng)用及推廣價(jià)值。