某機耕天橋支架設(shè)計優(yōu)化與施工技術(shù)

孫方島,張立軍,袁新順

(1.中交二航局第五工程分公司，武漢 430040；2.中交二航局建筑科技有限公司，武漢 430040；3.海工結(jié)構(gòu)新材料及維護(hù)加固技術(shù)湖北省重點實驗室，武漢 430040)

山海高速ZK24+272機耕天橋上部結(jié)構(gòu)為下承式等截面二次拋物線拱橋，拱軸方程式為y=4fx(L-x) /L2，計算跨徑L=35 m,計算矢跨比1/5，矢高f=7 m，拱肋高0.8 m，寬0.7 m，中間設(shè)3道橫撐，橫撐截面尺寸為0.5 m×0.5 m。吊桿采用直徑32 mm的精軋螺紋鋼、YGM 錨頭，精軋螺紋鋼設(shè)計強度σs=785 MPa。行車道板寬為9.4 m,厚為0.2 m，縱梁寬為0.8 m,高為1 m。吊桿之間為跨徑2.4 m的連續(xù)板。橋面鋪裝為8～15.5 cm，整個行車道系縱向連續(xù)。

1 支架設(shè)計優(yōu)化

原設(shè)計行車道系及拱肋采用滿堂支架就地現(xiàn)澆，考慮到滿堂支架影響路基交通通行，且需要較多的周轉(zhuǎn)材料，支架搭設(shè)工期較長，從設(shè)計、施工、周轉(zhuǎn)使用等各方面進(jìn)行比較分析，對滿堂支架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提出了鋼管貝雷架+腳手架和型鋼少支架+腳手架方案。支架分為行車道系支架和拱肋支架兩部分[1]。

1)行車道系支架為鋼管貝雷梁支架

橋面板下設(shè)置滿堂支架，間距為0.8 m×1.2 m，步距0.5 m。底模板采取15 mm竹膠板，下設(shè)10 cm×10 cm縱向方木(@300 mm)。支架分配梁采用工20a(主橫梁下方@600 mm，橋面板@800 mm)，主梁采用321型標(biāo)準(zhǔn)貝雷梁，樁頂主橫梁采用雙拼工45a，鋼管立柱采用φ800×8 mm鋼管，基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)。行車道系支架設(shè)計如圖1所示。

2)拱肋支架為型鋼支架

底模板采用5 mm鋼板，拱肋背帶采用2條工20a，間距0.5 m，之間有工20連系；背帶下設(shè)置工20a立柱，間距2.9～3.1 m，立柱端頭設(shè)置預(yù)埋件。拱肋橫撐采用滿堂支架，橫向間距1.2 m，步距0.6 m。拱肋支架設(shè)計如圖2所示。

2 建模及驗算

1)行車道系采用MIDAS CIVIL2015建立模型，鋼管底部采用固結(jié)，分配梁中間采用鉸接進(jìn)行連接，即上層分配梁不傳遞彎矩至下層分配梁[2]，貝雷梁采用梁單元模擬，銷軸孔連接處釋放約束為鉸接，計算模型如圖3所示。

2)拱肋采用MIDAS CIVIL2015建立模型，立柱底部采用固結(jié)，計算模型如圖4所示。

3)模型計算

模型按照極限狀態(tài)法進(jìn)行計算，驗算結(jié)果見表1和表2。

由表1和表2可知，支架在工作狀態(tài)下強度、剛度及穩(wěn)定性滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

4)基礎(chǔ)承載力計算 標(biāo)準(zhǔn)組合下，基礎(chǔ)承載力即鋼管樁所受反力情況，如表3所示。

表1 模板及支架立桿驗算

表2 貝雷梁及拱肋支架驗算

表3 鋼管樁反力圖

支架采用條形基礎(chǔ)，條形基礎(chǔ)底面尺寸為2 m×9 m，則條形基礎(chǔ)地基承載力

結(jié)果表明，條形基礎(chǔ)地基承載力滿足要求。

3 支架搭設(shè)及預(yù)壓

3.1 橋面系支架搭設(shè)

確定搭設(shè)少支架鋼立柱條形基礎(chǔ)的位置，清理條形基礎(chǔ)內(nèi)的浮土、泥漿及雜物，安裝基礎(chǔ)鋼筋，澆筑條形基礎(chǔ)，并安裝預(yù)埋鋼板。要求地基承載力大于250 kPa，如實際地基承載力不滿足要求，需對地基進(jìn)行處理，滿足要求后再進(jìn)行擴大基礎(chǔ)的澆筑。

根據(jù)行車道系底標(biāo)高與地面標(biāo)高確定鋼管立柱高度，將立柱及其十字勁板、卸荷塊、雙拼主橫梁等提前加工焊接好備用。依據(jù)設(shè)計圖紙安裝各少支架部件，并在貝雷架上方鋪設(shè)工20及10 cm×10 cm方木作為分配梁。雙拼主橫梁斷續(xù)焊接在卸荷塊上，貝雷架利用適量U型卡板固定在主橫梁上，工20分配梁用適量U型卡板固定在貝雷架上，以保證支架整體穩(wěn)定性。待少支架完成搭設(shè)后，在橋面板位置下方搭設(shè)腳手架作為橋面板施工支架，鋪設(shè)10 cm×10 cm方木及木模板作為橋面板分配梁及底模板。為便于人員通行和安全防護(hù)，支架結(jié)構(gòu)考慮搭設(shè)防護(hù)欄桿和安全爬梯，防護(hù)欄桿高度1.2 m，采用φ48 mm鋼管通過φ60 mm套管固定在支架上。

3.2 拱肋支架搭設(shè)

拱肋底模采用5 mm不銹鋼板、竹膠板作為側(cè)模、工20作背帶、工20作為立柱，工20背帶提前在加工廠進(jìn)行加工并預(yù)拼。支架型式為少支架，在行車道系上搭設(shè)支架，拱肋為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，梁高0.8 m，寬0.7 m。為保證支架整體穩(wěn)定，在高度較高位置立柱設(shè)置平聯(lián)。工20立柱與預(yù)埋在行車道系中的鋼板和工20背帶滿焊。

3.3 預(yù)壓

支架預(yù)壓目的是檢驗?zāi)０?、支架的承載力及消除結(jié)構(gòu)非彈性變形及其他不均勻沉降，取得支架彈性變形的實際數(shù)據(jù)，得出荷載-撓度曲線，調(diào)整預(yù)拱度[3]。觀測斷面設(shè)置在行車道系的支點、跨中、L/4、3L/4和特殊位置，每排在模板邊緣設(shè)置觀測點，觀測點在支架頂面及基礎(chǔ)頂面分別布置；預(yù)壓荷載為支架承受荷載的1.1倍，預(yù)壓加載分3級進(jìn)行，每級加載值為預(yù)壓荷載的60%、80%、100%，每級加載時，通過測量觀測，無異常后進(jìn)行下一級加載，分級卸載時應(yīng)從頂層開始，逐層向下進(jìn)行，嚴(yán)禁上下層同時拆除[4]。

4 行車道系及拱肋施工

4.1 行車道系施工

行車道系縱橫梁及橋面板底模及側(cè)模均采用竹膠板，底模下面設(shè)置方木，通過頂托來調(diào)節(jié)高度；鋼筋在鋼筋加工場下料、成型，用平板車運至現(xiàn)場，采用25 t汽車吊吊至作業(yè)面進(jìn)行安裝；行車道系兩跨一次澆筑成型，采用兩臺37 m天泵從中間向兩側(cè)澆筑?；炷翝仓埃屑?xì)核對檢查行車道系上預(yù)埋件的位置及數(shù)量，包括預(yù)應(yīng)力錨墊板、吊桿預(yù)埋管及上部支架預(yù)埋件等。縱梁預(yù)應(yīng)力采用公稱直徑15.2 mm無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，行車道系與拱肋混凝土澆筑完畢，強度達(dá)到90%以后、拱架卸架以前將預(yù)應(yīng)力束一次張拉完畢，鋼絞線張拉后管道內(nèi)不再壓漿。

4.2 拱肋施工

拱肋模板安裝分兩個階段完成，第1階段為底模安裝，第2階段為側(cè)模及頂模安裝。中間需安裝鋼筋及吊桿預(yù)留管道作業(yè)，支架搭設(shè)完畢驗收合格后，采用吊車從拱腳到拱頂順序逐塊吊裝拱肋模板，吊裝就位的模板采取加固措施，確保穩(wěn)定性，上塊模板未加固安裝前，不得安裝下塊模板。拱肋0#截面設(shè)置2.6 cm預(yù)拱度，按二次拋物線分配到各豎立截面。拱肋混凝土采用一次性澆筑成型，按左右兩條拱肋，從拱腳向拱頂方向兩端同步對稱澆筑，混凝土采用插入式振搗器進(jìn)行振搗，要求任意時刻兩條拱肋4個拱腳間混凝土澆筑頂面高差不得超過1 m，以確保支架對稱受力。混凝土對稱澆筑時必須注意控制混凝土澆筑上升速度不超過2 m/h，拱腳部位宜放慢澆筑速度。在總體澆筑時間控制上，保證在拱腳混凝土初凝前完成拱肋混凝土澆筑。

吊桿共計104根，間距L=240 cm，JL32精軋螺紋鋼，fpk=785 MPa，采用噴涂銀灰金屬(鋅、鋁)防護(hù)。拱肋混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度90%以后，即可進(jìn)行吊桿安裝，采用人工配合汽車吊安裝，吊桿的安裝、張拉均應(yīng)以跨中為對稱，兩根對應(yīng)吊桿同時進(jìn)行，吊桿分兩次張拉，初張拉完成后即可對支架進(jìn)行拆除，全橋支架拆除后進(jìn)行第2次張拉[5]。利用高立柱之間的平聯(lián)搭設(shè)拱肋上張拉施工平臺，設(shè)置防護(hù)欄桿，在平聯(lián)間搭設(shè)簡易平臺，滿鋪Φ16鋼筋網(wǎng)片，縱橫梁下方張拉平臺利用跳板在貝雷架支架搭設(shè)。

5 支架拆除

拱肋和縱、橫梁混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度的100%，且吊桿進(jìn)行初張拉后進(jìn)行拱肋和縱、橫梁支架的拆除。首先拆除拱肋支架，拆除拱肋支架按照由拱頂至拱腳的順序依次循環(huán)卸落，然后拆除行車道系支架，按照由跨中向支座方向依次循環(huán)卸落，先進(jìn)行卸荷裝置卸落，再拆除側(cè)、底模，然后依次拆除模板分配梁、貝雷梁和主橫梁，最后拆除鋼管立柱及擴大基礎(chǔ)。

6 結(jié) 語

支架結(jié)構(gòu)是建筑工程施工中使用較多的一種結(jié)構(gòu)，不僅涉及施工的安全性，更關(guān)乎施工便捷性和施工成本。對ZK24+272機耕天橋滿堂支架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使支架結(jié)構(gòu)布局更合理，方便現(xiàn)場施工，提高了資源利用率，降低了施工成本，縮短了工期，確保了工程如期、安全完成。