某橋梁工程水中系梁支架實(shí)施方案分析

林長(zhǎng)利

湖南天鷹建設(shè)有限公司，湖南 常德 415000

1 工程概況

1.1 橋梁概況

潭洲瀝、大崗瀝大橋?yàn)槟蠉彺蟮溃仙掣劭焖僦翉V珠東線段）工程的主體工程。根據(jù)南崗大道的路線總體走向，路線于K1+480處跨越潭洲瀝水道，K1+860處跨越大崗瀝水道，橋址處潭洲瀝水道低水位時(shí)水面寬度約為60m，大崗瀝水道低水位時(shí)水面寬度約為70m，河道淤積較為嚴(yán)重，堤岸不規(guī)則，未經(jīng)過(guò)水利防洪整治，兩條河涌下游約550m、950m處設(shè)有水閘。

橋梁總體布置為4×30m+3×29m+（2×29m+40m）+（26m+3×29m）+3×29m+3×29m+（38m+65m+38m）+（29m+31m+30m）+3×30m，橋梁全長(zhǎng)919.04m，共分為9聯(lián)，除（38+65+38）m橋梁采用預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁外，其余跨徑的橋梁均采用簡(jiǎn)支小箱梁，橋面采用簡(jiǎn)易連續(xù)。橋墩采用樁柱式橋墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，同墩樁頂用基礎(chǔ)系梁連接。

1.2 方案比選

文章主要論述主線橋跨潭洲瀝40m跨徑水中墩系梁支架施工方案。以10號(hào)墩左幅為例，實(shí)施前首先對(duì)水中墩系梁施工總體方案進(jìn)行了比選，即采用水上牛腿支架形式或鋼板樁圍堰無(wú)支架形式，兩種方案系梁模板均為定型鋼模，不參與比選。根據(jù)初步方案設(shè)計(jì)，在考慮潮汐影響的情況下，兩種方案技術(shù)安全性均可行，且前者施工進(jìn)度較快，工期優(yōu)越性較好，主要差異在于經(jīng)濟(jì)性。采取水上牛腿支架形式時(shí)，工、料、機(jī)直接成本約為3.9萬(wàn)元；采取鋼板樁圍堰無(wú)支架形式時(shí)，工、料、機(jī)直接成本約為29.8萬(wàn)元。因此，經(jīng)比選，采取水上牛腿支架形式較為合理，具體數(shù)據(jù)不作詳述。

2 系梁支架設(shè)計(jì)

2.1 基本數(shù)據(jù)

主線橋10號(hào)Z墩系梁截面寬、高尺寸為1.2m×1.5m，四墩間距均為7.753m，每延米混凝土方量為1.8m3，每延米鋼筋重量為0.233t。

2.2 支架設(shè)計(jì)

水中系梁支架采用兩道I40C工字鋼作為縱向主梁，兩道縱梁橫向間距為2.412m，梁長(zhǎng)均為27m，縱向主梁底部受承于鋼護(hù)筒側(cè)向砂筒、牛腿上，砂筒組合高度為170mm，牛腿采用兩道裁割成三角形的I25b工字鋼，兩道工字鋼斜切肋板豎向焊接于鋼護(hù)筒兩側(cè)，頂端支撐砂筒底鋼板，牛腿豎向高度為400mm，相鄰兩道牛腿橫向間距為160mm。牛腿與鋼護(hù)筒焊接牢固共同受力，以穩(wěn)定縱向主梁?？v向主梁之上橫向分配梁采用3m長(zhǎng)I10號(hào)工字鋼，布置間距為0.2m/道，中間間隔插入10cm×10cm枋木，分配梁之上為系梁底模(木模)及側(cè)模(鋼模)。

2.3 設(shè)計(jì)驗(yàn)算

主要設(shè)計(jì)驗(yàn)算依次為I10號(hào)工字鋼橫向分配梁驗(yàn)算、I40C工字鋼縱向主梁驗(yàn)算以及受承鋼護(hù)筒與牛腿驗(yàn)算。

上部總荷載除系梁混凝土及鋼筋外，還包括支架與模板體系自重、施工人員及澆筑動(dòng)載等，其中模板體系每延米自重取0.14t，恒載系數(shù)取1.2；施工人員及澆筑動(dòng)載取值4kN/m2，動(dòng)載系數(shù)取1.4。上部總荷載以系梁縱向按均布考慮。

I10與I40C工字鋼受力驗(yàn)算時(shí)，首先建立受力模型，再利用力學(xué)解算器進(jìn)行應(yīng)力與變形分析。其中，I10工字鋼為簡(jiǎn)支梁，跨中有限范圍受均布荷載，兩端考慮自重懸臂；I40C工字鋼為三等跨連續(xù)梁，跨中有限范圍受均布荷載，兩端考慮自重懸臂。通過(guò)生成受力簡(jiǎn)圖、彎矩圖、剪力圖以及位移圖，并將各項(xiàng)參數(shù)錄入Excel表格，進(jìn)行構(gòu)件抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、撓度驗(yàn)算以及第四強(qiáng)度理論校驗(yàn)，直至驗(yàn)算結(jié)果滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

受承鋼護(hù)筒與牛腿同樣實(shí)施模型簡(jiǎn)化，再分別予以驗(yàn)算，主要進(jìn)行鋼護(hù)筒應(yīng)力校核、牛腿板與焊縫應(yīng)力校核。

3 施工技術(shù)方案

施工流程如下：施工準(zhǔn)備→系梁支架搭設(shè)→系梁步梯與圍欄搭設(shè)→系梁底模安裝→系梁與墩柱鋼筋制作與安裝→系梁側(cè)模安裝→系梁混凝土澆筑→系梁側(cè)模拆除與混凝土養(yǎng)生。

施工準(zhǔn)備階段，詳細(xì)了解潭洲瀝水文情況，查詢潮汐規(guī)律，選取合適的施工時(shí)段組織施工，并加強(qiáng)與潭洲水閘管理站的溝通協(xié)調(diào)，分時(shí)段控制潭洲瀝水閘漲潮涌入量，使其具備合適的水文條件，以確保施工時(shí)水位保持在4.6m以下。同時(shí)，應(yīng)做好相應(yīng)的材料、設(shè)備、物質(zhì)及施工人員調(diào)度準(zhǔn)備工作與安全保衛(wèi)工作。

在水中系梁支架搭設(shè)前，按設(shè)計(jì)系梁底高程對(duì)既有灌注樁鋼護(hù)筒予以割除，對(duì)樁頭進(jìn)行鑿除找平，并完成相應(yīng)的樁基檢測(cè)工作，樁檢合格后即開展支架搭設(shè)施工。

首先進(jìn)行牛腿焊接，焊接前在鋼護(hù)筒沿橋向前后兩側(cè)按相應(yīng)高程分別做好標(biāo)記，需確保施焊高度在水面以上。牛腿采用兩道裁割成三角形的I25b工字鋼，兩道工字鋼斜切肋板豎向焊接于鋼護(hù)筒兩側(cè)，頂端支撐砂筒底鋼板，牛腿豎向高度為400mm，相鄰兩道牛腿橫向間距為160mm。牛腿與鋼護(hù)筒焊接牢固共同受力，以穩(wěn)定縱向主梁。焊接施工時(shí)利用小船載人靠近樁位，同時(shí)做好安全防護(hù)工作。牛腿橫、豎向接口及幫焊均為雙面滿焊。每側(cè)兩道I25b牛腿焊接完成后，在每?jī)傻琅Ｍ壬细靼惭b一個(gè)砂筒。砂筒頂、底板規(guī)格均為δ10mm×320mm×320mm，上筒外徑為298mm、下筒外徑為300mm，上、下筒壁厚均為10mm，上筒采用C40混凝土填充，下筒采用中粗砂填充，下筒底部外側(cè)設(shè)卸砂孔。砂筒安裝到位后的組合高度為170mm，平穩(wěn)受承于兩道牛腿上，如圖1所示。

圖1 牛腿、砂筒與縱梁結(jié)合效果圖

兩道I40C工字鋼縱向主梁在安裝前分別做好縱向整體連接，縱向連接采用δ10mm厚鋼板幫焊，鋼板高度為340mm，沿縱向長(zhǎng)度為400mm，每端搭接長(zhǎng)度為200mm，兩道梁工字鋼縱向搭接接口布置于牛腿受承位置，接口為雙面滿焊、幫焊為單面滿焊。連接后的梁長(zhǎng)均為27m。

利用1臺(tái)35t汽車吊實(shí)施縱向主梁吊裝作業(yè)，汽車吊就位于水上鋼平臺(tái)上。各縱梁施吊前在梁的上部設(shè)置兩道吊耳，吊耳間距為12m，靠中均勻布置。每個(gè)吊耳通過(guò)卸扣各連接1根長(zhǎng)12m的φ19.5mm鋼絲繩，2根鋼絲繩頂端均掛扣于汽車吊吊鉤，鋼絲繩角度按60°考慮。

根據(jù)國(guó)標(biāo)《建筑施工起重吊裝安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 276—2012)，經(jīng)驗(yàn)算比選，采用纖維芯的鋼絲繩，鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度為1550MPa時(shí)，破斷拉力總和為218.5kN，大于單根鋼絲繩最小破斷拉力98.48kN（綜合安全系數(shù)取8倍），滿足構(gòu)件吊裝的使用要求。

兩道I40C工字鋼作為縱向主梁，吊裝后受承于鋼護(hù)筒側(cè)向砂筒上。縱向主梁安裝完成且固定后，安裝橫向分配梁。橫向分配梁安裝的同時(shí)，及時(shí)安裝系梁爬梯與安全護(hù)欄，并掛設(shè)安全網(wǎng)，以確保水上施工安全。

系梁底模采用δ18mm全新竹膠板，模板平鋪于橫向分配梁之上，板縫錯(cuò)臺(tái)高差控制在1mm以下。板縫底部以枋木錨釘連接。系梁側(cè)模采用定型鋼模，鋼模厚度為δ6mm，縱橫向加肋間距為0.3m。其中，弧形鋼模受承于樁頂混凝土上，平直側(cè)模受承于橫向分配梁上，如圖2所示。

圖2 系梁支架與模板效果圖

系梁混凝土澆筑、側(cè)模拆除、混凝土養(yǎng)生與支架拆除均按照相應(yīng)施工方案有序進(jìn)行，不再贅述。

4 監(jiān)控量測(cè)

在水上系梁支架各工序施工過(guò)程中，及時(shí)、精確的監(jiān)控量測(cè)為施工控制提供數(shù)據(jù)反饋與危險(xiǎn)預(yù)警，是支架體系安全控制的重要保障。同樣以主線橋10號(hào)Z墩系梁施工為例，監(jiān)控量測(cè)主要涉及橫向分配梁、縱向主梁及牛腿的變形與位移。其中，系梁混凝土澆筑過(guò)程中至混凝土終凝前的縱向主梁跨中撓度、牛腿豎向變形是監(jiān)測(cè)重點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工進(jìn)度，此時(shí)段各測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)頻率控制在15min/次。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章以某橋梁工程為研究對(duì)象，對(duì)該工程的方案比選、系梁支架設(shè)計(jì)、施工技術(shù)方案和監(jiān)控量測(cè)進(jìn)行了分析，并采用3D建模技術(shù)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行模擬，以指導(dǎo)施工。經(jīng)施工控制，并輔以監(jiān)控量測(cè)，主線橋跨潭洲瀝水中9號(hào)、10號(hào)墩各系梁施工時(shí)支架體系均穩(wěn)固可靠、安全可控。