淺議窄橋高墩支架施工安全性控制要點(diǎn)

王美寬， 潘玲瓏， 王榮慶

(江蘇省揚(yáng)州技師學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225002)

0 引 言

連鎮(zhèn)鐵路客運(yùn)專線LZZQ-7標(biāo)段跨寧啟鐵路大橋位于江蘇中部,地勢平坦開闊,平原區(qū)地貌,橋址范圍屬于里下河沖積平原,橋址位于DK239+419.140～DK239+459.840，設(shè)計(jì)為40 m雙線簡支梁。采用單箱單室直腹板、等高度、等截面結(jié)構(gòu)作為主梁梁體,單跨梁體全長40.6 m,梁高3.3 m。全橋頂板厚35 cm,底板厚度30 cm,腹板厚度分為50～80 cm,按折線變化。梁體混凝土體積463.6 m3,梁體總重1 228.54 t。梁體在支座處設(shè)置墩定橫隔板,橫隔板厚度1.25 m;箱梁設(shè)置跨中橫隔板,跨中橫隔板厚度0.3 m。全聯(lián)共設(shè)墩頂橫隔板2道、跨中橫隔板1道,其中橫隔板設(shè)有孔洞,供檢查人員通過。箱梁兩側(cè)腹板與頂、底板相交處采用圓弧倒角的形式過渡。橋面寬度:橋梁頂面全寬12.2 m,具體布置為:1.35 m人行道寬度+0.25 m擋砟墻+9.0 m道砟寬+0.25 m擋砟墻+1.35 m人行道寬度。

該橋?qū)捒绫菳/L=12.2/40.6=0.3<0.5,為窄橋。橋墩高度為23.23 m,也可稱為高墩橋梁。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用的是現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)形式,施工時(shí)搭設(shè)施工支架,且支架的高度高。因此,高墩窄橋施工安全性必須予以高度重視。

1 橋梁支架類型的選擇

梁式支架、柱式支架和梁柱式支架是橋梁施工常見的三種支架類型,考慮到上部結(jié)構(gòu)自重、施工荷載、風(fēng)力、地基承載力等因素,該橋選用對地基要求不高和橫向風(fēng)阻較小的梁柱式支架的施工工藝方案。

2 梁柱式支架安全性驗(yàn)算

2.1 梁柱式支架設(shè)計(jì)

現(xiàn)澆梁底模模板采用1.5 cm竹膠板,下設(shè)10 cm×10 cm縱向方木,腹板區(qū)域間距15 cm、底板區(qū)域間距25 cm;10 cm×10 cm縱向方木下墊I14工字鋼作為橫向分配梁,間距50 cm,中隔墻處加密,分配梁下放置貝雷梁,貝雷梁跨度(7.5+9+9+7.5)m,橫向方向布置14排貝雷梁;貝雷梁下設(shè)三榀I40工字鋼做墊梁;墊梁下設(shè)置砂箱連接螺旋管;螺旋管坐落在條形基礎(chǔ)上。條形基礎(chǔ)采用長×寬×高=15×2.0×1.0 m的C30鋼筋混凝土條形基礎(chǔ),條形基礎(chǔ)上按照設(shè)計(jì)位置布置直徑630 mm壁厚8 mm螺旋焊管5根,作為豎向支撐。螺旋焊管之間進(jìn)行橫向和縱向連接,連接方式采用焊接,螺旋管與墩身之間采用[20槽鋼進(jìn)行焊接。

2.2 荷載和材料參數(shù)的取用

人員、機(jī)械、設(shè)備荷載:2.5 kN/m2;混凝土振搗力:2 kN/m2;混凝土澆筑的沖擊荷載:2 kN/m;碗扣支架6 kg/m。計(jì)算永久荷載分項(xiàng)系數(shù):1.2；可變荷載分項(xiàng)系數(shù):1.4。

支架采用630 mm螺旋管,壁厚8 mm;底板模板采用18 mm厚竹膠板;縱橫向分配梁均采用10 cm×10 cm方木,實(shí)際選用強(qiáng)度等級超過TC13A組的樹種,計(jì)算按TC13A組的強(qiáng)度等級和彈性模量執(zhí)行,材料參數(shù)參照《路橋施工手冊》《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》及相關(guān)工具書選用。

2.3 梁柱式支架驗(yàn)算

貝雷梁支架是(7.5+9+9+7.5) m的四跨連續(xù)梁。

2.3.1 底模板驗(yàn)算

模板厚1.5 cm,方木間距15 cm,取1 m板帶為計(jì)算單元,EI=1.9 kN·m2,W=3.75×10-5m3,[σ]=14.84 N/mm2按單跨簡支梁計(jì)算。

綜上所述,底模板抗彎、抗剪和撓度驗(yàn)算符合設(shè)計(jì)要求。

2.3.2 縱向方木驗(yàn)算

縱向方木取最不利截面1-1進(jìn)行計(jì)算,縱向支撐采用10 cm×10 cm方木,腹板區(qū)中心間距0.15 m,底板區(qū)中心間距0.25 m,支撐方木間距0.5 m,EI=83.3 kNm2,W=1.667×10-4m3,按照三跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。

綜上所述，縱向方木抗彎、抗剪和撓度驗(yàn)算符合設(shè)計(jì)要求。

2.3.3 I14工字鋼橫梁

工字鋼橫梁隨支架布置,12m工字鋼間距50 m,按傳遞均布荷載計(jì)算,EI=1 495.2 kN·m,W=712 cm3,采用四跨連續(xù)梁計(jì)算圖式計(jì)算,取最不利荷載進(jìn)行驗(yàn)算如下:

綜上所述，I14工字鋼橫梁最不利截面正應(yīng)力、剪應(yīng)力和撓度驗(yàn)算符合設(shè)計(jì)要求。

2.3.4 貝雷梁驗(yàn)算

腹板下方的貝雷梁承受的荷載按照80 cm的腹板寬度進(jìn)行計(jì)算,底板下方的貝雷梁按照500 cm的寬度進(jìn)行計(jì)算,翼緣板下方的貝雷梁按照250 cm的寬度進(jìn)行計(jì)算。共選取五個(gè)截面進(jìn)行受力分析,計(jì)算施工階段的活載和自重,確定四跨連續(xù)貝雷梁上的均布荷載q。

腹板區(qū)貝雷梁q=33.1 kN/m,繪制彎矩圖、剪力圖和撓度圖,得Mmax=225.87 kN·m<[M]=788.2 kN·m;Qmax=149.77 kN<[Q]=245.2 kN·m;fmax=0.29 mm<[f]=L/400=7 500/400=18.75 mm,三項(xiàng)指標(biāo)均滿足驗(yàn)算要求。

底板區(qū)貝雷片q=38.65 kN/m,繪制彎矩圖、剪力圖和撓度圖,得Mmax=267.54 kN·m<[M]=788.2 kN·m;Qmax=202.22 kN<[Q]=245.2 kN·m;fmax=0.34 mm<[f]=L/400=7 500/400=18.75 mm,三項(xiàng)指標(biāo)均滿足驗(yàn)算要求。

翼緣板貝雷梁q=34.10 kN/m,繪制彎矩圖、剪力圖和撓度圖,得Mmax=232.70 kN·m<[M]=788.2 kN·m;Qmax=154.29 kN<[Q]=245.2 kN·m;fmax=0.30 mm<[f]=L/400=7 500/400=18.75 mm,三項(xiàng)指標(biāo)均滿足驗(yàn)算要求。

2.3.5 墊梁

墊梁采用三榀I40工字鋼,通過支反力計(jì)算可得最不利截面位置為3-3截面,并取該截面驗(yàn)算,每一片工字鋼所受力腹板區(qū)為299.53/3=99.84 kN,底板區(qū)為134.81 kN,翼板區(qū)為102.86 kN.繪制彎矩圖、剪力圖和撓度圖得Mmax=107.82 kN·m<[M]=233.4 kN·m;τmax=1.5×200.49×10/86.07=58.0 MPa<[τ]=125 MPa,fmax=0.6 mm<[f]=L/400=2 900/400=7.25 mm,墊梁抗彎、抗剪和撓度三項(xiàng)指標(biāo)均滿足驗(yàn)算要求。

2.3.6 鋼管支墩

綜上所述，鋼管柱強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算符合要求。

2.3.7 地基

經(jīng)計(jì)算,1-1、5-5截面N1=483.69 kN,2-2、4-4截面N2=1 239.39 kN,3-3截面N3=1 202.97 kN。

混凝土局部承壓的最小容許承載力[N]=w×β×fcc×Ac=0.75×12 155×0.312=2 844.27 kN,故:

基礎(chǔ)局部承壓驗(yàn)算:Nmax=1 202.97 kN<[N]=2 844.27 kN。

混凝土條形基礎(chǔ)局部承壓滿足要求。

故條形基礎(chǔ)下方的地基承載力要達(dá)到至少150 kPa。

2.3.8 條形基礎(chǔ)配筋驗(yàn)算

基礎(chǔ)采用長×寬×高=15 m×2 m×1m的條形基礎(chǔ),C30鋼筋混凝土,采用理正結(jié)構(gòu)工具箱計(jì)算,根據(jù)計(jì)算的地基承載力轉(zhuǎn)換成均布線荷載進(jìn)行加載,驗(yàn)算結(jié)果見表1。

表1

經(jīng)驗(yàn)算條形鋼筋混凝土基礎(chǔ)裂縫和撓度均滿足設(shè)計(jì)要求。

上述驗(yàn)算,該窄橋高墩采用梁柱式支架施工設(shè)計(jì)方案,能滿足在施工工況情境條件下支架的強(qiáng)度、穩(wěn)定性等安全施工要求。

3 梁柱式支架關(guān)鍵施工工序的安全性

3.1 支架搭設(shè)規(guī)范與常規(guī)檢查

檢查工字鋼有無變形。檢查支架的垂直偏差,尤其注意轉(zhuǎn)角處和斷口處的垂直度。如垂直度有異常一經(jīng)發(fā)現(xiàn),應(yīng)及時(shí)加固維護(hù),消除隱患。檢查螺旋管垂直度是否有變化,有異常情況及時(shí)分析原因處理。檢查支架連接是否全部滿焊并滿足要求,如發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)糾正。檢查支架的荷載情況,嚴(yán)禁存在超荷載情況發(fā)生,并定期清理垃圾。支架日常需安排專人進(jìn)行管理及檢查,并及時(shí)做好記錄。支架施工過程中時(shí)刻關(guān)注支架變形及地基沉降情況。

3.2 地基處理穩(wěn)固

根據(jù)施工圖中的設(shè)計(jì)地質(zhì)情況,地面下為粉質(zhì)黏土層,基礎(chǔ)承載力較好,條形基礎(chǔ)施工前,清除表面種植土,下挖基礎(chǔ)1 m,回填碎石類土,地基觸探、分層夯實(shí)碾壓、每層夯實(shí)厚度為30 cm,回填至原地面,做地基承載力試驗(yàn),根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果可知:確保立柱式支架地基承載力不小于150 kPa。如不滿足要求,則采用小型夯實(shí)機(jī)夯填密實(shí)。

3.3 鋼管柱與條形基礎(chǔ)焊接可靠

施工時(shí)應(yīng)在條形基礎(chǔ)頂部埋設(shè)90 cm×90 cm×1 cm鋼板,并與鋼管滿焊,在螺旋管支墩上下口采取補(bǔ)強(qiáng)措施,在螺旋管頂與砂箱周邊采用對稱焊接的方式,三角鋼板加勁肋需要加固,螺旋管底部焊接鋼板與基礎(chǔ)預(yù)埋鋼板加強(qiáng)連接,沿四周焊接三角鋼板加勁肋對底座進(jìn)行加固。

3.4 支架預(yù)壓

支架安裝完成后,經(jīng)監(jiān)理檢查驗(yàn)收合格后,對其進(jìn)行預(yù)壓,預(yù)壓方式為實(shí)物重載。澆段橫截面面積為預(yù)壓的重物選用預(yù)壓塊,預(yù)壓重量為梁體重量的1.2倍,每塊預(yù)壓塊2.4 t。預(yù)壓采用五級進(jìn)行,第一級為設(shè)計(jì)值的2%,第二級為設(shè)計(jì)值60%,第三級為設(shè)計(jì)值80%,第四級為設(shè)計(jì)值100%,測量穩(wěn)定后,再緩慢加載到梁重的120%,確保安全。嚴(yán)禁集中加載,加載重量誤差應(yīng)控制在±3%范圍以內(nèi)。每級加載完畢1 h后進(jìn)行支架的變形觀測,全部加載完畢后宜每6 h測量一次變形值。最后兩次沉落量觀測平均值之差不大于2 mm時(shí)終止預(yù)壓。為避免傾斜倒塌,預(yù)壓塊應(yīng)堆碼整齊。預(yù)壓塊應(yīng)堆碼整齊,避免傾斜倒塌。澆段橫截面面積為預(yù)壓的重物選用預(yù)壓塊,混凝土總重量為1 228.54 t,預(yù)壓重量為梁體重量的.2倍即1 474.25 t,每塊預(yù)壓塊2.4 t,共需預(yù)壓塊615塊。每級加載完畢1 h后進(jìn)行支架的變形觀測,全部加載完畢后宜每6 h測量一次變形值。最后兩次沉落量觀測平均值之差不大于2 mm時(shí)終止預(yù)壓。當(dāng)支架預(yù)壓穩(wěn)定后,卸除全部壓預(yù)塊,立即對沉降觀測點(diǎn)進(jìn)行測量,整理數(shù)據(jù)。

3.5 模板及支架拆除

3.5.1 模板拆除

通過對梁體同條件養(yǎng)護(hù)試件進(jìn)行抗壓試驗(yàn),當(dāng)簡支現(xiàn)澆梁梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到。5 MPa時(shí)且其表面及棱角不因拆模受損時(shí),拆除梁體端模、腹板內(nèi)外側(cè)模。當(dāng)梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求且不小于7 d齡期,張拉預(yù)應(yīng)力筋,完成壓漿作業(yè),混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%,進(jìn)行梁體底模、內(nèi)箱頂模板拆除工作。

3.5.2 梁柱式支架拆除

縱向鋼束B1張拉結(jié)束后進(jìn)行支架拆除。

4 結(jié)束語

窄橋高墩采用梁柱式支架具有承載力大、風(fēng)阻小、穩(wěn)定性好的特點(diǎn),經(jīng)過科學(xué)合理性的設(shè)計(jì)驗(yàn)算,該橋梁柱式支架能滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求。同時(shí)做好施工過程中關(guān)鍵工序的安全性控制。設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)的有效控制是窄橋高墩支架施工安全性的根本保障,具有較好的推廣價(jià)值。