立體交叉互通超高支架現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)探討

李建凱

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州貴陽 550000）

0 引言

鋼管支架法因施工簡便、性能可靠而在現(xiàn)澆梁板中廣泛應(yīng)用，但是當(dāng)支架搭設(shè)高度超出8m 后僅通過鋼管支架便無法確?，F(xiàn)澆梁板施工強(qiáng)度、剛度及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，必須通過搭設(shè)組合支架增強(qiáng)鋼管支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性。此外，超高現(xiàn)澆支架施工過程也面臨各種質(zhì)量及安全隱患，必須從施工方案設(shè)計、施工過程控制等角度出發(fā)，保證工程施工及運行的安全穩(wěn)定。

1 工程概況

某高速公路起訖樁號為K200+045—K285+565，公路全長85.52km，其中KE15 合同段起訖樁號K278+000—K285+565，長度7.565km，主要包括的橋梁構(gòu)造物為互通立交主線橋，A、C匝道1#和2#橋，B匝道及D匝道橋，以上橋梁構(gòu)造物上部均采用普通鋼混現(xiàn)澆連續(xù)箱梁設(shè)計。匝道橋現(xiàn)澆連續(xù)箱梁共17 聯(lián)，78 孔，跨徑最大為20m。該立體交叉互通橋梁位于山區(qū)，地面起伏，且地勢南高北低，河谷幽深，河谷兩側(cè)山勢陡峭，山峰呈尖棱狀、山脊呈刀狀。

該互通立交依托河流展線，地形地勢較為復(fù)雜，匝道多次穿越河流兩側(cè)，且所在流域于6～9 月間洪水頻發(fā)，增大了互通立交現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工難度。結(jié)合現(xiàn)場踏勘及所取得的工程資料，根據(jù)墩柱高度設(shè)計出兩種現(xiàn)澆箱梁底模支撐方案：當(dāng)墩柱高度小于15m且地形地勢較為平坦的區(qū)域，應(yīng)采用滿堂碗扣支架；而當(dāng)墩柱高度不小于15m且地勢陡峭復(fù)雜、跨越河道時，應(yīng)采用貝雷梁支架?？紤]到該互通立交超高支架現(xiàn)澆箱梁施工工期緊、施工難度大、質(zhì)量要求高，故采用φ609鋼管立柱、貝雷梁片與盤扣式支架相結(jié)合的組合支架施工方案[1]。

2 超高支架現(xiàn)澆箱梁施工

2.1 地基處理

以鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)為鋼管樁底座，跨中及墩身處基礎(chǔ)尺寸分別為11m×4m×1m和11m×1.2m×0.8m（長×寬×高），將Ф20、Ф12縱向筋和Ф10箍筋分別設(shè)置在混凝土基礎(chǔ)中?？紤]到該橋梁工程所處地區(qū)地表以素填土為主，必須通過60t振動錘在基礎(chǔ)中打設(shè)加強(qiáng)鋼管樁。通過在混凝土基礎(chǔ)頂面堆放鋼筋的方式進(jìn)行基礎(chǔ)靜載預(yù)壓，以檢驗地基承載力，并消除因基礎(chǔ)沉降所引發(fā)的非彈性變形。在預(yù)壓前通過I36工字鋼在混凝土基礎(chǔ)上鋪設(shè)預(yù)壓施工平臺，以確保所堆放鋼筋的荷載全部作用于擴(kuò)大的混凝土基礎(chǔ)上。結(jié)合設(shè)計要求，跨中墩鋼管樁反力均不超出345t，通過重量345t的Ф32鋼筋按照12m×6m的堆放面積及1.0m的堆放高度預(yù)壓；邊墩鋼樁反力之和不超出270t，則通過重量270t的Ф32 鋼筋按照12m×6m 的堆放面積及1.0m的堆放高度預(yù)壓。若持續(xù)3d的預(yù)壓結(jié)果顯示的總沉降量不超出1mm，則可判定地基沉降穩(wěn)定。

支墩基礎(chǔ)采用C25鋼筋混凝土形式，并在基礎(chǔ)底面增設(shè)厚度10cm、襟邊寬10cm 的C15 混凝土墊層，澆筑過程中頂面必須與法蘭盤準(zhǔn)確連接，以起到固定鋼管立柱的作用。

2.2 鋼管立柱施工

待所澆筑的支墩基礎(chǔ)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，通過全站儀進(jìn)行鋼管立柱中心線校核，校核無誤后借助30t 起重機(jī)分節(jié)段起吊安裝鋼管立柱。最底面鋼管立柱節(jié)段吊裝完成后，通過螺栓和預(yù)埋法蘭盤連接；其上節(jié)段吊裝時，均應(yīng)及時擰緊螺栓，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和整體性。支墩安裝過程中必須同步搭設(shè)雙排支架，并搭設(shè)操作平臺，完成立柱安裝后再吊裝L160剪刀撐，并通過操作平臺將其與鋼管立柱焊接?？紤]到鋼管立柱支墩具有較大高度，為保證支墩體系穩(wěn)定，應(yīng)事先加工相配套的抱箍，并按設(shè)計要求設(shè)置抱柱連接（見圖1），抱箍和鋼管立柱之間的連接仍通過L160剪刀撐實現(xiàn)（見圖2）。

圖1 鋼管立柱抱柱連接示意圖

圖2 支墩剪刀撐連接示意圖

2.3 分配梁和貝雷梁安裝

在鋼管立柱頂部利用全站儀測量定位出分配梁兩側(cè)邊線，并按設(shè)計位置焊接限位鋼板。橫向分配梁通過30t 起重機(jī)吊裝。吊裝過程中，為避免發(fā)生滑移等安全問題，應(yīng)在每根工字鋼端頭1.5m 處設(shè)置兩個吊點固定鋼絲繩；起吊后的工字鋼直接吊運至事先設(shè)置好的限位鋼板內(nèi)，牢固焊接。完成分配梁安裝后還應(yīng)測量定位出貝雷梁安裝位置，1 榀貝雷梁包括6 片梁片，2榀貝雷梁通過花架連成一組，組件通過設(shè)置于下弦桿處的L160 剪刀撐連接。貝雷梁組裝工作在地面完成，并通過30t起重機(jī)吊裝至設(shè)計安裝位置后按要求組裝。

2.4 盤扣式支架安裝

將雙I12 作為盤扣式支架立桿底部支撐設(shè)置在貝雷梁片縱向分配梁頂面，結(jié)合箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計及盤扣式支架受力特性，應(yīng)按照150cm確定支架立桿縱向間距，腹板下方以及翼緣板下方橫向間距分別按120cm 和150cm設(shè)置。以第一層水平橫桿為掃地桿，設(shè)置在與地面距離35cm處；橫縱向立桿均按照150cm步距設(shè)置，并局部加密；為用作施工平臺，應(yīng)將橫向外側(cè)立桿搭設(shè)于翼緣板外延120cm處，并比作業(yè)面高出1.2m，同時在操作平臺外布置密目防護(hù)網(wǎng)?？烧{(diào)頂托反向設(shè)置于貝雷梁頂立桿底部以及頂部，立桿底部通過12號槽鋼加強(qiáng)支撐。以滿布方式設(shè)置支架豎向斜桿和兩道鋼管扣件式水平剪刀撐，并通過專用扣件連接盤扣式立桿。為確保支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，柱箍通過Φ48×3.5扣件式鋼管搭設(shè)，并連接相鄰側(cè)支撐體系，將連接橫桿深入側(cè)支撐內(nèi)的尺寸控制在3.0m以上，同時保證扣件連接的穩(wěn)固性。

2.5 側(cè)模與內(nèi)模安裝

利用截面尺寸6cm×8cm的方木將側(cè)模背面全部包邊處理，并按照縱向40cm的間隔距離拉撐加固，用玻璃膠將底模和側(cè)模、側(cè)模和側(cè)模之間的縫隙填充密實平整，防止發(fā)生漏漿。內(nèi)模主要采用竹膠板材料。在內(nèi)模制作時先完成節(jié)段長度1.4m 的方木骨架的制作及組合拼裝，并將內(nèi)模板頂面和側(cè)面均通過骨架釘入竹膠板固定。待底模板、腹板及橫隔梁鋼筋安裝后，再將其結(jié)構(gòu)整體吊入指定位置并安裝加固處理。頂板混凝土澆筑前，還應(yīng)在順橋向箱室零彎矩處增設(shè)尺寸120cm×80cm 的人孔天窗，便于施工操作以及混凝土澆筑結(jié)束后拆模。

2.6 鋼筋安裝

在預(yù)制場集中進(jìn)行鋼筋制作，完成后運輸至施工現(xiàn)場，通過汽車吊提升至設(shè)計高度后綁扎成型，為保證結(jié)構(gòu)的完整性，應(yīng)同時進(jìn)行底板鋼筋和腹板鋼筋骨架的綁扎安裝；安裝過程中如遇鋼筋骨架和普通鋼筋位置沖突，則應(yīng)適當(dāng)調(diào)整普通鋼筋位置，保證鋼筋骨架準(zhǔn)確安裝和定位。綁扎鋼筋前應(yīng)安排專業(yè)的測量技術(shù)人員進(jìn)行模板高程及平面位置復(fù)測，核對無誤后再進(jìn)行綁扎，綁扎過程應(yīng)按照普通鋼筋→橫隔梁→腹板鋼筋骨架的次序綁扎并焊接，內(nèi)膜鋼筋綁扎安裝結(jié)束后再進(jìn)行頂板鋼筋綁扎。

2.7 混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)

該立體交叉互通超高支架現(xiàn)澆箱梁混凝土澆筑采用二次澆筑技術(shù)，即先檢查底板、腹板鋼筋及模板，無誤后首次澆筑，結(jié)束后進(jìn)行內(nèi)模頂板安裝，頂板鋼筋綁扎，混凝土頂面標(biāo)高點設(shè)置，檢查合格后再進(jìn)行頂板混凝土澆筑施工。混凝土材料通過拌和站集中制備，罐車運輸至施工現(xiàn)場后通過輸送泵泵送入模，為保證施工質(zhì)量，應(yīng)按照30～40cm 的層厚分層澆筑，對稱進(jìn)行，通過振搗器振搗密實。對于鋼筋設(shè)置較為密集的區(qū)域，應(yīng)改用直徑30mm 小型插入式振搗器振搗。澆筑結(jié)束后按照設(shè)計要求覆蓋土工布保濕養(yǎng)護(hù)。

3 超高支架受力分析

在完成立體交叉互通超高支架現(xiàn)澆箱梁施工后，采用Midas 有限元分析軟件構(gòu)建箱梁最高現(xiàn)澆跨有限元模型，并通過預(yù)壓荷載計算模型結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性，在全面分析影響因素的基礎(chǔ)上評估支架受力的穩(wěn)定性與安全性。

該立體交叉互通式貝雷梁采用16Mn鋼材，抗拉、抗壓及抗彎應(yīng)力均為295MPa，剪應(yīng)力170MPa；其余部件均采用Q235A鋼材，抗拉、抗壓及抗彎應(yīng)力215MPa，剪應(yīng)力125MPa。采用1.2×恒荷載+1.4×可變荷載組合進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗算，同時采用混凝土結(jié)構(gòu)自重+模板、支架結(jié)構(gòu)重量進(jìn)行結(jié)構(gòu)剛度驗算。荷載組合情況具體見表1。

表1 該立體交叉互通超高支架荷載組合情況

盤扣式支架應(yīng)力絕對值最大取150.8MPa＜[σ]=215MPa，剪應(yīng)力絕對值最大取13.8MPa＜[σ]=125MPa，均符合設(shè)計要求。貝雷梁應(yīng)力絕對值最大取150.8MPa＜[σ]=295MPa，剪應(yīng)力絕對值 最 大取115MPa＜[σ]=180MPa，符合要求，在組合應(yīng)力作用下，貝雷梁位移最大值為13.2mm，且主要分布在跨中區(qū)域。該橋梁工程貝雷梁通過插銷方式連接，銷孔間設(shè)計間隙較大，當(dāng)桁架受載的情況下銷孔所發(fā)生的相對位移引發(fā)非彈性變形的可能性較大，但根據(jù)公式所分析的非彈性變形值及總變形值均符合結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面的要求。

分析該立體交叉互通超高組合模架十階整體模態(tài)特征值發(fā)現(xiàn)，其特征值均在6.15以上，且結(jié)構(gòu)彈性屈曲穩(wěn)定安全系數(shù)在4.0以上，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性符合相關(guān)規(guī)范[2]。

4 支架預(yù)壓

為消除支架結(jié)構(gòu)非彈性變形，并進(jìn)行立體交叉互通超高現(xiàn)澆支架實際變形量以及安全性、穩(wěn)定性的檢驗，必須進(jìn)行支架預(yù)壓。通過預(yù)壓試驗，得到支架模板實際彈性變形，并據(jù)此繪制荷載-撓度曲線，進(jìn)行預(yù)拱度調(diào)整，驗證超高支架現(xiàn)澆箱梁施工參數(shù)，并進(jìn)行原設(shè)計方案施工參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化。根據(jù)預(yù)壓變形程度描繪沉降曲線和模板彈性變形曲線，并結(jié)合支撐變形實際值及設(shè)計預(yù)拱度值，通過調(diào)整模板支撐頂托的方式達(dá)到調(diào)整支架模板預(yù)拱度的目的[3]。

結(jié)合工程實際及有限元分析，應(yīng)在支架預(yù)壓開始前，在其前后兩支點以及每跨向1/4、1/2 及3/4 處布置預(yù)壓觀測斷面，同時沿橫向在各斷面對稱布置三個觀測點，構(gòu)成觀測網(wǎng)。布置好測點后按30%、100%及120%的設(shè)計荷載值進(jìn)行預(yù)壓操作，每加載一級，均應(yīng)間隔2h 實施觀測，直至沉降速率降至1.0mm/d 及以下。在觀測過程中，主要通過水準(zhǔn)儀進(jìn)行支架、模板、地基等結(jié)構(gòu)沉降變形程度的觀測，同時通過全站儀進(jìn)行支架位移觀測。根據(jù)預(yù)壓試驗結(jié)果，彈性變形量最大值出現(xiàn)在跨中，越往墩位方向則彈性變形量越小，據(jù)此將跨中預(yù)拱度按照10mm 設(shè)定，其余各觀測點和觀測斷面以此為基準(zhǔn)，按照二次拋物線進(jìn)行預(yù)拱度設(shè)置。

考慮到立體交叉互通現(xiàn)澆箱梁臨時墩支架高度較大，且施工過程正好處于多臺風(fēng)季節(jié)，為保證支架結(jié)構(gòu)整體抗風(fēng)穩(wěn)定性，在臨時邊墩處增設(shè)與墩身的連接，并在支架兩側(cè)鋼管柱2/3 高度的臨時中墩處拉設(shè)斜向風(fēng)纜，每排設(shè)置4根Ф28mm鋼絲繩實現(xiàn)鋼管樁纜風(fēng)索。

5 結(jié)語

應(yīng)用本研究提出的施工方案后，該立體交叉互通匝道箱梁混凝土澆筑施工順利完成，且混凝土澆筑過程中進(jìn)行的支架結(jié)構(gòu)變形及穩(wěn)定性監(jiān)測結(jié)果顯示，支架結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，沉降及位移變動均位于可控范圍，也驗證了采用超高組合支架施工方案的合理性，采用的組合支架方案有效降低盤扣式支架搭設(shè)高度，拆除更加方便，通過調(diào)整支架頂托升降以調(diào)整模板標(biāo)高及平整度的操作效率也較高?？傊竟こ淌┕し桨高m用于超高支架、梁長及路線平面半徑較小、縱坡坡度較大的現(xiàn)澆箱梁施工，取得的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益較好。