山嶺地區(qū)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段 托架法施工技術(shù)研究

趙承寧 薛盼盼

（中交第二航務(wù)工程局有限公司第六工程分公司，湖北 武漢 430014）

1 工程概況

臥龍溝3#特大橋主橋采用（75+3×140+75）m五跨三向預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)體系，節(jié)段長(zhǎng)度為3.5~4.5m變化，中跨和邊跨合攏段長(zhǎng)度為2m，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)度為3.76m；箱梁頂面寬12.75m，底板寬7m，翼緣板懸臂長(zhǎng)為2.875m；箱梁根部梁高8.2m，跨中梁高3.2m，箱梁高度按1.8次拋物線(xiàn)變化；箱梁頂板設(shè)置2%橫坡，底板橫橋向?yàn)樗?。其中邊跨現(xiàn)澆段頂板和底板厚32cm，腹板厚50cm，C55混凝土設(shè)計(jì)方量74方。

由于邊跨墩柱位于山坡，且墩身高度均在70m之上，常規(guī)工藝滿(mǎn)足不了現(xiàn)場(chǎng)施工，故采用在墩身預(yù)埋牛腿，在托架上面支?，F(xiàn)澆的施工工藝。

2 托架構(gòu)造和施工特點(diǎn)

邊跨現(xiàn)澆段支架采用三角托架支架形式，順橋向側(cè)支架自下而上主要為牛腿預(yù)埋件、牛腿斜撐（2工40a）、牛腿豎撐（2工40a）、牛腿橫梁（2HM588×300）、卸荷塊、主橫梁1（2HM588×300）、主橫梁2（HM588×300）、主縱梁1（工38a）、主縱梁2（槽25a）、分配梁1（工20a）、分配梁2（工25a）等組成，橫橋向側(cè)支架自下而上主要為牛腿預(yù)埋件、牛腿斜撐（2工36a）、牛腿豎撐（2工36a）、牛腿橫梁（2工36a）、主橫梁（2工36a）、分配梁（工25a）等，材料均選用Q235b鋼材。防護(hù)欄桿高1.2m，用φ48腳手管搭設(shè)。

3 托架受力分析

3.1 荷載分析

3.1.1 恒載計(jì)算

（1）支架自重（G0）

支架自重荷載由有限元軟件Midas自行處理，g= 9.8m/s2。

（2）混凝土自重（G1）

邊跨混凝土容重按26kN/m3考慮。

邊跨斷面簡(jiǎn)化成，經(jīng)計(jì)算得邊跨單位面積的恒載如圖1、圖2所示。

圖1 臥龍溝邊跨現(xiàn)澆梁恒載示意圖（荷載單位：kN）

圖2 臥龍溝邊跨蓋梁恒載及斷面示意圖（荷載單位：kN、斷面尺寸：mm）

（3）模板荷載（G2）

模板荷載按2.5考慮。

3.1.2 活載計(jì)算

（1）施工荷載（Q1）

施工荷載可按實(shí)際情況計(jì)算，一般情況下由施工人員及小型設(shè)備等組成，可取2.5kN/m2。

（2）混凝土傾倒及振搗荷載（Q2）

混凝土傾倒及振搗荷載一般情況下可取2.5kN/m2。（3）梁系風(fēng)荷載（Qw）

根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》計(jì)算：

工作狀態(tài)：V=13.8m/s

3.2 工況分析

考慮最不利工況，即澆筑工況：混凝土按一次澆筑考慮，澆筑時(shí)間較長(zhǎng)。

3.3 荷載組合

考慮兩種荷載組合形式，即標(biāo)準(zhǔn)組合和基本組合。

本計(jì)算除施工荷載、風(fēng)荷載和其他荷載視為活載以外，其余荷載如支架自重、鋼筋混凝土重力荷載、模板荷載等均視為恒載。荷載組合形式如下：

標(biāo)準(zhǔn)組合＝Σ恒載＋Σ活載

基本組合＝1.2Σ恒載＋1.4Σ活載

在以上組合中，標(biāo)準(zhǔn)組合用來(lái)評(píng)價(jià)剛度及穩(wěn)定性指標(biāo)，基本組合用來(lái)評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指標(biāo)。

3.4 模型及整體計(jì)算

依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，在Midas軟件中建立支架整體模型，如圖3所示。

圖3 邊跨順橋向側(cè)現(xiàn)澆梁支架整體模型圖

模型說(shuō)明：鋼牛腿與墩柱固結(jié)，縱梁與卸荷塊之間的連接為彈性連接，卸荷塊與橫梁之間的連接采用彈性連接。按3.1節(jié)分析的荷載值進(jìn)行加載，進(jìn)行模擬計(jì)算。

計(jì)算結(jié)果：

（1）邊跨順橋向側(cè)邊跨現(xiàn)澆支架。按照一次澆筑考慮，工作風(fēng)速橫橋向作用于支架，模型計(jì)算結(jié)果如圖4所示。順橋向現(xiàn)澆梁支架各主要構(gòu)件計(jì)算結(jié)果如表1所示。

圖4 邊墩橫橋向側(cè)蓋梁支架整體模型圖

表1 順橋向現(xiàn)澆梁支架各主要構(gòu)件計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表明：

主要構(gòu)件（Q235B）：

最大組合應(yīng)力為：σmax=54.36MPa<205MPa

最大變形為：fmax=4.1mm

因此，支架整體計(jì)算主要構(gòu)件強(qiáng)度均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

（2）邊墩橫橋向側(cè)蓋梁支架。橫橋向蓋梁現(xiàn)澆支架各主要構(gòu)件計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 橫橋向蓋梁現(xiàn)澆支架各主要構(gòu)件計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表明：

主要構(gòu)件（Q235B）：

最大組合應(yīng)力為：σmax=116.49MPa<205MPa

最大變形為：fmax=5.52mm

因此，支架整體計(jì)算主要構(gòu)件強(qiáng)度均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

4 托架預(yù)壓

邊跨現(xiàn)澆段支架預(yù)壓采用沙袋加鋼筋堆載法預(yù)壓，以檢驗(yàn)支架各部分的承載能力及受力變形情況，消除支架的非彈性變形。加載過(guò)程分別按邊跨現(xiàn)澆段自重及施工活載的60%、100%、120%分別進(jìn)行三級(jí)加載，安排一名人員專(zhuān)門(mén)記錄，左右兩側(cè)平衡加載，T構(gòu)兩端同時(shí)在同一位置加載，最大不平衡重不超過(guò)加載重量的30%。預(yù)壓過(guò)程中對(duì)三角支架布置兩個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。預(yù)壓結(jié)束后，對(duì)支架兩側(cè)同步進(jìn)行卸載，防止單邊操作對(duì)支架橫斷面受力不均。

5 邊跨現(xiàn)澆段施工

5.1 支架安裝

（1）預(yù)埋牛腿埋件：墩柱鋼筋綁扎完畢，測(cè)量定位埋件的位置，安裝并固定錨筋及錐形螺母，檢查錨筋埋設(shè)長(zhǎng)度及相對(duì)位置是否滿(mǎn)足要求，用泡沫膠將錐形螺母開(kāi)口端封堵好，以免澆筑時(shí)進(jìn)入水泥漿。

（2）托架結(jié)構(gòu)焊接及安裝：在地面先將組成托架結(jié)構(gòu)單元焊接完畢，取出錐形螺母里面的泡沫膠，將焊接完畢質(zhì)量合格的托架吊裝至墩柱上，上墊片、螺紋桿并擰緊螺母。等托架結(jié)構(gòu)安裝好后，焊接平聯(lián)。

（3）卸荷塊及主橫梁的安裝：測(cè)量已安裝好的三角托架頂面標(biāo)高，根據(jù)梁底的設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算卸荷塊高度。然后安裝支架主橫梁。

（4）剩余支架上部結(jié)構(gòu)的安裝：在主橫梁上進(jìn)行縱梁、分配梁及桁架安裝，然后進(jìn)行底模鋪裝。底模鋪裝完成后根據(jù)設(shè)計(jì)梁底標(biāo)高復(fù)測(cè)平臺(tái)標(biāo)高，進(jìn)行調(diào)整。

5.2 模板施工

支架安裝完畢，開(kāi)始安裝底膜，測(cè)量標(biāo)高調(diào)整至設(shè)計(jì)高程，然后安裝外側(cè)模、翼緣板模板，模板采用定制鋼膜，箱式內(nèi)膜頂板采用扣件式鋼管支撐。

5.3 鋼筋施工

待底板模板鋪設(shè)好以后，開(kāi)始綁扎底板鋼筋，側(cè)模安裝完成開(kāi)始綁扎腹板、頂板鋼筋，注意加墊塊及定位鋼筋控制保護(hù)層，鋼筋綁扎過(guò)程中預(yù)應(yīng)力管道同時(shí)鋪設(shè)，固定牢固防止偏位。

5.4 混凝土施工

C55纖維混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工采用塔吊加料斗方式，澆筑前應(yīng)注意清潔模板底及周邊雜物，澆筑順序依次為底板、腹板、頂板，澆筑時(shí)嚴(yán)格控制分層振搗，同時(shí)設(shè)置串桶，避免混凝土離析，施工完成后注意混凝土養(yǎng)護(hù)。

5.5 支架拆除

在縱向及橫向預(yù)應(yīng)力張拉完成后進(jìn)行拆除，拆除時(shí)先使用鋼絲繩通過(guò)邊跨現(xiàn)澆段預(yù)留孔將主橫梁懸掛固定，使用氣割將卸荷塊拆除，然后使用倒鏈將主橫梁及上部模板落在三腳架橫梁上，使用卷?yè)P(yáng)機(jī)及塔吊將其余部件全部拆除。支架拆解作業(yè)前應(yīng)對(duì)吊裝機(jī)械及機(jī)具進(jìn)行安全檢查，在操作過(guò)程中地上、空中應(yīng)有專(zhuān)人進(jìn)行指揮及指導(dǎo)，支架的拆除是高空危險(xiǎn)作業(yè)，每道工序必須經(jīng)過(guò)認(rèn)真的檢查，無(wú)誤后方可進(jìn)行下一道工序。

6 結(jié)語(yǔ)

受限于山區(qū)復(fù)雜地形，山區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋通常橋墩較高且處于陡坡狹窄地形，部分剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段設(shè)計(jì)長(zhǎng)度大，邊跨現(xiàn)澆段施工方法多樣，支架法施工面臨風(fēng)險(xiǎn)大和不經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。根據(jù)臥龍溝3#特大橋邊跨跨度及現(xiàn)場(chǎng)地形地貌，決定采用邊跨現(xiàn)澆段牛腿托架法施工工藝。此工藝施工過(guò)程簡(jiǎn)單，托架受力安全可靠，材料加工簡(jiǎn)單且可以周轉(zhuǎn)使用，經(jīng)濟(jì)適用性較強(qiáng)。托架法施工是解決超高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工操作難度大、危險(xiǎn)系數(shù)高的有效方法之一，對(duì)類(lèi)似工程施工可以起到參考作用。