裝配式橋梁0#塊托架施工技術(shù)

楊青陽，羅元元，李彬，盧雪東

(1.廣安交通投資建設(shè)開發(fā)集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 廣安 638500；2.中建橋梁有限公司，重慶 402200）

大（特大）型橋梁是目前跨越江河、深溝險(xiǎn)壑的主要橋型。大型橋梁工程中的0#塊因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高度大、混凝土體積大等特點(diǎn)一直是臨時(shí)結(jié)構(gòu)施工中的重點(diǎn)。目前，國內(nèi)大（特大）型橋梁0#塊施工常用的有兩種施工技術(shù)：一是采用鋼管立柱型鋼或貝雷梁分配梁的鋼管支架結(jié)構(gòu)［1～2］，二是采用在墩柱上預(yù)埋鋼板焊接型鋼牛腿的托架結(jié)構(gòu)［3～5］。在高墩0#塊施工中由于鋼管立柱支架所需鋼材量較大，更多采用托架結(jié)構(gòu)；而預(yù)埋牛腿托架由于全部結(jié)構(gòu)均需焊接，工程量較大。在實(shí)際施工中，作業(yè)工人在焊接、現(xiàn)場加工、下料精確度上存在不足，施工質(zhì)量難以保證；同時(shí)，大量的臨時(shí)結(jié)構(gòu)需要在現(xiàn)場加工，高空作業(yè)、懸空作業(yè)等較多，安全風(fēng)險(xiǎn)極大。本文從解決永臨結(jié)構(gòu)連接難題入手，著眼臨時(shí)結(jié)構(gòu)裝配化、輕量化設(shè)計(jì)，介紹安全系數(shù)更高、施工安全風(fēng)險(xiǎn)更低的裝配式橋梁0#塊托架。

1 工藝原理

借鑒爬模承重體系設(shè)計(jì)，以特制的爬錐為預(yù)埋件，作為永臨連接及承受上部荷載的主要結(jié)構(gòu)，預(yù)埋件由預(yù)埋板、連接螺桿和爬錐組成，三角牛腿支架與墩柱之間通過牛腿和連接螺栓與墩柱預(yù)埋件相連，各桿件之間通過帶耳板的牛腿A、B、D進(jìn)行銷接。軸銷及牛腿與墩柱間連接的螺栓均采用高強(qiáng)度40Gr鋼材，確保結(jié)構(gòu)安全。見圖1。

圖1 0#塊托架結(jié)構(gòu)

各節(jié)點(diǎn)均采用銷接結(jié)構(gòu)，避免了結(jié)構(gòu)受荷載作用后節(jié)點(diǎn)之間產(chǎn)生彎矩作用及現(xiàn)場焊接質(zhì)量不合格造成的施工風(fēng)險(xiǎn)。由于節(jié)點(diǎn)間彎矩作用消失，減小了臨時(shí)結(jié)構(gòu)的尺寸，從而減少了材料用量。根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸和荷載大小，墩身間和懸臂端采用不同的牛腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)且兩種牛腿均可周轉(zhuǎn)使用。軸銷結(jié)構(gòu)和預(yù)埋件承重結(jié)構(gòu)由40Gr鋼材制成，強(qiáng)度較高，用以承受集中力作用，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的輕量化和裝配化。

2 施工工藝

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用承載能力極限狀態(tài)法進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)永久結(jié)構(gòu)的截面形式和尺寸確定三角牛腿的位置及數(shù)量，盡量減少臨時(shí)懸臂長度，避免在同一結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)較大負(fù)彎矩。確保滿足施工要求的情況下，在型鋼的軸銷孔位置增加補(bǔ)強(qiáng)板，提高結(jié)構(gòu)的局部截面強(qiáng)度。考慮周轉(zhuǎn)性，部分構(gòu)件在一定范圍內(nèi)不滿足結(jié)構(gòu)安全計(jì)算時(shí)，可以在型鋼腹板頂?shù)装逦恢迷黾蛹觿虐?，提高截面?qiáng)度。

2.2 構(gòu)件加工

本結(jié)構(gòu)中涉及的所有材料均在工廠加工后現(xiàn)場拼裝，無需高空焊接作業(yè)。結(jié)構(gòu)所用焊接均要求采用二保焊，焊縫高度15～20 mm，均為角焊縫，質(zhì)量滿足一級焊縫要求并對所有焊縫做探傷檢測。所有截面孔洞均采用鏜（沖）孔方式成孔，不得采用氣割方式。孔壁應(yīng)平整無突起。

2.3 構(gòu)件施工

2.3.1 墩身預(yù)埋

預(yù)埋件提前安裝到墩身中，外部端頭嵌入混凝土內(nèi)2 cm，以保證掛件鋼板可以嵌入混凝土內(nèi)。埋入前，先將預(yù)埋件安裝在竹膠板上，使其固定可靠，將帶有竹膠板的預(yù)埋件安裝在指定位置處，定位準(zhǔn)確后，預(yù)埋件后端錨固鋼板與墩身鋼筋進(jìn)行可靠連接，防止位置發(fā)生偏移。埋置位置必須準(zhǔn)確，混凝土澆筑期間加強(qiáng)預(yù)埋件處混凝土的振搗，為了增加混凝土局部強(qiáng)度，可在爬錐位置增加鋼筋網(wǎng)片或鋼板，對混凝土進(jìn)行布局補(bǔ)強(qiáng)。

2.3.2 托架拼裝

預(yù)埋件安裝完成，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到15 MPa后，進(jìn)行支架拼裝。先鑿出墩身預(yù)埋的竹膠板；然后安裝牛腿掛件，用線錘校正，保證豎直度及位置的準(zhǔn)確性，同時(shí)使其與混凝土面完全貼合，安裝固定螺栓，進(jìn)行臨時(shí)固定；再次檢查牛腿是否在同一平面內(nèi)并進(jìn)行調(diào)整，合格后，擰緊螺栓，保證牢固可靠。

三角牛腿采用塔吊吊裝至預(yù)埋鋼板位置處，對正后，先安裝牛腿橫梁，穿入軸銷進(jìn)行固定，安裝安全插銷；再安裝牛腿斜撐，用手拉葫蘆進(jìn)行輔助。

墩身間牛腿安裝完成后，再次檢查同一側(cè)牛腿的平整度，合格后安裝臨時(shí)支座，如果同一側(cè)內(nèi)兩個(gè)牛腿出現(xiàn)高差，可以通過調(diào)整臨時(shí)支座的高度進(jìn)行調(diào)平。

臨時(shí)支座安裝到位后，可以進(jìn)行支架上部結(jié)構(gòu)的安裝。墩身間安裝三拼工56工字鋼橫梁，安裝完成后，用75 mm角鋼在縱梁兩側(cè)進(jìn)行焊接臨時(shí)固定，防止縱梁發(fā)生傾覆。

懸臂端三角牛腿安裝小型臨時(shí)支座，臨時(shí)支座上直接放置貝雷梁等其他臨時(shí)結(jié)構(gòu)件。

2.3.3 托架拆除

0#塊施工完成，預(yù)應(yīng)力張拉完成后進(jìn)行支架拆除，按照先上后下的順序，先將臨時(shí)支座高度降低，然后拆除模板、方木及縱向分配梁。

在支架上將貝雷梁進(jìn)行分解，通過在主梁上的預(yù)埋孔，利用卷揚(yáng)機(jī)將貝雷梁落吊起，拖拽出主梁梁底，然后利用塔吊將貝雷梁放下。

用卷揚(yáng)機(jī)將支架吊起，然后拆除支架與墩柱上的連接螺栓后，將支架整體下放到承臺上。架體經(jīng)檢查無變形脫焊等情況后，方可周轉(zhuǎn)使用。

3 施工效果

在進(jìn)行裝配式托架設(shè)計(jì)及施工的同時(shí)，針對相同0#塊設(shè)計(jì)了全焊式0#塊托架，見圖2。

圖2 全焊接牛腿結(jié)構(gòu)

對兩類托架的制作和施工做了全面的記錄和對比。見表1。

表1 兩類托架量對比

焊接牛腿單個(gè)結(jié)構(gòu)用鋼量約21.7 t，裝配式托架單個(gè)結(jié)構(gòu)用鋼量約13.8 t，用鋼量降低了36.5%。由于裝配式結(jié)構(gòu)可周轉(zhuǎn)使用，根據(jù)施工計(jì)劃，4個(gè)0#塊和1個(gè)邊跨現(xiàn)澆段可采用托架施工，其中2個(gè)采用焊接式托架，3個(gè)采用裝配式托架，一套托架可以周轉(zhuǎn)使用3次，用鋼量降低78.8%。單套牛腿施工可以節(jié)省36個(gè)工日，3個(gè)裝配式牛腿可以節(jié)省108個(gè)工日。

4 結(jié)論

現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)需要用到大量的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，臨時(shí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工也是體現(xiàn)施工核心競爭力和決定施工成本的重要因素。裝配式臨時(shí)結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)勢和特點(diǎn)。

1）工廠化加工，提高加工精度：臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均為工廠化加工預(yù)制構(gòu)件，所需的軸銷、連接板、桿件等均通過工廠加工或?yàn)橛嗁彽某墒飚a(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量，特別是焊縫質(zhì)量更易得到保障。

2）模塊化設(shè)計(jì)，通用性好：設(shè)計(jì)牛腿為三角結(jié)構(gòu)，特別是連接件考慮通用性，在保證結(jié)構(gòu)安全的條件下，統(tǒng)一設(shè)計(jì)，通用性更高，減少了異形構(gòu)件種類，現(xiàn)場施工更便捷。

3）所有構(gòu)件可周轉(zhuǎn)，節(jié)省施工成本：三角牛腿結(jié)構(gòu)具有非常廣泛的通用性，而本設(shè)計(jì)采用銷接拼裝結(jié)構(gòu)，幾乎所有構(gòu)件均可通用，在合理安排施工計(jì)劃的情況下，一套結(jié)構(gòu)可以循環(huán)使用，大大降低施工成本。

4）拼裝式結(jié)構(gòu)，提高施工效率：材料經(jīng)工廠加工后，現(xiàn)場不存在任何焊接作業(yè)，只拼裝、吊裝，安裝在墩柱上即可，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了安裝效率。

5）結(jié)構(gòu)合理，減少用鋼量：設(shè)計(jì)采用銷接結(jié)構(gòu)，避免了牛腿連接處彎矩作用對結(jié)構(gòu)的要求，在結(jié)構(gòu)尺寸及用鋼量下降的同時(shí)，安全系數(shù)大大提高。