跨海橋鋼-混組合梁橋面板懸挑模板施工技術(shù)

劉 卓

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

鋼-混組合梁是建筑工業(yè)化背景下大力推廣的橋梁結(jié)構(gòu)形式，具有自重輕、跨度較大，施工速度快等諸多技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，在市政工程領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用。但在公路工程領(lǐng)域，特別是跨越江河湖海的橋梁中，如何在無支架的施工環(huán)境下進(jìn)行橋面板澆筑，并確保鋼-混組合結(jié)構(gòu)均勻受力、不產(chǎn)生裂縫，仍然是此類項(xiàng)目施工的技術(shù)難點(diǎn)。

本文結(jié)合某高速公路跨海橋通航孔位置三跨一聯(lián)3×50 m鋼-混組合梁現(xiàn)澆橋面板施工，論述了淺海環(huán)境中無支架情況下懸挑模板設(shè)計(jì)及橋面板現(xiàn)澆施工的技術(shù)控制難點(diǎn)，對(duì)鋼-混組合梁橋面板吊模施工技術(shù)進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹。

1 工程概況

某高速公路跨海橋全長4 279 m，共31聯(lián)，其中第11聯(lián)為3跨50 m鋼-混組合梁。該鋼結(jié)構(gòu)部分由7片工字鋼主梁組成，梁高2.5 m，中心距為3.2 m，主梁直接通過小橫梁橫向連接。組合梁跨中橫斷面如圖1所示。

該混凝土橋面板總寬22 m，鋼-混組合梁實(shí)際寬度為19.2 m，懸臂長1.4 m，標(biāo)準(zhǔn)梁段現(xiàn)澆橋面板混凝土標(biāo)準(zhǔn)厚度為25 cm，鋼梁支撐處板厚加厚至35 cm?，F(xiàn)澆橋面板采用無收縮C50鋼纖維混凝土，膨脹劑摻量應(yīng)以混凝土28 d體積保持不變?yōu)樵瓌t，鋼纖維的摻量為50 kg/m3。

2 翼緣板懸挑模板設(shè)計(jì)

2.1 懸挑模板總體方案

組合梁下方為通航孔，無法進(jìn)行支架搭設(shè)，而設(shè)計(jì)圖紙并未給出翼緣板位置的鋼模板清單，翼緣板的施工需由施工方自行考慮。在經(jīng)過多方論證后，項(xiàng)目部最終決定鋼-混組合梁翼緣板施工采用懸挑架+組合木模的方式進(jìn)行。

總體方案為：在鋼-混組合梁頂部主梁上焊接支撐腿，支撐腿上焊接橫橋向懸挑梁作為懸挑支架主要受力構(gòu)件，懸挑梁間距5 m設(shè)置一道，懸挑梁上焊接工字鋼掛耳，將組合模板通過精軋螺紋鋼拉桿懸掛于吊耳上固定，其結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示。

圖1 組合梁跨中橫斷面圖(cm)

圖2 懸挑模板結(jié)構(gòu)系統(tǒng)示意圖(mm)

2.2 懸挑模板支撐系統(tǒng)

懸挑梁：采用5 m長雙拼36a工字鋼，間隔5 m設(shè)置一道，通過支撐腿與主縱梁焊接，懸挑長度為1.5 m。

支撐腿：為確保鋼筋綁扎及澆筑作業(yè)空間，采用0.6 m長雙拼25a工字鋼橫橋向布置，后支撐腿與次邊端主縱梁焊接，前支撐腿與邊端主縱梁焊接，要求工字鋼上、下翼緣滿焊，即焊縫長度為47.2 cm。

掛耳：掛耳采用兩根25a工字鋼，長1 m，分別垂直懸挑梁焊接于懸挑端0.3 m及1.2 m位置。

吊桿：吊桿采用直徑20 mm的精軋螺紋鋼拉桿，長度≥2 m，每條懸臂梁配8根吊桿，吊桿設(shè)配套鋼墊板及固定螺母。為確保安全，模板系統(tǒng)調(diào)試好后采用雙螺母固定。

底托梁：吊桿下連接兩根25a工字鋼作為底托梁，單根長5 m，順橋向布置，通過相鄰兩條懸臂梁連接的吊桿固定。

組合木模板系統(tǒng)：底托梁上鋪80 mm×100 mm方木，單根方木長1.2 m，間隔0.5 m布置，縱橋向通過方木和木模板的組合滿足翼緣板造型的需要。

2.3 懸挑模板拼裝流程

支腿焊接→懸挑梁就位焊接→吊桿及底托梁施工→安全防護(hù)網(wǎng)施工→組合木模板系統(tǒng)施工→接縫處理→模板高程及平整度調(diào)整→鋼筋綁扎施工→橋面板混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)→懸挑模板拆除。

2.4 懸挑模板支撐系統(tǒng)受力驗(yàn)算

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及施工工況，懸挑模板受力可分為永久荷載及可變荷載。永久荷載包括翼緣板鋼筋混凝土重量、木模系統(tǒng)自重及底托梁自重等；可變荷載包括施工荷載、混凝土振搗附加荷載等。永久荷載和可變荷載分別按1.2、1.4的分項(xiàng)系數(shù)計(jì)算。每一段懸挑模板上的永久荷載G1=54.2 kN，可變荷載G2=38.5 kN。

2.4.1 底托梁驗(yàn)算

根據(jù)組合模板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，施工荷載由兩條底托梁承受，每條底托梁受力為：Q=(G1+G2)/2=46.4 kN，施工荷載通過橫向方木傳遞到底托梁，可將荷載視為均布荷載，則底托梁所承受的線荷載為：q=46.4 kN/5 m=9.28 kN/m。

取q=9.5 kN/m，計(jì)算得底托梁承受的最大彎矩為29.7 kN·m，其截面慣性矩為402 cm3。

故最大應(yīng)力σmax=2 970/402×10=73.8 MPa，<[σ]=170 MPa，安全。

最大撓度ωmax=7.3 mm，<[ω]=5 000/200=25 mm，滿足要求。

2.4.2 懸挑梁驗(yàn)算

組合模板上的荷載主要由連接體系傳至懸挑梁，懸挑梁受兩處集中荷載，荷載大小為組合模板及施工荷載的總重。組合模板上的總荷載為G1+G2=92.7 kN，考慮連接拉桿等重量，取總荷載為100 kN，則懸挑梁所受的集中荷載F1=F2=100/2=50 kN，懸挑梁所受最大彎矩Mmax=80 kN·m，懸挑梁總的截面慣性矩為1 750 cm3。

故最大應(yīng)力σmax=8 000/1 750×10=45.7 MPa，<[σ]=170 MPa，安全。

最大撓度ωmax=2.5 mm，<[ω]=1 500/250=6 mm，滿足要求。

2.4.3 懸挑梁焊縫驗(yàn)算

驗(yàn)算僅考慮后支撐腿的焊縫受力，前支撐腿的焊縫及懸挑梁自重作為安全儲(chǔ)備，計(jì)算得后支撐腿所受拉力為11.6 kN。

故所需焊縫長度L=6.67 mm，<472 mm，滿足要求。

2.4.4 吊桿受力驗(yàn)算

單根吊桿承受的拉力P=(G1+G2)/8=11.6 kN，公稱截面面積為255 mm2。

故吊桿拉應(yīng)力σ=45.5 MPa，<[σ]=630 MPa，安全。

因木楞間距較小，滿足構(gòu)造要求，故不再進(jìn)行驗(yàn)算。

3 橋面板混凝土澆筑方案

3.1 總體澆筑方案

因連續(xù)梁墩頂處承受較大的負(fù)彎矩，在墩頂位置的橋面板受拉易產(chǎn)生裂縫。對(duì)于鋼-混組合梁結(jié)構(gòu)而言，橋面裂縫的出現(xiàn)可能會(huì)導(dǎo)致雨水、有害氣體的侵入，加大剪力釘、鋼筋及鋼梁的銹蝕概率，導(dǎo)致組合效應(yīng)減弱、主梁剛度降低等眾多病害。因此，有效控制橋面板裂縫是確保鋼-混組合梁結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵因素。為改善橋面板受力和增強(qiáng)橋梁耐久性，項(xiàng)目部結(jié)合現(xiàn)有資源考慮，最終采用分段現(xiàn)澆+預(yù)制構(gòu)件預(yù)壓的方式進(jìn)行鋼-混組合梁橋面板的施工。

鋼-混組合梁橋面板總體澆筑方案為：將組合梁橋面板分為正彎矩區(qū)和負(fù)彎矩區(qū)，首先對(duì)稱澆筑正彎矩區(qū)混凝土，正彎矩區(qū)混凝土養(yǎng)護(hù)齡期≥7 d，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行預(yù)壓；預(yù)壓采用預(yù)制蓋板，按設(shè)計(jì)要求分別在三跨跨中施加280 t荷載，穩(wěn)定后澆筑負(fù)彎矩區(qū)混凝土，澆筑完成并養(yǎng)生結(jié)束后拆除懸挑模板，完成施工。詳見圖3。

圖3 混凝土澆筑區(qū)域劃分示意圖(mm)

3.2 混凝土拌和及運(yùn)輸

橋面板采用C50鋼纖維混凝土，鋼纖維的摻量和均勻程度是鋼纖維混凝土的質(zhì)量控制要點(diǎn)。為確保鋼纖維均勻性，由人工在項(xiàng)目拌和站集料傳送帶上均勻拋灑。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及施工方案推算橋面板混凝土總方量為945 m3，其中正彎矩區(qū)混凝土方量為720 m3，混凝土施工進(jìn)度約為80 m3/h，從項(xiàng)目拌和站運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)約30 min，安排10輛10 m3的混凝土攪拌車運(yùn)輸。

3.3 混凝土澆筑

為更好地控制現(xiàn)澆橋面板頂部的平整度，利用鋁合金導(dǎo)軌對(duì)整體的橋面板標(biāo)高及平整度進(jìn)行控制，按固定的間距設(shè)置控制點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)順橋向5 m設(shè)置一道，橫橋向在鋼梁中軸線及兩側(cè)對(duì)稱5 m設(shè)置一排?？刂泣c(diǎn)采用φ12 mm鋼筋，施工時(shí)將φ12 mm鋼筋與頂板上下層主筋焊接，然后現(xiàn)場(chǎng)采用水準(zhǔn)儀測(cè)出控制點(diǎn)處的設(shè)計(jì)控制位置，并做好記號(hào)。

由于頂板混凝土數(shù)量較大，為保證灌注質(zhì)量，施工中采用天泵泵送混凝土，一次澆筑成型?，F(xiàn)澆橋面板采用無收縮C50鋼纖維混凝土，鋼纖維的摻量為50 kg/m3，混凝土由拌和站拌制。應(yīng)嚴(yán)格控制坍落度，考慮鋼纖維的混凝土的黏度較大，極易成團(tuán)，泵送困難，和易性和流動(dòng)性控制難度大，且鋼纖維混凝土經(jīng)攪拌、運(yùn)輸、泵送、坍落度均有所變化，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，試驗(yàn)室對(duì)實(shí)際的施工配合比進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。為降低溫度對(duì)構(gòu)件變形的影響，混凝土澆筑安排在夜間進(jìn)行。

橋面板整體一次施工面過大，故考慮在橫橋向22 m寬橋面板施工時(shí)，采用以縱橋向約5 m一個(gè)節(jié)點(diǎn)板控制澆筑長度，從鋼梁中軸線向兩側(cè)澆筑施工的方式進(jìn)行。第41跨正彎矩區(qū)混凝土采用天泵在第40跨橋面上進(jìn)行，第42、43跨正彎矩區(qū)混凝土利用現(xiàn)有的主棧橋采用天泵泵送的方式進(jìn)行澆筑，隨后的負(fù)彎矩區(qū)則利用天泵在橋面上直接進(jìn)行澆筑。

混凝土振搗采用50型插入式振動(dòng)棒進(jìn)行均勻布點(diǎn)振搗，以混凝土水平、泛漿及無下沉為度?；炷琳駬v要充分、周密，不能漏振，以免出現(xiàn)空洞?，F(xiàn)澆面板混凝土施工由于表面積相對(duì)較大，容易產(chǎn)生收縮裂縫，必須在混凝土第一次振搗20～30 min后進(jìn)行第二次復(fù)振，然后人工進(jìn)行抹平收光，消除梁體表面混凝土收縮開裂情況。兩次收光后進(jìn)行橫向拉毛處理。

3.4 橋面板混凝土靜載預(yù)壓

預(yù)壓塊選用項(xiàng)目現(xiàn)有的裝配式涵洞蓋板，單跨靜載選用4 m×3 m蓋板39塊，3 m×3 m蓋板7塊，總重量為280 t，選擇在跨中位置加載，疊放3層，第一層和第二層放16塊，第三層放14塊，如圖4所示。

待負(fù)彎矩區(qū)混凝土澆筑完成，養(yǎng)生齡期達(dá)到7～10 d，且混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方可將橋面預(yù)壓荷載清除。

圖4 組合梁跨中靜載預(yù)壓示意圖(m)

4 施工監(jiān)測(cè)

在鋼-混組合梁的施工過程中，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)主縱梁在各工況受力狀態(tài)下的位移和撓度進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，測(cè)點(diǎn)分別布置在各跨橫向第2、4、6道主縱梁跨中位置，以及橫向第3、5道梁跨徑1/3的位置。監(jiān)測(cè)的工況有：

(1)橋面鋼筋綁扎前；

(2)正彎矩混凝土澆筑前；

(3)正彎矩混凝土澆筑后；

(4)靜載預(yù)壓前；

(5)負(fù)彎矩混凝土澆筑前；

(6)負(fù)彎矩混凝土澆筑后；

(7)預(yù)壓塊卸載后。

經(jīng)施工監(jiān)控，在鋼-混組合梁橋面板澆筑過程中，主縱梁的位移和撓度符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

5 結(jié)語

橋面翼緣板懸挑模板的設(shè)計(jì)及施工解決了海上作業(yè)無法搭設(shè)支架的問題，相較于其他施工方案，具有安全經(jīng)濟(jì)、可操作性強(qiáng)、施工快速等特點(diǎn)，取得了良好的綜合效益。

鋼-混組合梁橋面板澆筑過程中采取了分階段和正彎矩區(qū)預(yù)壓加載的措施，為墩頂負(fù)彎矩區(qū)提供了有效的壓應(yīng)力儲(chǔ)備，避免了墩頂位置出現(xiàn)橋面板裂縫，有效提高了橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

本項(xiàng)目鋼-混組合梁橋面養(yǎng)護(hù)結(jié)束開放通行后，經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)橋面板發(fā)生開裂；經(jīng)過后期監(jiān)測(cè)，組合梁線型及撓度控制較好，整體滿足設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范的要求。