淮河大橋改造工程波形鋼腹板0#施工設(shè)計(jì)概述

王樹光

（江蘇開通建設(shè)工程有限公司,江蘇 淮安 223001）

0 引言

大跨徑連續(xù)掛籃法施工是橋梁施工的常見形式，采用掛籃施工，0#塊施工完成，待混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，安裝掛籃，塊件對稱分塊作業(yè)，不需要大型吊裝設(shè)備，0#塊施工工藝尤為重要，而0#塊塊托架施工是控制全橋的關(guān)鍵。托架施工具有效率高，安裝、拆除方便，節(jié)約施工成本等優(yōu)點(diǎn)，總結(jié)托架設(shè)計(jì)與施工，便于同類型施工工藝廣泛推廣。

1 工程概況

344 國道盱眙縣淮河大橋改造工程項(xiàng)目，分兩期實(shí)施，一期為利用原有老橋通行，新建半幅新建橋梁；二期為半幅通車后，拆除老橋建設(shè)新橋，按一級公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，橋梁全長1 530.16 m。主橋上部采用270 m（72.5 m+125 m+72.5 m） 變截面連續(xù)懸澆箱梁，腹板采用波形鋼腹板，單箱雙室截面，箱梁底板寬度12.2 m，翼緣板懸臂長度2.4 m，箱梁頂寬17 m。箱梁橫橋向底板保持水平，頂面設(shè)2%的單向橫坡，由箱梁腹板高度不同形成。箱梁中支點(diǎn)高度7.5 m，邊支點(diǎn)及跨中箱梁中心高度4 m，梁高以2次拋物線變化，頂板厚0.3 m，翼緣板懸臂端部厚0.2 m，根部厚0.7 m，按折線變化；波形鋼腹板采用波形鋼腹板，顏色采用深藍(lán)色，厚度分別為16 mm、20 mm、22 mm、24 mm；底板厚0.28～0.757 m，呈2 次拋物線變化。主墩墩身尺寸為12 m×4 m，位于淮河主航道中（水深10 m）。

2 0#托架方案選擇

托架為全鋼結(jié)構(gòu)，用預(yù)埋管埋于墩身內(nèi)，在墩身施工時(shí)預(yù)埋于設(shè)計(jì)位置；主要受力桿件為ф377×8 鋼管、40#雙拼工字鋼，在加工廠加工，在臺架上試拼并繪制試拼圖紙，到現(xiàn)場后按試拼圖紙進(jìn)行安裝，然后用剪刀撐焊接成整體；主支撐完成后，采用槽鋼焊接成桁架體系調(diào)整線型，與 0#塊底板線型一致，主要受力節(jié)點(diǎn)焊接位置采用鋼板焊接補(bǔ)強(qiáng)。在鋼結(jié)構(gòu)上可直接鋪設(shè)底模。由于本結(jié)構(gòu)為全鋼結(jié)構(gòu)，從受力上可視為剛性結(jié)構(gòu)，具有低沉降、無差異沉降的特點(diǎn)。在對一個(gè)托架進(jìn)行預(yù)壓，驗(yàn)證設(shè)計(jì)完全滿足施工全過程的荷載要求后，其他結(jié)構(gòu)可以無需預(yù)壓，直接施工。

3 0#剪力銷托架專項(xiàng)設(shè)計(jì)

本橋0#號荷載共分三部分，其中墩身頂部混凝土完全由墩身承載，故在驗(yàn)算中不予考慮，則需驗(yàn)算的荷載為墩身兩側(cè)懸臂端鋼筋混凝土。0#塊長9.8 m，墩身寬4 m，塊件縱向每邊懸挑2.9 m，對0#塊底板縱向懸挑部分采用托架施工方案。承重體系構(gòu)成自下而上：ф32 精軋螺紋鋼——托架安裝固定——調(diào)節(jié)砂筒標(biāo)高——橫橋向分配梁安裝——縱橋向分配梁安裝——縱向分配梁標(biāo)高調(diào)整。墩身兩側(cè)各安裝4 個(gè)托架，橫向布設(shè)間距420 cm+260 cm+420 cm，托架頂面高程按墩身頂高程?40 cm 進(jìn)行控制，預(yù)埋孔的平面位置及高程要嚴(yán)格控制施工精度，同時(shí)要注意同一層預(yù)埋件必須在同一個(gè)平面上。預(yù)埋件周圍混凝土要振搗密實(shí)，施工過程主要分以下個(gè)步驟：墩身施工預(yù)埋件的預(yù)留——托架制作安裝——托架壓載試驗(yàn)——模板安裝——鋼筋綁扎——澆筑混凝土養(yǎng)生——拆除模板及托架。

每個(gè)托架由1 根3.5 m 長40#雙拼工字鋼和ф377×8無縫鋼管組合而成，托架與墩身由精軋螺紋與剪力銷固定。螺栓孔應(yīng)采取鉆孔工藝，不得采用沖孔，氣割孔[1]。上錨固鋼板尺寸600 mm×500 mm×50 mm，下錨固鋼板尺寸800 mm×800 mm×50 mm，上鋼板中心到墩頂距離為60 cm，上下鋼板在同一垂線上，兩鋼板的中心點(diǎn)高差320 cm。剪力銷構(gòu)造如圖1 所示。

圖1 剪力銷構(gòu)造圖

每塊錨固鋼板設(shè)置2 個(gè)剪力銷，尺寸采用φ115×400 mm，預(yù)埋管采用φ127×4 mm，對拉筋采用φ32 mm精軋螺紋鋼。托架斜撐之間設(shè)置剪刀撐以確保托架的橫向穩(wěn)定，托架水平方向和斜撐之間分別設(shè)置剪刀撐，采用20#槽鋼，端頭用鋼板焊接，增加焊接面積，確保托架橫向穩(wěn)定，具體預(yù)埋件位置及構(gòu)件尺寸如圖2 所示。

圖2 預(yù)埋件位置及構(gòu)件尺寸（單位：mm）

墩身兩側(cè)對稱設(shè)置兩道分配梁，分配梁間距為2.35 m，靠近墩身一側(cè)設(shè)置40b 三拼工字鋼，長度17.0 m，端部分別設(shè)置40b 雙拼工字鋼，長度17.0 m，橫向分配梁水79.9 MPa<[ó]=215 MPa，滿足要求。

則最大撓度為：

?max=5ql4/384EL=5×42.7×2.354/384×2.1×108×7 481×10?8=1.1 mm<1/400）=5.9 mm ，符合要求。

前橫向分配梁（40b 雙拼工字鋼），由腹板處單根28 b 工字鋼縱梁傳遞集中荷載：247.4×0.25×1.5=92.8 kN。由底板處單根28b 工字鋼縱梁傳遞單點(diǎn)荷載：64.2×0.85×1.5=81.9 kN。根據(jù)底板縱梁、橫向分配梁、托架布設(shè)情況，簡化計(jì)算，按均布簡支梁計(jì)算托架4.3 m 間距區(qū)域橫梁產(chǎn)生彎矩最大：

q=81.9×6/4.3=114.3 kN/m

L=4.3 m

Mmax=ql2/8=264.2 kN·m

ó=Mmax/w=264.2×106/2×1 139×103=116.0 MPa<[ó]=145 MPa，滿足要求。

?max=5ql4/384EL=5×114.3×4.34/（384×2.1×108×2×22 781×10?8）=5.3 mm<1/400=10.8 mm，符合要求。

后橫向分配梁（40 b 三拼工字鋼）在托架4.3 m 間距除了承擔(dān)縱向分配梁傳遞來的頂?shù)装搴奢dq=64.2×0.85×1.1×6/4.3=83.8 kN/m 外，還承擔(dān)0#塊橫梁50 cm 寬、7.5 m平放置，與縱向分配梁之間形成的夾角采用鋼楔形塊進(jìn)行抄墊，確?？v橫梁之間受力接觸面的緊貼、密實(shí)。托架上橫向分配梁布置如圖3 所示 。

圖3 托架上橫向分配梁布置圖（單位：mm）

橫向分配梁上設(shè)置縱向分配梁28b 工字鋼，長度400 cm。單側(cè)底板下共布設(shè)21 根。間距布置原則：在腹板下間距按25 cm 控制，其余間距按85 cm 進(jìn)行布設(shè)。

（1）0#塊支架計(jì)算荷載分析：

荷載組合q=1.2×（永久荷載）+1.4×（可變荷載）

q腹板處＝1.2×（3+195）+1.4×（1+4+2）＝247.4 kN/m2

q一般底板處＝1.2×（3+42.3）+1.4×（1+4+2）＝64.2 kN/m2

q翼處＝1.2×（3+11.7）+1.4×（1+4+2）＝27.4 kN/m2

（2）縱橫向分配梁受力驗(yàn)算，縱向分配梁（I28b 工字鋼）腹板處縱梁q=247.4×0.25=61.9 kN/m；底板處縱梁q=64.2×0.85=54.6 kN/m，因此選擇腹板處縱梁進(jìn)行驗(yàn)算[2]。單根I28b 工字鋼力學(xué)性能：W=534.4 cm3。根據(jù)計(jì)算所受最大彎矩：

Mmax=ql2/8=42.7 kN·m

ó=Mmax/w=42.7×106/534.4×103=高的混凝土荷載：

q=0.5×7.5×26=97.5 kN/m

q=83.8+97.5=181.3 kN/m

L=4.3 m

Mmax=ql2/8=419.0 kN·m

ó=Mmax/w=419×106/3×1 139×103=122.6 MPa<[ó]=215 MPa，滿足要求。

?max=5ql4/384EL=5×181.3×4.34/384×2.1×108×3×22 781×10?8=5.6 mm<1/400=10.8 mm，符合要求。

托架主要桿件受力情況荷載布置如表1。

表1 托架受力情況荷載布置表

受力驗(yàn)算選擇相同桿件最大受力進(jìn)行材料驗(yàn)算。

1）1#桿件，40b 雙拼工字鋼：

產(chǎn)生軸向拉應(yīng)力：ó=F/A=299.6/2/94.07=15.9 MPa<[ó]=215 MPa。

彎拉應(yīng)力：ó=Mmax/w=199.9×106/2×1 139×103=87.8 MPa<[ó]=215 MPa。

剪應(yīng)力：τ=F/A=570.11/2/94.07=30.3 MPa<[τ]=125 MPa。

2）2#桿（斜撐）為受壓桿件：

選用φ325×8 鋼管。截面慣性矩10 014 cm4，截面積A=79.7 cm2。

回旋半徑：Ix=√IX/A=√10 014/79.9=11.2 cm

長細(xì)比：λ=l/ix=336/112=33

查表的2#桿件穩(wěn)定系數(shù)為φ=0.900

則ó=N/（φ×A）=545/（79.7×0.900）=7.59 MPa<[ó]=215 MPa，滿足要求。

精軋螺紋錨固剪力銷按最不利受力情況計(jì)算：水平撐錨固剪力銷承受軸向拉力N=299 kN，剪力V=643 kN。剪力主要由剪力銷承擔(dān)，剪力銷面積Ae=9 001.4 mm2。剪力銷抗剪承載力τ=643×103/（2×9 001.4） =35.7 MPa ＜[τ]=125 MPa，滿足要求。剪力銷承壓承載力σ=643×103/（2×50×115） =55.9 MPa ＜[τ]=215 MPa，滿足要求。軸力主要由 JL32 精扎螺紋鋼承受，精扎螺紋鋼截面積A=804.3 mm2，精扎螺紋鋼抗拉承載力σ=299×103/804.3=371.8 MPa ＜[τ]=770 MPa，滿足要求。

4 0#塊托架的預(yù)壓

在托架、模板安裝結(jié)束后，項(xiàng)目部組織業(yè)主、總監(jiān)辦對托架模板的每一個(gè)施工環(huán)節(jié)進(jìn)行全面檢查驗(yàn)收，驗(yàn)收人員驗(yàn)收合格并簽認(rèn)相關(guān)文件，進(jìn)行下一步預(yù)壓工作[3]。

通過對0#塊底板的加載預(yù)壓，檢查模板與托架的承載力及穩(wěn)定性，預(yù)壓加載過程模擬實(shí)際混凝土的荷載分布。按照先端底板、腹板、頂板、翼板的順序進(jìn)行。預(yù)壓時(shí)分層、對稱加載，預(yù)壓總重量為計(jì)算荷載的120%，分三級完成預(yù)壓，分別為50%、100%、120%。在加載前，縱向三個(gè)斷面、橫向5 個(gè)點(diǎn)，做好標(biāo)記并觀測其原始標(biāo)高，每施加一級荷載，觀測并記錄一次。托架在受壓24 h 后進(jìn)行下一次加載，在加載過程隨時(shí)測量觀測點(diǎn)變化情況。全部加載后，每24 h 觀測一次，連續(xù)三次沉降值小于2 mm且各點(diǎn)連續(xù)72 h 累計(jì)沉降量不超過5 mm ，進(jìn)行卸載。卸載必須對稱逐級進(jìn)行，卸載的同時(shí)要觀測卸載后的點(diǎn)位標(biāo)高，統(tǒng)計(jì)得出在實(shí)體荷載作用下，托架的彈性和非彈性變形參數(shù)，為0#塊底模標(biāo)高提供預(yù)拱度值，施工預(yù)拱度=支架變形值+設(shè)計(jì)預(yù)拱值。通過對托架、模板的預(yù)壓，以及預(yù)壓的數(shù)據(jù)分析，該托架設(shè)計(jì)具有足夠的剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性。

5 安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本等方面優(yōu)勢

該墩頂托架技術(shù)在施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本等方面具有良好的優(yōu)勢。

（1）安全：由于該項(xiàng)目位于淮河主航道內(nèi)，水深較深，避免水中施工風(fēng)險(xiǎn)；作業(yè)集中在墩身和墩頂位置，便于搭設(shè)施工平臺，安全性高；支撐體系依托墩身，避免了體系失穩(wěn)。

（2）質(zhì)量：托架為全鋼結(jié)構(gòu)，剛度大，基本消除了非彈性形變，既保證了線形的準(zhǔn)確性，也杜絕了因支撐體系沉降大而導(dǎo)致混凝土開裂的可能性。

（3）進(jìn)度：取消了基礎(chǔ)處理和施工、鋼管柱加工及焊接，由于水深較深，減少鋼板樁圍堰的使用時(shí)間，節(jié)約工期近兩個(gè)月。

（4）成本分析：托架可重復(fù)利用，拆除方便，周轉(zhuǎn)率高，有效地節(jié)約施工成本。

6 結(jié)束語

0#塊托架施工方法靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，托架整體滿足施工安全要求。整套托架通過支架預(yù)壓數(shù)據(jù)分析，0#塊澆筑后的托架變形情況及0#塊澆筑后的裂縫效果都比較理想，克服了通道航道安裝鋼腹板需大型設(shè)備限制，為整體工效、鋼腹板安裝的穩(wěn)定性、安全性提供有力保障。在經(jīng)濟(jì)上、安全性、施工特點(diǎn)上都得到改善和提高，為以后0#塊托架施工提供成熟的施工工藝。