連續(xù)箱梁項目中懸臂現(xiàn)澆工藝與現(xiàn)澆支架工藝的對比分析

馬 騰

(中鐵二十二局集團第二工程有限公司,北京 100043)

某變截面連續(xù)箱梁為(37+65+37) m,箱梁頂部寬度為22.5 m,采用單箱三室設(shè)計。邊腹板為斜率1∶1的斜腹板,中腹板為豎直腹板,底部寬度為12～16 m。該箱梁原定施工方案采用懸臂現(xiàn)澆工藝。由于施工工期緊張,為了在限定工期內(nèi)完成橋梁施工,計劃將原懸臂現(xiàn)澆工藝優(yōu)化為支架現(xiàn)澆工藝。為確保設(shè)計變更的合理性,從施工工藝、模板設(shè)計、結(jié)構(gòu)受力特征、施工管理、施工進度及成本等方面對兩種方法進行對比,具體情況如下:

1 施工工藝對比

在施工工藝方面,對支架現(xiàn)澆法和懸臂現(xiàn)澆法進行全方位對比,比較結(jié)果如表1所示。

表1 兩種施工工藝特點比較Tab.1 Comparison of the characteristics of the two construction technologies

從表1可以看出,支架現(xiàn)澆工藝與懸臂現(xiàn)澆工藝有著明顯的不同,適用于不同工況,各有優(yōu)缺點,僅通過工藝對比無法確定變更施工方案是否可行,需結(jié)合具體施工節(jié)段劃分及施工步驟,從工期、費用等方面做進一步細化對比,以確定最優(yōu)的施工方案。

2 施工方案

2.1 支架現(xiàn)澆工藝方案

施工段劃分:采用支架現(xiàn)澆工藝,需將整個橋梁劃分成9個施工段,具體如圖1所示,其中A段為邊墩段,長度為16.25 m。B段、D段均為合龍段,長度為1.5 m。C段為主墩段,長度為29.7 m。E段為橋梁跨中線,長度為15.3 m。

單位:cm圖1 支架現(xiàn)澆工藝施工節(jié)段劃分Fig.1 Section division of support cast-in-place process construction

施工步驟:對支架基礎(chǔ)做換填夯實及硬化處理,搭設(shè)盤扣式鋼管架,均為直徑48 mm、壁厚3.5 mm的Q235B鋼管。支架立桿有3.0 m、2.4 m、1.8 m 3種,均按0.6 m縱向間距進行布置,橫向間距根據(jù)不同結(jié)構(gòu)位置各有不同,翼檐下立桿橫向間距為0.9 m,箱室底部立桿橫向間距為0.5 m,腹板底部立桿橫向間距為0.3 m。橫桿有0.9 m、0.6 m、0.3 m 3種長度,按1.2 m豎向間距進行布置。頂托、底托均使用可調(diào)托撐。按照規(guī)范及計算書要求安裝掃地桿及剪刀撐。為保證受力均勻及支架穩(wěn)定,在架體下方橫向墊10 cm×12 cm的方木,在立桿底部安裝可調(diào)底托,以便進行立桿調(diào)整。支架搭設(shè)完成并經(jīng)預(yù)壓合格后安裝箱梁內(nèi)外模板,模板均選用木膠板,規(guī)格為長×寬×厚=122 cm×244 cm×1.5 cm。支架頂部順著橫橋方向按間距0.6 m安裝I14工字鋼,作為橫梁。在橫梁上順著橋梁縱向安裝10 cm×12 cm方木,作為次梁,箱梁底部的次梁間距為0.4 m,腹板底部的次梁間距為0.2 m。底模根據(jù)截面變化,按設(shè)計要求進行鋪裝,根椐梁體預(yù)拱度值及堆載預(yù)壓結(jié)果預(yù)留起拱值。底板和腹板鋼筋(包括波紋管)安裝后安裝內(nèi)模,內(nèi)部采用鋼筋三角撐配合腳手管支撐。模板驗收合格后進行鋼筋工程施工。具體順序如下:外側(cè)模安裝定位后綁扎底腹板鋼筋→布設(shè)預(yù)應(yīng)力筋管道→安裝內(nèi)模定位→安裝端?！壴敯邃摻睢裨O(shè)橋面附屬設(shè)施預(yù)埋件。進行混凝土澆筑工程:順橋向澆注時從跨中向墩頂方向澆注,澆注墩頂兩側(cè)各3 m左右范圍內(nèi)梁段及橫隔梁,以防在澆注過程中墩頂位置出現(xiàn)豎向裂縫。橫橋向先澆筑中間腹板混凝土,再同步對稱澆筑兩側(cè)腹板混凝土,防止兩邊混凝土面高低懸殊,造成內(nèi)模偏移或其他后果。當(dāng)腹板槽灌平后,開始澆筑橋面板混凝土。橋面混凝土從中間向兩側(cè)連續(xù)分段澆筑,每段2 m,以利表面收漿抹面。

2.2 懸臂現(xiàn)澆工藝方案

施工段劃分:采用懸臂現(xiàn)澆工藝需將橋梁劃分成27個施工段,如圖2所示。邊跨分段長度為7.6 m,0#段長度為9 m,合龍段長度為2 m,其他施工段長度分別為3.5 m、4 m。

橋段;單位:cm圖2 懸臂現(xiàn)澆工藝施工段劃分Fig.2 Division of cantilever cast-in-place process construction section

施工步驟:0#段采用托架法施工,在縱橋向墩身兩側(cè)布設(shè)托架。托架安裝過程分位4個階段,即預(yù)埋件埋設(shè)、墩身混凝土澆筑、三角托架安裝、三角托架上部結(jié)構(gòu)安裝,安裝后進行預(yù)壓檢驗其承載能力,消除非彈性變形并獲得彈性變形數(shù)據(jù)以指導(dǎo)施工。其他懸臂節(jié)段使用兩套菱形掛籃懸臂進行對稱施工。0#塊施工完成后進行掛籃懸澆施工,主要分為掛籃拼裝、掛籃預(yù)壓、掛籃懸澆、掛籃移動等主要工序。懸臂段施工無論進行何種施工,都要堅持對稱平衡作業(yè),以保持懸臂端的穩(wěn)定性,隨時注意觀察可能出現(xiàn)的不平衡因素,及時避免。線型控制工作貫穿于懸澆施工過程,應(yīng)嚴格進行監(jiān)測并根據(jù)實際情況調(diào)整。邊跨采取支架法進行現(xiàn)澆施工,合龍段采取掛籃法施工。為避免合龍段施工引起的剛構(gòu)撓度變化而造成合龍精度不滿足設(shè)計要求或混凝土開裂,施工時要合理壓重,重量按合龍段重量的1/2配置。合龍時,將兩側(cè)壓重隨澆筑混凝土同步撤除。

2.3 工期對比

工期耗時長短是反映工藝方案施工效率及適用性的重要指標(biāo),因此對兩種方案的實際工期進行對比,具體如表2所示。

表2 兩種工藝方案工期對比Tab.2 Comparison of the duration of the two process schemes

從表2可以看出,采取支架現(xiàn)澆工藝方案總工期為72 d,遠低于懸臂現(xiàn)澆工藝方案的145 d。說明支架現(xiàn)澆工藝方案工期更短,滿足該項目工期調(diào)整的目標(biāo)。

2.4 費用對比

工程費用是驗證兩種工藝方案應(yīng)用經(jīng)濟性的關(guān)鍵指標(biāo),根據(jù)兩種方案的實際工程量計算工程費用,并進行對比,具體如表3所示。

表3 兩種方案費用對比Tab.3 Comparison of the cost of the two options

從表3可以看出,若采取支架現(xiàn)澆工藝方案,總工程費用為181.4萬元,遠低于懸臂現(xiàn)澆工藝方案的278.8萬元。說明支架現(xiàn)澆工藝方案經(jīng)濟性更好,能顯著節(jié)約項目成本。

2.5 結(jié)構(gòu)受力比較

結(jié)構(gòu)內(nèi)力及應(yīng)力是驗證主橋穩(wěn)定性及安全性的兩個關(guān)鍵指標(biāo),利用橋梁博士3.6版對該箱梁進行建模,將主橋分為134個單元,分別計算支架現(xiàn)澆工藝方案與懸臂現(xiàn)澆工藝方案橋梁的內(nèi)力及應(yīng)力情況,具體如表4、表5所示。

表4 主要內(nèi)力指標(biāo)對比Tab.4 Comparison of main internal force index (kN/m)

通過表4、表5對比結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),兩種施工方法在主要內(nèi)力及應(yīng)力指標(biāo)上存在一定差異。采用支架現(xiàn)澆施工,中支點上負彎矩較小,而邊跨和中跨的跨中下緣正彎矩較大。這是因為梁體得到支架的支持及承載,使整個結(jié)構(gòu)處于超靜定狀態(tài),有多余的支撐力。腹板處預(yù)應(yīng)力束使用通長鋼束,且跨中下彎的鋼束較多,能夠給跨中提供更多抗力。此外,在懸臂的末端設(shè)置加強立柱,可增強結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此在支架現(xiàn)澆施工中,懸臂結(jié)構(gòu)同時存在正彎矩和負彎矩。

采用懸臂現(xiàn)澆工藝方案時,懸臂段主要承受負彎矩。因懸澆階段比較多,再加上頂板處及腹板處的預(yù)應(yīng)力束根據(jù)負彎矩進行布置,具有更高的預(yù)應(yīng)力效率,能夠給中支點上緣提供更多的抗力,所以均始終承受負彎矩。

就應(yīng)力而言,支架現(xiàn)澆工藝方案施工分段較少,便于設(shè)置通長鋼束,相同工程量下,最小應(yīng)力富余量較大。而懸臂現(xiàn)澆工藝方案施工分段比較多,預(yù)應(yīng)力鋼束布置較復(fù)雜,橋梁受力更為復(fù)雜。

由此可見,支架現(xiàn)澆工藝方案結(jié)構(gòu)受力簡單明了,便于控制應(yīng)力指標(biāo)。相比懸臂現(xiàn)澆工藝方案,支架現(xiàn)澆工藝方案更適合該箱梁項目。

3 結(jié)束語

通過對比支架現(xiàn)澆工藝方案與懸臂現(xiàn)澆工藝方案的施工工藝、結(jié)構(gòu)受力、工期、費用等,證明支架現(xiàn)澆工藝不僅便于項目質(zhì)量控制,還能降低施工難度,經(jīng)濟效益更好,工期更短。