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吳淞江(紀(jì)鶴路-金沙江西路)系桿拱橋拱腳施工技術(shù)

2015-01-08 10:59:26吳志進(jìn)
城市道橋與防洪 2015年8期
關(guān)鍵詞:橫桿支撐架立桿

吳志進(jìn)

(上海公路橋梁(集團(tuán))有限公司,上海市 200000)

1 工程概述

紀(jì)鶴路-金沙江西路吳淞江橋采用單跨105 m鋼管拱肋系桿拱橋,主橋上部結(jié)構(gòu)由鋼管拱肋、預(yù)應(yīng)力混凝土系梁與橫梁、柔性吊桿及整體化橋面系組成。采用先拱后梁的施工工藝。

全橋橫向采用4片拱肋,分別布置于中央分隔帶和機(jī)非分隔帶位置。拱肋采用鋼管拱肋,拱肋斷面采用矩形鋼管拱,拱肋寬1.5 m,高度2.4 m,鋼管壁厚22 mm,設(shè)R=330 mm倒角;拱肋內(nèi)設(shè)吊桿張拉端錨具。拱肋高24.0 m,矢跨比f(wàn)/L=1/4.375,拱軸線為二次拋物線。拱肋間設(shè)置5道“一”字型風(fēng)撐,保證橋梁整體穩(wěn)定安全。系梁與橫梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),C55混凝土。系梁采用矩形斷面,寬1.8 m,高度2.2 m;中橫梁為T形斷面,梁高1.4 m~1.635 m。詳見(jiàn)圖1。

圖1 主橋正立面圖(單位:mm)

2 拱腳現(xiàn)澆段及鋼拱肋預(yù)埋段施工技術(shù)

拱腳結(jié)構(gòu)施工是整個(gè)工程實(shí)施的關(guān)鍵工序之一,其施工質(zhì)量的好壞將直接關(guān)系到后續(xù)拱肋安裝、結(jié)構(gòu)受力和安全等狀態(tài),因此拱腳結(jié)構(gòu)施工重點(diǎn)圍繞拱腳現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的支架體系設(shè)計(jì)、鋼拱預(yù)埋段的支撐架設(shè)計(jì)及其測(cè)量定位控制等關(guān)鍵技術(shù)工藝[1]。

2.1 結(jié)構(gòu)說(shuō)明

2.1.1 拱腳混凝土結(jié)構(gòu)

該橋共有8塊拱腳,為保證結(jié)構(gòu)的整體性,采用拱腳與端橫梁、現(xiàn)澆中橫梁一次現(xiàn)澆成型?,F(xiàn)澆混凝土距地面高為3 m,總長(zhǎng)9.2 m,寬19.35 m。每塊拱腳方量為73.5 m3,重量約191.1 t,每個(gè)端橫梁方量為113.3 m3,重量約294.6 t,現(xiàn)澆中橫梁方量為28.8 m3,重量約74.9 t。詳見(jiàn)圖2、圖3。

2.1.2 鋼拱肋預(yù)埋段

拱肋預(yù)埋段總長(zhǎng)5.5 m,預(yù)埋拱腳內(nèi)部長(zhǎng)度為2.5 m,外露長(zhǎng)度為3 m;寬1.5 m,高度為2.5 m,鋼板壁厚為2.5 cm。剛性吊桿外形尺寸,高度為2.22 m,長(zhǎng)度1.1 m,寬0.5 m。本次拱肋預(yù)埋段總重約為19 t。詳見(jiàn)圖4。

圖2 拱腳剖面圖(單位:mm)

圖3 拱腳現(xiàn)澆位置平面圖(單位:mm)

圖4 拱肋預(yù)埋段結(jié)構(gòu)尺寸示意圖(單位:mm)

2.2 拱腳現(xiàn)澆施工技術(shù)

2.2.1 現(xiàn)澆支架型式和布置

該工程拱腳支架采用碗扣式滿堂鋼管支架,碗扣型腳手架材料采用φ48 mm×3.25 mm(Q235)熱軋鋼管。碗扣式支架使用與立桿配套的橫桿及立桿可調(diào)底座、立桿可調(diào)托撐,采用50型可調(diào)U型標(biāo)準(zhǔn)頂托,可調(diào)高度為35 cm,按下部支撐鋼管每根布置,頂托伸出長(zhǎng)度不大于30 cm,同時(shí)根據(jù)支架參數(shù)調(diào)整高度[2]。詳見(jiàn)圖5。

現(xiàn)澆段施工混凝土平均高度最高為拱腳處4.4 m,最低為橋面板處0.25 m。拱腳段支架搭設(shè)參數(shù)見(jiàn)表1。

2.2.2 現(xiàn)澆支架體系計(jì)算

拱腳與拱腳鋼拱肋預(yù)埋段部位換算成結(jié)構(gòu)計(jì)算高度平均為4.8 m,端橫梁兩側(cè)壁計(jì)算高度為2.9 m,端橫梁腹板處計(jì)算高度為1.2 m,橋面板計(jì)算高度0.3 m,現(xiàn)澆中橫梁計(jì)算高度1.6 m。

由于碗扣支架的縱向間距相同,橫向間距不相同,并且所支撐結(jié)構(gòu)部位也不相同,故不同部位支架所承受的荷載并不相同,因此支架受力分四部分進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)《建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 166—2008)5.3.3節(jié)單肢立桿軸向承載力應(yīng)符合:

φ·A·f=0.469×424×205=40.7(kN)

圖5 拱腳、端橫梁現(xiàn)澆段支架示意圖(單位:mm)

表1 拱腳段支架搭設(shè)參數(shù)表

根據(jù)結(jié)構(gòu)所劃分的不同區(qū)域進(jìn)行荷載的組合,運(yùn)用無(wú)組合風(fēng)荷載時(shí)單肢立桿軸向力計(jì)算公式確定立桿承載力,并與容許承載力進(jìn)行比較。表2為碗扣支架立桿承載力計(jì)算表。

此外,按照《建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 166-2008)規(guī)定,當(dāng)模板支撐架有風(fēng)荷載作用時(shí),應(yīng)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算,并驗(yàn)算連接扣件的抗滑能力。架體內(nèi)力計(jì)算應(yīng)將風(fēng)荷載化解為每一節(jié)點(diǎn)的集中荷載W;W在立桿及斜桿中產(chǎn)生內(nèi)力WV、WS。據(jù)此自上而下疊加斜桿的最大內(nèi)力,驗(yàn)算斜桿兩端連接扣件抗滑強(qiáng)度。通過(guò)詳細(xì)計(jì)算可知,斜桿連接扣件抗滑強(qiáng)度均滿足施工使用的要求。

2.2.3 抗傾覆墩設(shè)計(jì)

根據(jù)總體施工工藝程序,預(yù)制中橫梁在分次對(duì)稱吊裝過(guò)程中會(huì)對(duì)拱腳處產(chǎn)生不平衡力矩,因此在拱腳位置考慮設(shè)置抗傾覆墩。

抗傾覆墩按照設(shè)計(jì)給定的最大豎向力4 990 kN進(jìn)行設(shè)計(jì),抗傾覆墩立柱采用600 mm×900 mm的矩形立柱,立柱高度為4.0 m,混凝土采用C40。考慮到施工過(guò)程中會(huì)橫向移動(dòng),在墩頂設(shè)置四氟板水平滑動(dòng)層,上方設(shè)置鋼墊板。由于在混凝土施工時(shí)支架會(huì)承擔(dān)一定水平力,在支架搭設(shè)時(shí)水平滑動(dòng)采用抗剪螺栓臨時(shí)鎖定,待混凝土硬化支架拆除后進(jìn)行抗剪螺栓的拆除。抗傾覆墩設(shè)置在拱肋中心線上,距離支座中心線的距離統(tǒng)一為4.75 m。

結(jié)合場(chǎng)地條件,抗傾覆墩結(jié)構(gòu)形式分兩種,兩側(cè)邊拱肋按照邊承臺(tái)設(shè)計(jì),由于中央分隔帶處兩個(gè)拱肋距離較近,采用一起設(shè)計(jì),按照中承臺(tái)設(shè)計(jì),邊承臺(tái)尺寸為3 500 mm×1 800 mm,中承臺(tái)尺寸為3 500 mm×6 600 mm,高度均為1.5 m,承臺(tái)頂標(biāo)高和主墩承臺(tái)頂標(biāo)高一致?;A(chǔ)下樁基采用800 mm直徑的鉆孔灌注樁,由于吳淞江兩側(cè)地質(zhì)情況不同,嘉定段采用樁長(zhǎng)57 m,閔行段采用樁長(zhǎng)64 m。詳見(jiàn)圖6。

2.3 鋼拱肋預(yù)埋施工技術(shù)

2.3.1 定位支架設(shè)計(jì)

圖6 抗傾覆墩布置立面圖 (單位:mm)

拱腳處預(yù)埋拱肋的安裝是拱腳施工的關(guān)鍵一步,其施工質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)拱肋安裝,乃至整個(gè)主橋施工的質(zhì)量和安全,為此,根據(jù)該橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和質(zhì)量控制要求進(jìn)行拱腳預(yù)埋段安裝定位的專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用4根P273 mm×10 mm作為立桿,在拱腳預(yù)埋段最低點(diǎn)設(shè)置2I25a臨時(shí)拱腳擱置梁,前端在拱肋預(yù)埋段的上方下翼緣部位設(shè)置2I25a橫梁擱置。其余結(jié)構(gòu)采用I25a,L75 mm×75 mm×10 mm組合焊接組成。詳見(jiàn)圖7。

圖7 定位支架三維視圖

表2 碗扣支架立桿承載力計(jì)算表

2.3.2 定位支撐架設(shè)計(jì)計(jì)算

拱肋預(yù)埋段最大重量為16.8 t,通過(guò)Midas軟件計(jì)算得出,定位支架在調(diào)整工況下最大位移為0.98 mm,最大組合應(yīng)力為29.3 MPa,剪應(yīng)力1.4 MPa,滿足定位架的強(qiáng)度和變形要求。計(jì)算分析模型詳見(jiàn)圖8;同樣,通過(guò)Midas軟件計(jì)算分析,定位支撐架結(jié)構(gòu)受力體系轉(zhuǎn)換后最大位移為1.395 mm,最大組合應(yīng)力為30 MPa,剪應(yīng)力15.5 MPa,可以滿足定位架的強(qiáng)度和變形要求[3]。計(jì)算分析模型詳見(jiàn)圖9。

圖8 定位支撐架調(diào)整工況(單位:kN)

圖9 定位支撐架體系轉(zhuǎn)換后工況(單位:kN)

2.3.3 鋼拱肋定位施工

(1)立桿定位:立桿定位考慮到避讓模板以及拱肋定位,計(jì)算4根立桿的平面位置坐標(biāo),采用全站儀進(jìn)行放樣。

(2)后端支架橫桿:橫桿布置前,將拱肋結(jié)構(gòu)后端下口高程,放樣至立桿位置,使橫桿頂標(biāo)高控制在拱肋結(jié)構(gòu)后端下口高程±5 mm之內(nèi)。橫桿焊接完成后,將拱肋軸線中心以及0.77 m邊線放樣至橫桿上。詳見(jiàn)圖10。

(3)前端支架橫桿:橫桿布置前,將拱肋結(jié)構(gòu)前端下口高程,放樣至立桿位置,使橫桿頂標(biāo)高控制在拱肋結(jié)構(gòu)前端下口高程±5 mm之內(nèi)。橫桿焊接完成后,將拱肋軸線中心以及0.77 m邊線放樣至橫桿上。詳見(jiàn)圖10。

圖10 立桿放樣示意圖

(4)拱肋預(yù)埋段中的點(diǎn)位設(shè)置:拱肋上、下平面位置畫出中心線,并在兩個(gè)開(kāi)口的位置標(biāo)出上、下中線點(diǎn)。下平面中心位置,采用已經(jīng)布置在橫桿上的設(shè)計(jì)拱肋中心線進(jìn)行對(duì)中,利用全站儀對(duì)前后兩個(gè)端口所標(biāo)出的上、下中線點(diǎn)位置,進(jìn)行觀測(cè)。高程測(cè)量,采用水準(zhǔn)儀直接測(cè)量出兩個(gè)端口下緣標(biāo)高。

(5)拱肋預(yù)埋段調(diào)整:后端支架橫桿上布置強(qiáng)制對(duì)準(zhǔn)裝置詳見(jiàn)圖11,即預(yù)先在后端支架橫桿上放樣拱肋預(yù)埋段下口高程及X軸線,安裝過(guò)程中強(qiáng)制對(duì)準(zhǔn)。隨后只調(diào)整Y軸及上口高程即可。詳見(jiàn)圖12、圖13。

圖11 底口強(qiáng)制對(duì)準(zhǔn)裝置

圖12 后端左右調(diào)整裝置

圖13 前端上下及左右調(diào)整裝置

3 拱腳施工的關(guān)鍵技術(shù)控制

(1)考慮施工的關(guān)聯(lián)性,方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合各道前后工序,避免因?yàn)橹蛔⒅鼐植慷斐珊蟮拦ば螂y以實(shí)施或者損失。拱腳現(xiàn)澆段施工時(shí)應(yīng)特別注意對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉及中橫梁吊裝過(guò)程的施工措施的綜合考慮,如抗傾覆墩的設(shè)計(jì)及施工應(yīng)在拱腳現(xiàn)澆段施工時(shí)就一并實(shí)施。

(2)施工中為了保證結(jié)構(gòu)受力均勻,必須保持對(duì)稱施工,嚴(yán)禁單側(cè)加載[4]。

(3)拱肋預(yù)埋段支撐架在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮諸如支架本身的承載力、澆筑施工時(shí)支撐架的穩(wěn)定性、支撐架與相關(guān)施工是否有干涉、預(yù)埋段的調(diào)整是否方便、調(diào)整完畢后預(yù)埋段的固結(jié)措施及施工的便利性等。

(4)嚴(yán)格控制拱肋預(yù)埋段的安裝精度及施工質(zhì)量。拱肋預(yù)埋段的施工質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)主橋施工質(zhì)量的關(guān)鍵工序,拱腳處的預(yù)埋拱肋安裝是拱腳施工的第一步,只有安裝到位,滿足要求,才能進(jìn)行下一步的工序。

(5)條件允許的情況下,適當(dāng)增加拱肋預(yù)埋段定位支架的強(qiáng)度及剛度,防止因混凝土澆筑不當(dāng),造成支架變形。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)吳淞江橋系桿拱橋拱腳施工技術(shù)的總結(jié),具體闡述了拱腳施工中現(xiàn)澆支架的設(shè)計(jì)施工、拱腳預(yù)埋段定位支架的設(shè)計(jì)施工等關(guān)鍵工藝技術(shù)環(huán)節(jié)。從實(shí)際運(yùn)用結(jié)果看,相關(guān)的設(shè)計(jì)和施工完全滿足結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量和安全的控制,取得了良好的效果。下承式拱橋在公路、鐵路及市政橋梁工程中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。吳淞江橋拱腳施工技術(shù)的順利運(yùn)用,為同類橋梁的施工提供了一些借鑒。

[1]JTG/T F50—2011,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]王思龍.下承式系桿拱橋先拱后梁施工技術(shù)[J].交通科技,2013(5):38-39.

[3]邵旭東,程翔云,李立峰.橋梁設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].北京:人民交通出版社,2007.

[4]袁小兵.下承式預(yù)應(yīng)力混凝土系桿拱橋的安裝施工要點(diǎn)[J].城市道橋與防洪,2010(2):78-81.

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