趙艷納，賈利強, 鄒興林

(1.廣西高速公路投資有限公司, 廣西 南寧 530021； 2.廣西交通投資集團有限公司；3. 中交一公局第四工程有限公司)

樂業(yè)至百色高速工程是寧夏回族自治區(qū)銀川市至廣西壯族自治區(qū)百色市國家高速公路網(wǎng)“G69”線路的重要組成部分，項目于2020年1月建成通車。百樓1號大橋是廣西樂業(yè)至百色高速公路中的重要連接樞紐、控制性工程，也是重難點工程。該橋位于廣西河池市天峨縣下老鄉(xiāng)境內(nèi)，全長463 m，橫跨紅水河及兩邊深溝峽谷。該文針對百樓1號大橋的難點，對施工方案進行對比后，提出邊跨橋現(xiàn)澆段吊架法關(guān)鍵施工技術(shù)及工藝，對類似工程具有一定的參考作用。

1 工程概況及難點

1.1 工程概況

百樓1號大橋起訖里程樁號為K13+081～K13+544，全長463 m，整座橋梁共設(shè)計3聯(lián)，左右幅橋面凈寬均為12.5 m，單幅設(shè)計采用單向兩車道。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁(圖1)以及預應力混凝土簡支連續(xù)T梁，橋墩設(shè)計采用墻式橋墩和矩形蓋梁柱式橋墩，橋臺設(shè)計采用重力式橋臺，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁形式布置，百樓1號大橋[(55+100+55) m]采用左、右線3#～6#墩單箱單室、變高度、變截面連續(xù)剛構(gòu)形式，梁底按2次拋物線變化，左右線分幅布置，3#、6#橋墩為邊跨橋墩。

橋址區(qū)地表出露松散巖類，橋梁施工區(qū)域內(nèi)工程地質(zhì)情況較為復雜，周邊地形地貌變化較大，受區(qū)域地形、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及地下水發(fā)育情況等地質(zhì)因素影響，該地區(qū)不良地質(zhì)情況較多，巖溶較發(fā)育，且存在較大范圍的松散堆積體，施工難度較大。為了使百樓1號大橋在確保施工安全及施工質(zhì)量的前提下，加快施工進度，節(jié)約施工成本，設(shè)計采用邊跨現(xiàn)澆段吊架法施工，橋梁左右幅分別從4#、5#橋墩向3#、6#橋墩進行推進，距離3#、6#墩達設(shè)計距離時采用吊架法現(xiàn)澆施工。

圖1 百樓1號大橋連續(xù)剛構(gòu)段橋型布置圖 (除標高為m外,其余單位：cm)

1.2 橋梁邊跨現(xiàn)澆段結(jié)構(gòu)參數(shù)

百樓1號大橋邊跨現(xiàn)澆段箱梁(圖2)縱坡設(shè)計為1.4%，橋面橫坡為2.33%～4.0%，設(shè)計兩車道通行，箱梁頂板寬為12.5 m，底板寬為6.5 m，梁高為2.5 m；橋梁支座采用工程中常用的型號HDR系列高阻尼隔震橡膠支座及型號為GPZ(KZ)的盆式橡膠支座，橋面伸縮縫采用D240型伸縮縫，現(xiàn)澆混凝土選用C50高強度混凝土，鋼筋選用HPB300型熱軋光圓形鋼筋及HRB400型熱軋帶肋鋼筋。

圖2 百樓1號大橋連續(xù)剛構(gòu)段結(jié)構(gòu)斷面圖(單位：cm)

1.3 工程難點

橋梁左右線采用分幅布置，橋墩高度為18.3～64 m。工程施工工期緊，現(xiàn)場施工需要克服高空作業(yè)、高空人工操作困難、人工勞動強度大、傳統(tǒng)施工技術(shù)效率低、傳統(tǒng)施工技術(shù)對接精度差、現(xiàn)場施工安全沒有保障等不利因素。除此之外還需突破傳統(tǒng)高墩施工工藝在山區(qū)高速公路上的各種施工困難，在保證工程施工安全及工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上加快施工進度，節(jié)約施工成本。

2 剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工方案對比

2.1 滿堂腳手架施工法

傳統(tǒng)的連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工技術(shù)一般為搭設(shè)碗扣式的滿堂腳手架作業(yè)及澆筑模板支撐，然而在該工程中，由于現(xiàn)場施工區(qū)域地形地貌變化較大，且橋墩高度較高，若搭設(shè)滿堂腳手架過高，則會出現(xiàn)腳手架及其支架基礎(chǔ)下沉量較大的現(xiàn)象，不僅對立桿基礎(chǔ)有較高要求，其穩(wěn)定性也難以得到保證，而且現(xiàn)場搭設(shè)工程量較大，人工施工強度較高及施工周期較長，高墩施工條件下，采用滿堂腳手架施工法難以保證施工安全及施工質(zhì)量，不推薦選用該施工方案。

2.2 鋼管柱支撐施工法

采用鋼管柱支撐法可以解決滿堂腳手架支柱下沉量較大的缺點，但其對立桿基礎(chǔ)的穩(wěn)定性有著更高的要求，其基礎(chǔ)和支座加固的工程量較大，同時高墩條件下的長鋼柱立桿難度也較大，施工成本也較高，施工進度得不到保障，該施工方法也不具有明顯的優(yōu)勢。

2.3 附著式支架施工法

在連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工中，采用附著式支架施工方法需要在橋墩布設(shè)多個附著式連接件，通過一道橫梁連接結(jié)構(gòu)和四道水平連接桿，將支架系統(tǒng)連接至橋墩，以分解減小部分底座的受力，此外還常常采用焊接或栓接等方式將牛腿設(shè)置于邊跨墩上。但無論采用何種方式布置附著式支架，前期工程量較大，且工人高處作業(yè)風險較大，支架與橋墩錨固質(zhì)量要求較高，產(chǎn)生的荷載不僅有垂直向下的重力，還有對支點的扭矩。采用該方法施工作業(yè)難度大，安全風險高，施工周期較長，沒有較為明顯的優(yōu)勢。

2.4 吊架施工法

近年來，在連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工中，通過大量實踐，出現(xiàn)了一種較為安全、經(jīng)濟的施工方法——吊架法施工。吊架法在連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工時，采用掛籃底籃上橫向鋪設(shè)1#、2#雙拼I25a工字鋼承重梁，形成一個結(jié)構(gòu)支點，與蓋梁上設(shè)置的臨時支座將縱梁支起，構(gòu)成簡支梁體系，利用掛籃主桁、底板系統(tǒng)及前后錨系統(tǒng)與澆筑好的橋面進行錨固。根據(jù)現(xiàn)場施工條件及施工進度要求，在邊跨現(xiàn)澆段施工中采用吊架法進行施工作業(yè)，可有效保障工程施工安全及質(zhì)量，同時還具有施工簡便、成本較低、施工周期較短等優(yōu)勢。

4種剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工方案效果對比如表1所示。經(jīng)過綜合比選，采用吊架法施工在臨時工程量、工期、造價及安全質(zhì)量等方面均具有顯著優(yōu)勢，因此最終選擇吊架施工法。

表1 山區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工工藝效果對比

3 邊跨現(xiàn)澆段吊架法關(guān)鍵施工技術(shù)及工藝

3.1 關(guān)鍵施工技術(shù)

邊跨現(xiàn)澆段吊架法施工中，合理地設(shè)計吊架尺寸、嚴格控制吊架鋼材的重量是吊架法施工的關(guān)鍵要點。該施工技術(shù)的原理主要是將掛籃行走到前吊點距目標梁段截面250 cm處，然后將掛籃主桁調(diào)整水平進行錨固，調(diào)整掛籃底籃縱橋向坡度與大橋設(shè)計縱坡一致，利用雙拼I25a工字鋼作為吊架的承重梁，安裝承重橫梁前先按照設(shè)計在掛籃底籃兩邊各增設(shè)3根承重縱梁，邊跨墩上預先設(shè)置好的橋梁支座為另一端的結(jié)構(gòu)支點，通過縱梁與橫梁的拼接、搭設(shè)與吊架形成模板支撐結(jié)構(gòu)，再在該結(jié)構(gòu)上鋪裝木制模板，最終形成底模澆筑平臺，采用砂袋法堆載預壓，分4級預壓荷載進行加載，以檢驗該支架結(jié)構(gòu)在設(shè)計荷載的加載影響下其結(jié)構(gòu)的彈性及非彈性變形量，同時可驗證該結(jié)構(gòu)的可靠性及安全性。通過預壓后，以底模澆筑平臺為基準，安裝澆筑側(cè)模及澆筑內(nèi)模，模板完成后按設(shè)計布置鋼筋、預應力管道及預埋件，最后進行混凝土澆筑。

整個邊跨現(xiàn)澆段施工過程均以吊架結(jié)構(gòu)作為支撐，因此，吊架結(jié)構(gòu)的安全性及可靠性必須要高，必須有足夠的剛度和強度，吊架的安裝精度要求也較高。

3.2 吊架法施工工藝

(1) 吊架施工

該工程中，將掛籃行走至前吊點距目標梁段截面250 cm處，將掛籃主桁進行調(diào)整錨固，調(diào)整掛籃底籃縱橋向坡度與大橋設(shè)計縱坡(1.4%)一致，承重梁采用雙拼I25a工字鋼，上下接縫采用間斷焊接，每隔8 cm焊接一處，焊縫長8 cm，工字鋼翼緣板應焊接加勁板，要求無漏焊缺焊現(xiàn)象、焊縫平滑、無氣孔、夾渣。安裝橫梁前先按照設(shè)計在掛籃底籃兩邊各增設(shè)3道縱梁，然后將橫向承重梁橫橋向安放在掛籃底籃上。

(2) 支架預壓施工

支架采用砂袋法堆載預壓，砂袋采用噸袋，每個砂袋可裝砂1 t。根據(jù)設(shè)計要求，預壓荷載為箱梁自重1.1倍，預壓期不小于3 d，預壓荷載分4級進行加載(預壓荷載值的60%、80%、100%、110%)?？v橋向分為梁端實心段和變截面段兩個部分。橫橋向分為翼緣板位置、腹板位置、箱室位置?？v、橫橋向各個部分根據(jù)箱梁結(jié)構(gòu)尺寸分別計算預壓重量，根據(jù)計算重量確定砂袋堆放高度。

(3) 配重施工

邊跨現(xiàn)澆段施工采用等位移控制配重，配重的實質(zhì)是兩端懸臂段根據(jù)需要調(diào)整的位移進行配重，在邊跨現(xiàn)澆段施工時，需經(jīng)過第三方監(jiān)測監(jiān)控單位現(xiàn)場實測，配重值由第三方監(jiān)控控制實施。

(4) 支座安裝

剛構(gòu)橋采用4個GPZ(KZ)3.5DX球形支座和4個GPZ(KZ)3.5SX球形支座，盆式支座由上支座板含不銹鋼板、下支座板、聚四氟乙烯滑板(即平面四氟板)及防塵結(jié)構(gòu)等組成。

(5) 模板安裝

底模板采用1.5 cm厚高強度竹膠板，安裝之前涂刷效果好的脫模劑。確保梁底兩側(cè)模板超出梁底邊線10 cm以上。底模板鋪設(shè)完畢后進行測量，并根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整底模板。若標高達不到預壓后的設(shè)計標高還要進行二次調(diào)整。

側(cè)模板：側(cè)模和翼緣模板也采用1.5 cm厚高強度竹膠板，先根據(jù)測量出的梁底板邊緣線在底模板上彈上墨線，然后安裝側(cè)模板，側(cè)模內(nèi)設(shè)置對拉螺栓。

箱室模板：由于箱梁混凝土分兩次澆筑，第一次澆筑至腹板頂部，第二次澆筑箱式頂板，箱室模板分兩次安裝。第一次用1.5 cm厚竹膠板做內(nèi)模板，用φ48 mm×3.5 mm鋼管支架作橫撐，支架兩側(cè)設(shè)置可調(diào)頂托，并用10 cm×10 cm的方木支撐側(cè)模板。當?shù)谝淮螡仓幕炷吝_到規(guī)定強度后即可拆除內(nèi)模，同時用φ48 mm×3.5 mm的鋼管搭設(shè)排架，在排架上設(shè)置可調(diào)頂托并布設(shè)方木，方木上鋪設(shè)1.5 cm厚的竹膠板。在澆筑混凝土過程中需派專人檢查內(nèi)模的位置變化情況。

模板安裝時除常規(guī)要求外，還要求偏差控制在5 mm以內(nèi)，確保模板平面位置準確。

(6) 鋼筋、預應力管道及預埋件安裝

底板上下層鋼筋之間用鋼筋墊起焊牢，防止人踩變形，使上下層鋼筋始終保持設(shè)計間距，鋼筋架按間距50 cm呈梅花形布置；由于邊跨現(xiàn)澆段頂面長度僅為3.84 m，頂面標高控制時，在模板側(cè)面每50 cm設(shè)置一根標高控制釘，其余部位彈線標示。施工時，采用3 m長鋼刮尺沿橫橋向方向?qū)蕵烁呖刂凭€，對箱梁頂面平整度進行刮平控制；安裝預埋件前，應注意支座預埋鋼板、泄水孔、護欄底座鋼筋、箱室通氣孔、人洞、伸縮縫、勁性骨架錨固桿等預埋件的設(shè)置，切忌不可遺漏，預埋時需確認各預埋件的尺寸大小和布置位置。

(7) 混凝土澆筑

邊跨現(xiàn)澆段施工時，混凝土澆筑擬采用混凝土罐車配合地泵的方式進行，應遵照先底板，然后腹板，最后頂板和翼板的整體順序。澆筑底板及腹板時，混凝土從懸澆段前端向支點進行，梁腹板同時對稱澆筑，澆筑頂板及翼板混凝土時，從兩側(cè)向中央推進?；炷琳w分層往復澆筑、分層振搗，沿懸臂端向支點進行。先澆筑底板混凝土，然后澆筑腹板混凝土，在混凝土澆筑過程中，混凝土要水平分層澆筑。在前層混凝土初凝前澆筑完成次層混凝土，超過混凝土初凝時間時必須按施工縫處理。

4 受力驗算

采用理論計算的方法對縱梁受力進行了靜力學分析及校驗核算，以作為指導現(xiàn)場施工的參考，確保橋梁施工安全。邊跨現(xiàn)澆段吊架及縱梁布置結(jié)構(gòu)如圖3、4所示。

圖3 邊跨現(xiàn)澆段吊架立面布置圖

圖4 邊跨現(xiàn)澆段吊架施工斷面圖(單位：mm)

縱梁采用I25a工字鋼，縱梁間距為：腹板下0.32 m、底板下0.84 m、翼緣板下0.6 m，縱梁跨徑為2.74 m。截面特性：I=5.02×107mm4，W=4.02×105mm3，A=4 850 mm2，Ix/Sx=216 mm。

(1) 腹板下縱梁受力荷載計算

① 混凝土恒載：2.63×26=68.4 kN/m2

② 竹膠板方木自重：0.5 kN/m2

③ 施工荷載：2 kN/m2

④ I25a自重荷載：0.4 kN/m

強度驗算荷載：q1=(68.4+0.5)×0.32×1.2+0.4×1.2+2×0.32×1.4=27.9 kN/m

剛度驗算荷載：q2=(68.4+0.5+0.4+2)×0.32=22.8 kN/m

強度計算：

Mmax=q1l2/8=27.9×2.742/8=26.2 kN·m

σmax=Mmax/W=26.2×106/402 000=65.2 MPa

Fs=27.9×2.74/2=38.3 kN

剛度計算：

f=5q2l4/(384×E×I)=5×22.8×2 7404/(384×210 000×50 200 000)=1.59 mm

(2) 底板下縱梁受力荷載計算

① 混凝土恒載：1.42×26=36.9 kN/m2

② 竹膠板方木自重：0.5 kN/m2

③ 施工荷載：2 kN/m2

④ I25a自重荷載：0.4 kN/m

強度驗算荷載：q1=(36.9+0.5)×0.84×1.2+0.4×1.2+2×0.84×1.4=40.6 kN/m

剛度驗算荷載：q2=(36.9+0.5+0.4+2)×0.84=33.4 kN/m

強度計算：

Mmax=q1l2/8=40.6×2.742/8=38.1 kN·m

σmax=Mmax/W=38.1×106/402 000=94.8 MPa

Fs=40.6×2.74/2=55.7 kN

強度滿足要求。

剛度計算：

f=5q2l4/(384×E×I)=5×33.4×2 7404/(384×210 000×50 200 000)=2.33 mm

(3) 翼緣板下縱梁受力荷載計算

① 混凝土恒載：0.7×26=18.2 kN/m2

② 竹膠板方木自重：0.5 kN/m2

③ 施工荷載：2 kN/m2

④ I25a自重荷載：0.4 kN/m

⑤ 支架及橫梁荷載：1 kN/m

強度驗算荷載：q1=(18.2+1+0.5)×1.2×1.2+0.4×1.2+2×1.2×1.4=32.2 kN/m

剛度驗算荷載：q2=(18.2+0.5+1+0.4+2)×1.2=26.5 kN/m

強度計算：

Mmax=q1l2/8=32.2×2.742/8=30.3 kN·m

σmax=Mmax/W=30.3×106/402 000=75.4 MPa

Fs=32.2×2.74/2=44.2 kN

強度滿足要求。

剛度計算：

f=5q2l4/(384×E×I)=5×26.5×2 7404/(384×210 000×50 200 000)=1.84 mm

剛度滿足要求。

(4) 懸臂端縱梁受力荷載計算

① 混凝土恒載：2.63×26=68.38 kN/m2

② 竹膠板方木自重：0.5 kN/m2

③ 施工荷載：2 kN/m2

④ I25a自重荷載：0.4 kN/m

強度驗算荷載：q1=(68.4+0.5)×0.84×1.2+0.4×1.2+2×0.84×1.4=72.3 kN/m

剛度驗算荷載：q2=(68.4+0.5+0.4+2)×0.84=59.9 kN/m

強度計算：

Mmax=q1l2/2=72.3×0.62/2=13.1 kN·m

σmax=Mmax/W=13.1×106/402 000=32.6 MPa

Fs=72.3×0.6=43.4 kN

強度滿足要求。

剛度計算：

f=q2l4/(8×E×I)=59.9×6004/(8×210 000×50 200 000)=0.09 mm

剛度滿足要求。

掛籃荷載計算：由于邊跨現(xiàn)澆段作用于掛籃上的荷載比整體荷載要小，故符合安全標準。

5 結(jié)語

以廣西樂業(yè)至百色高速公路百樓1號大橋連續(xù)鋼構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工為案列，系統(tǒng)地對比分析了4種不同的連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工方法，認為采用吊架法施工具有較大的優(yōu)勢，并闡述了吊架法施工工藝，同時采用理論計算的方法，驗證了該橋梁采用吊架法施工技術(shù)的可行性及可靠性。在確保施工進度及施工安全、質(zhì)量的前提下，采用吊架法施工工藝較為簡單便捷、施工成本較低，有利于施工進度及質(zhì)量控制，在實際施工過程中具有一定的應用及推廣價值。