謝韋敏，梁家心

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

在當(dāng)前大跨度連續(xù)剛構(gòu)或連續(xù)梁橋施工中，0#塊因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，混凝土澆筑方量大等原因，其支架施工工藝一直是該類型橋梁施工的重難點(diǎn)。在滿足施工安全的前提下，同一橋梁結(jié)構(gòu)類型的0#塊支架有多種可選方案(如三角托架、鋼管滿堂支架、鋼管樁支架等)，而不同的設(shè)計(jì)方案將直接影響到0#塊施工成本、進(jìn)度及線形和安全控制的難易程度。本文以廣西三江縣龍吉大道龍吉風(fēng)雨橋3#墩0#塊為工程案例，對(duì)0#塊鋼管樁支架作了一些討論和總結(jié)。

1 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件選擇支架方案

三江縣龍吉風(fēng)雨橋全長(zhǎng)349 m。本橋共分為兩聯(lián)，橋跨組成為(30+52.5+85+52.5)m+(4×30)m。其中，第一聯(lián)為主橋，上部結(jié)構(gòu)采用(30+52.5+85+52.5)m的預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁；第二聯(lián)為引橋，上部結(jié)構(gòu)采用4×30 m的預(yù)應(yīng)力混凝土等截面連續(xù)箱梁。0#和1#節(jié)段共長(zhǎng)13.0 m，底板寬9.0 m，頂板寬18 m，箱梁在墩中心線兩側(cè)各2.5 m為直線段。詳見圖1。

圖1 主墩0#塊和1#塊構(gòu)造圖(cm)

龍吉風(fēng)雨橋3#墩位于尋江河道中，水位較深，0#塊到河床底的距離為24 m左右，建筑常用的φ48 mm滿堂支架因鋼管構(gòu)件較多，水流阻力過(guò)大，施工過(guò)程中有被水流沖垮的危險(xiǎn)，故不做考慮。受下一步工序掛籃拼裝所需空間影響，需將0#塊(長(zhǎng)8 m)和1#塊(長(zhǎng)5 m)同時(shí)澆筑施工，結(jié)構(gòu)懸臂較長(zhǎng)，在墩身埋設(shè)型鋼或鋼板做托架的施工工藝也不適合本項(xiàng)目。而鋼管樁支架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、搭設(shè)快捷、對(duì)水流阻力小，自身穩(wěn)定系數(shù)高等特點(diǎn)，非常適合作為本項(xiàng)目3#墩0#塊施工托架。

2 支架方案設(shè)計(jì)

鋼管支架的鋼管樁采用φ609 mm壁厚10 mm的圓形鋼管；鋼管立柱之間用16#槽鋼進(jìn)行聯(lián)結(jié)，保證鋼管支架的穩(wěn)定性。鋼管頂部使用雙拼40#工鋼作為主受力橫梁，橫梁上鋪設(shè)32#工鋼作為縱梁，在32#工鋼上面鋪設(shè)16#工鋼作為橫向分配梁。箱梁翼板混凝土使用φ48 mm鋼管搭設(shè)支架支撐。底板模板采用8 mm的鋼模，模板直接鋪設(shè)在橫向分配梁上，底模板分別用方木、槽鋼調(diào)整高度、角度。箱梁外模板采用掛籃鋼模板。龍吉風(fēng)雨橋0#塊支架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 龍吉風(fēng)雨橋0#塊支架結(jié)構(gòu)示意圖(cm)

支架主要材料統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 龍吉風(fēng)雨橋0#、1#塊主要工程材料統(tǒng)計(jì)表

3 支架受力荷載計(jì)算

3.1 靜荷載g1

(1)支架自重、支架管自重和模板自重：荷載大小及作用點(diǎn)由分析軟件按照單元的物理幾何關(guān)系自動(dòng)計(jì)算，方向?yàn)樨Q直向下。

(2)取箱梁的面荷載進(jìn)行施加，先在CAD圖形中得到各個(gè)部位梁所承受混凝土的橫截面面積，再乘以混凝土容重，即可得到所求的面荷載?；炷恋娜葜厝?6 kN/m3，詳細(xì)計(jì)算見表2。

表2 0#、1#塊支架荷載分配計(jì)算表

3.2 可變荷載

(1)施工人員及施工機(jī)具運(yùn)輸或堆放的荷載q1：

12人×70 kg=840 kg，焊機(jī)、泵管、振動(dòng)棒約2.3 t

G總：8.4+23=31.4 kN，Ai：3.7 m×5.25=19.425 m2

q1=G總/Ai=31.4 kN/19.425 m2=1.61 kN/m2

豎直作用于頂板之上。

(2)風(fēng)荷載q3：

設(shè)風(fēng)壓作用在支架所在平面的法線方向，主要施加于模板之上?；撅L(fēng)壓取0.35 kN/m2，數(shù)據(jù)來(lái)源于全國(guó)各氣象站臺(tái)基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓值——設(shè)計(jì)風(fēng)壓為百年一遇，則q3=0.35 kN/m2。

4 支架安全性驗(yàn)算

鋼管支架使用Midas Civil結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行受力分析。在建模過(guò)程中，0#塊支架的主要桿件采用梁?jiǎn)卧M，模板采用板單元模擬；各桿件以中性軸的空間位置代表相應(yīng)模擬單元的幾何位置，盡可能地采用實(shí)際的截面形狀和尺寸。對(duì)于在截面庫(kù)中所沒(méi)有的截面，采用等效的截面形式，以力求等效。

經(jīng)過(guò)以上幾何、物理、邊界條件等的模擬，建立支架、模板模型圖，如圖3所示。

圖3 支架Midas模型圖

經(jīng)計(jì)算，由圖4～6可知，根據(jù)最不利荷載工況，整個(gè)支架鋼管樁最大反力為270.3 kN，構(gòu)件的最大組合應(yīng)力為144 MPa，位于頂板模板中部模板肋位置上。構(gòu)件最大的剪應(yīng)力為43.7 MPa，位于頂板橫向分配梁位置上。模板的最大板單元應(yīng)力為131.3 MPa。整個(gè)支架撓度最大的位置在翼緣板模板上，其撓度為12.3 mm。支架結(jié)構(gòu)各項(xiàng)應(yīng)力及變形數(shù)值均滿足規(guī)范要求。

圖4 支架構(gòu)件組合反力云圖

圖5 支架構(gòu)件組合應(yīng)力云圖

圖6 支架構(gòu)件板單元應(yīng)力云圖

5 鋼管樁支架施工

5.1 鋼管支架安裝的步驟

施工準(zhǔn)備→鋼管樁運(yùn)至工地→清理承臺(tái)頂面預(yù)埋件→安裝鋼管樁(同時(shí)水中打樁)→焊接第一道橫向連接系梁→焊接第二道橫向連接系梁→安裝鋼管樁樁帽、樁頂橫橋向分配梁→安裝縱橋向分配梁→安裝分配梁上橫橋向小分配梁→支架預(yù)壓→預(yù)壓完成卸載→進(jìn)行0#節(jié)段施工→支架拆除。

5.2 鋼管樁安裝、連接系、分配梁安裝的要求

鋼管樁使用前應(yīng)嚴(yán)格檢查管壁厚度及銹蝕情況，由于0#節(jié)段和1#節(jié)段重量大，不符合要求的鋼管樁堅(jiān)決不能投入使用。鋼管樁與承臺(tái)預(yù)埋件、樁帽、分配梁之間一定要固結(jié)牢固。

連接系梁的主要作用是將各個(gè)鋼管樁連接起來(lái)，形成整體，保證支架的整體穩(wěn)定性，施工時(shí)一定要按設(shè)計(jì)圖紙安裝，保證焊接質(zhì)量。

分配梁應(yīng)嚴(yán)格按圖施工，特別是分配梁的連接應(yīng)按鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范進(jìn)行等強(qiáng)度連接，質(zhì)量檢查人員需認(rèn)真檢查并做好記錄。

6 支架荷載預(yù)壓論證

支架安裝完成后，需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)荷載預(yù)壓加以檢驗(yàn)。通過(guò)荷載預(yù)壓，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼管支架可能存在的安全問(wèn)題，并及時(shí)采取措施加以處理；還可以消除支架的非彈性變形，監(jiān)測(cè)支架的實(shí)際彈性變形，為0#塊立模標(biāo)高提供數(shù)據(jù)。龍吉風(fēng)雨橋0#塊預(yù)壓采用張拉鋼絞線進(jìn)行等載等效壓重，壓重荷載按0#塊和1#塊設(shè)計(jì)重量的110%進(jìn)行。荷載試驗(yàn)分50%、80%和110%三個(gè)階段來(lái)完成，觀測(cè)點(diǎn)布置在0#塊前后縱向工字鋼各3個(gè)點(diǎn)和0#塊前后橫向工字鋼各3個(gè)點(diǎn)。預(yù)壓試驗(yàn)后經(jīng)測(cè)量，各觀測(cè)點(diǎn)位置撓度最大值是5～7 mm，支架容許的變形量為：y=L/400=4 500/400=11.25 mm。整個(gè)鋼管支架頂部的最大位移7 mm

圖7 0#塊支架預(yù)壓試驗(yàn)示意圖(cm)

7 結(jié)語(yǔ)

0#塊混凝土施工是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工的一道關(guān)鍵工序，需要選擇合適的0#塊支架設(shè)計(jì)方案。一個(gè)合適的0#塊支架方案需要適應(yīng)0#塊結(jié)構(gòu)及橋墩結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，同時(shí)，支架能夠滿足強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性要求，并且安裝搭設(shè)方便，施工成本、施工進(jìn)度及施工安全能夠得到有效控制。本文以廣西三江縣龍吉風(fēng)雨橋?yàn)閷?shí)際工程案例，針對(duì)該工程中的0#塊方案在支架形式的選擇、支架設(shè)計(jì)、支架受力驗(yàn)算、支架搭設(shè)、支架預(yù)壓試驗(yàn)驗(yàn)證等方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述，認(rèn)為鋼管樁支架方案很好地適應(yīng)了現(xiàn)場(chǎng)的施工技術(shù)條件，所采取的安全控制措施確保了該橋0#塊施工的安全有序進(jìn)行。