灘頭地段現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁支架施工技術(shù)

劉興文，劉幫新

(1.西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 土木工程系，西安 710600;2.中鐵一局集團(tuán) 橋梁公司，重慶 401121)

1 工程概況

灣邊特大橋位于福州市接線公路工程的烏龍江上，大橋全長(zhǎng)1 242.5 m，主要由灣邊接線、北引橋、主橋、南引橋等四部分組成。北引橋上部結(jié)構(gòu)橋式布置為2×40 m等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，南引橋橋式布置為5×40 m等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁均采用等高度單箱單室斜腹板結(jié)構(gòu)，梁高2.4 m，梁頂面寬度16 m，底板寬度7 m，頂板和底板厚度均為26 cm，腹板厚度48～126 cm，箱梁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C50。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為鉆孔灌注樁，樁徑為 φ1.5 m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)60 m。承臺(tái)為矩形，設(shè)計(jì)厚度2.5 m，承臺(tái)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C20。

橋址范圍內(nèi)地層結(jié)構(gòu)自上而下依次為砂類(lèi)土、淤泥夾砂、淤泥與砂互層、淤泥質(zhì)黏土、礫石、卵石、全風(fēng)化層、燕山期侵入花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖及侏羅系南園組凝灰熔巖，局部可見(jiàn)花崗斑巖和輝綠巖巖脈。

橋址范圍地貌屬福州沖海積平原，西南部與剝蝕丘陵接觸，整個(gè)地勢(shì)北東高南西低，剝蝕丘陵高程在5.0～21.0 m之間，地形起伏較大，沖海積平原高程在－10.0～5.0 m范圍內(nèi)，地勢(shì)平坦，地表水系發(fā)育。

全橋除0#、1#墩位于灣邊岸以外，其余橋墩位均位于水中。主橋位于烏龍江主河槽中，南引橋位于烏龍江南岸河灘上，地面平均高程為0。灣邊特大橋距出海口較近，施工受潮水影響較大，每天漲落潮各2次，最高漲潮水位高程4.0 m，最低水位高程0，最大潮水位差達(dá)4.0 m，漲潮時(shí)河灘全部被水淹沒(méi)。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將每聯(lián)連續(xù)箱梁分為 A，B，C，D，E五個(gè)節(jié)段，A節(jié)段長(zhǎng)度為48 m，混凝土方量為600 m3;B，C，D節(jié)段長(zhǎng)度均為40 m，每段混凝土方量為497.4 m3;E節(jié)段長(zhǎng)度為32 m，混凝土方量為380.0 m3。第一孔箱梁混凝土澆筑完工之后，等待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求之后，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉工作。然后將支架移到下一孔，進(jìn)行下一孔箱梁現(xiàn)澆施工，依次循環(huán)現(xiàn)澆全部箱梁。

2 施工方案比選

綜合考慮灘頭地段的地質(zhì)條件、水文條件和潮水影響等因素，結(jié)合施工單位的設(shè)備條件和施工技術(shù)水平，提出灘頭地段現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工方案如下:

方案一:移動(dòng)模架現(xiàn)澆施工方案。根據(jù)該橋的實(shí)際情況和工期要求，如采用移動(dòng)模架逐孔現(xiàn)澆施工方案，必須同時(shí)投入2套移動(dòng)模架。移動(dòng)模架每套質(zhì)量約為600 t，每套造價(jià)為609萬(wàn)元，模架一次性投資為1 218萬(wàn)元，投資費(fèi)用大;如采用移動(dòng)模架施工方案，每孔箱梁施工周期為20 d，單幅15孔箱梁最短工期為10個(gè)月，施工工期長(zhǎng)，施工受潮水影響較大，故該方案被否定。

方案二:鋼管樁支墩+貝雷梁縱梁方案。該方案以貝雷梁作為縱梁承受箱梁施工的全部荷載，兩端支墩采用鋼管立柱，其特點(diǎn)是承載力大，支架裝拆方便、速度快。但鋼管支柱對(duì)地基承載力要求高，鋼管樁支墩位置設(shè)置位于跨中，基礎(chǔ)處理比較困難。

方案三:滿堂腳手架現(xiàn)澆方案。采用碗扣式腳手架作為現(xiàn)澆箱梁的支架，以方木為承重梁，支架底部鋪設(shè)枕木，擴(kuò)大支架立桿的支承面積，降低支架基礎(chǔ)的壓應(yīng)力。該方案對(duì)地基承載力要求較低，施工方便，成本較低。采用滿堂腳手架現(xiàn)澆方案，如同時(shí)使用8套支架，支架使用費(fèi)約420萬(wàn)元，可同時(shí)開(kāi)設(shè)4個(gè)工作面施工。方案三具有支架使用費(fèi)用小，施工工作面多，拆裝簡(jiǎn)單，施工進(jìn)度快等特點(diǎn)，是首選施工方案。

3 施工方法

3.1 灘頭地段地基概況

設(shè)計(jì)院提供的地質(zhì)資料顯示，灣邊特大橋?yàn)╊^地段天然地基承載力為110 kPa，天然坡角28°;現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)驗(yàn)測(cè)定的天然地基承載力在42～70 kPa之間。計(jì)算結(jié)果表明，支架基礎(chǔ)的地基承載力要求≥150 kPa，天然地基承載力不滿足現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁支架對(duì)地基的要求，必須對(duì)天然地基進(jìn)行處理，保證處理后的地基承載力≥150 kPa，在潮水、江水的沖刷、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁重量和施工荷載的共同作用下，保證支架基礎(chǔ)穩(wěn)定和施工的安全。

3.2 地基處理方法

1)為保證支架基礎(chǔ)在漲潮時(shí)的穩(wěn)定性，基礎(chǔ)頂面在漲潮時(shí)不能被水淹沒(méi)，支架基礎(chǔ)頂面設(shè)計(jì)高程為5.0 m，比最高漲潮水位高出100 cm。

2)為保證支架基礎(chǔ)邊坡在荷載作用下的穩(wěn)定性，支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)邊坡坡度為1∶2，為防止潮水的侵蝕和沖刷，在支架基礎(chǔ)外側(cè)邊坡上采用堆碼砂袋方法進(jìn)行防護(hù)。并在支架外側(cè)設(shè)計(jì)護(hù)道，護(hù)道寬度為5.0 m。

3)為了防止在施工期間雨水和養(yǎng)生水侵害支架基礎(chǔ)，對(duì)基礎(chǔ)頂面及邊坡進(jìn)行水泥砂漿抹面處理，砂漿抹面層厚度為3 cm。

為提高砂子的密實(shí)度，采用分層灌水密實(shí)的地基處理方法，分層厚度為50 cm，在灌水的同時(shí)使用振動(dòng)棒進(jìn)行振搗，振動(dòng)棒的插入間距為60 cm。在基礎(chǔ)頂面鋪設(shè)厚度為30 cm的碎石，碎石規(guī)格為5～40 mm，碎石鋪設(shè)完工后，再用15 t振動(dòng)壓路機(jī)碾壓6遍，最后進(jìn)行水泥砂漿抹面。

3.3 檢測(cè)地基承載力

灘頭地段地基按上述方法處理完工之后，由福州市交通工程試驗(yàn)中心對(duì)地基的承載力進(jìn)行了檢測(cè)，地基承載力檢測(cè)點(diǎn)位置如圖1所示，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

圖1 檢測(cè)位置示意

由表1中地基承載力檢測(cè)結(jié)果可見(jiàn):①21#～22#墩之間的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為170～320 kPa，經(jīng)過(guò)處理后的地基承載力符合現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁支架對(duì)地基承載力的要求。②在灘頭地段按上述工藝和施工方法處理現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁支架的基礎(chǔ)，處理之后的地基承載力≥170 kPa，保證現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工期間支架的穩(wěn)定和可靠。③上述地基處理方法和工藝，可用于灘頭地段其它墩臺(tái)之間的地基處理。

表1 地基承載力檢測(cè)結(jié)果表

3.4 支架結(jié)構(gòu)與拼裝

3.4.1 支架結(jié)構(gòu)

滿堂腳手架支架采用碗扣式腳手架作為支架的承力體系，在箱梁底板下部，支架立桿縱橫向間距均為90 cm;腹板和墩頂橫梁下部，支架立桿的縱向間距為90 cm，橫向間距為60 cm;翼緣板下部，支架立桿的縱向間距為90 cm，橫向間距為120 cm;橫桿間距均為120 cm。為保證立桿接頭不在同一斷面上，采用不同長(zhǎng)度的立桿進(jìn)行調(diào)節(jié)。立桿接頭必須采用對(duì)接形式，不得搭接。支架縱向布置如圖2所示。

圖2 支架縱向布置(單位:cm)

3.4.2 支架的拼裝

1)支架定位測(cè)量放線。首先清理支架基礎(chǔ)頂面上的雜物，根據(jù)支架的設(shè)計(jì)間距，測(cè)定支架的縱橫向軸線，并在基礎(chǔ)頂面上彈出墨線。

2)鋪設(shè)支架底部支承層。立桿支承層采用舊木枕，支承層的作用是擴(kuò)大立桿與基礎(chǔ)頂面之間的接觸面積，降低立桿對(duì)支架基礎(chǔ)的壓應(yīng)力，保證支架基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。木枕按平行于支架橫向軸線方向鋪設(shè)。

3)擺設(shè)底托。根據(jù)支架軸線，在木枕頂面上擺設(shè)立桿底托，要求底托的底面與木枕頂面之間密貼，避免形成底托的點(diǎn)狀受力狀態(tài)。

4)安裝支架。在底托上安裝支架，第一層支架安裝完工之后，通過(guò)抄平檢查第一層支架頂面的平整度，要求同一水平面上的立桿頂面高差≤±3 mm，如果高差不符合要求，用底托調(diào)平。在支架的安裝過(guò)程中，要求經(jīng)常用線錘檢查立桿的垂直度，立桿垂直誤差不大于1%，防止立桿偏心受壓;用水平尺檢查橫桿的水平，橫桿的水平誤差不大于1%。碗扣式腳手架的立桿長(zhǎng)度是定型尺寸，安裝前應(yīng)根據(jù)支架基礎(chǔ)頂面高程及箱梁底面的設(shè)計(jì)高程，合理選用立桿長(zhǎng)度，避免出現(xiàn)支架安裝完工之后，支架高度無(wú)法調(diào)整的困難，在調(diào)整支架高度時(shí)，規(guī)定頂托和底托的外露部分不得超過(guò)30 cm，當(dāng)超過(guò)30 cm時(shí)，必須加套管進(jìn)行加固，并用水平桿進(jìn)行鎖定。

5)安裝頂托。當(dāng)支架立桿安裝到設(shè)計(jì)高度后，在支架立桿上安裝頂托。

6)鋪設(shè)方木。在頂托上與橋長(zhǎng)垂直方向鋪設(shè)方木，方木橫斷面寬度為10 cm，高度為15 cm，間距為90 cm。在橫向方木上鋪設(shè)縱向方木，縱向方木橫斷面尺寸為10 cm ×10 cm，間距為40 cm，用以直接支撐竹膠模板。

7)鋪設(shè)底模板。現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的底模采用244.0 cm×122.0 cm×1.8 cm的復(fù)合竹膠模板，鋪設(shè)底模板時(shí)，按要求設(shè)置預(yù)拱度。

8)安裝剪刀撐。為保證支架的整體穩(wěn)定性，用剪刀撐對(duì)支架進(jìn)行加固，剪刀撐沿縱橫向分別設(shè)置，每隔4排立桿設(shè)置一道。設(shè)置要求如下:①剪刀撐與水平面的夾角控制在45°～60°之間;②剪刀撐的鋼管接頭采用搭接的形式，搭接長(zhǎng)度≥60 cm，每個(gè)接頭安裝的扣件數(shù)量不少于3個(gè);③同一個(gè)剪刀撐設(shè)置在立桿的兩邊，使剪刀撐和立桿之間有更多的接觸點(diǎn)，以便安裝更多的扣件。

3.5 支架預(yù)壓

為保證支架在現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工期間穩(wěn)定，檢驗(yàn)支架基礎(chǔ)處理方案和工藝是否符合要求，支架安裝完工之后，對(duì)支架進(jìn)行相當(dāng)于支架承受的均布荷載120%的堆載預(yù)壓，消除支架的非彈性變形。

3.5.1 支架預(yù)壓荷載計(jì)算

現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土自重按25 kN/m2計(jì)算，支架荷載主要包括箱梁混凝土自重19.7 kN/m2、模板重量2.0 kN/m2、施工人員及機(jī)具荷載為2.5 kN/m2、振搗混凝土產(chǎn)生的荷載為2.0 kN/m2，支架承受的均布荷載為26.2 kN/m2。支架預(yù)壓120%的均布荷載為31.4 kN/m2［2］。

3.5.2 設(shè)置支架預(yù)壓沉降觀測(cè)點(diǎn)

支架預(yù)壓加載前，在底模上設(shè)置27個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，支架鋼管上設(shè)置10個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，為檢測(cè)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，在支架基礎(chǔ)邊坡平臺(tái)上設(shè)置6個(gè)水平位移觀測(cè)點(diǎn)。觀測(cè)點(diǎn)位置如圖3所示。

圖3 沉降觀測(cè)點(diǎn)布置(單位:cm)

3.5.3 支架預(yù)壓加載方法

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁底模板鋪設(shè)完工之后，就可以進(jìn)行支架的預(yù)壓加載，加載方法采用在箱梁底模板上堆碼砂袋的方法。

支架預(yù)壓分4次加載，每隔2 d加載一次。第一次加載荷載支架承受均布荷載的60%，即15.72 kN/m2;第二次加載支架承受均布荷載的 80%，即20.96 kN/m2;第三次加載支架承受均布荷載的100%，即26.20 kN/m2;第四次加載支架承受均布荷載的120%，即31.40 kN/m2。

支架預(yù)壓觀測(cè)數(shù)據(jù)表明:底模板沉降量為10～15 mm;鋼管支架沉降量為8～12 mm;支架基礎(chǔ)邊坡平臺(tái)的水平位移量均在5 mm以?xún)?nèi)。支架基礎(chǔ)沉降量滿足現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工要求。根據(jù)支架預(yù)壓觀測(cè)結(jié)果分析，確定底模板的預(yù)抬高值為15 mm。

3.6 橋梁復(fù)測(cè)結(jié)果

現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工完工后，沿橋梁縱向每10 m一個(gè)斷面對(duì)灣邊特大橋箱梁進(jìn)行了復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)結(jié)果表明:高程誤差均在10 mm以?xún)?nèi)，箱梁軸線偏離設(shè)計(jì)軸線位置在10 mm以?xún)?nèi)，施工誤差符合公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

1)灘頭地段現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁支架基礎(chǔ)地基的處理方法和施工工藝，可以保證地基處理之后的地基承載力≥170 kPa，滿足現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工期間支架對(duì)地基承載力的要求。

2)灣邊特大橋的工程實(shí)踐表明，現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁支架在各種施工荷載和潮水的共同作用下，基礎(chǔ)穩(wěn)定可靠，支架基礎(chǔ)沉降量小，箱梁底面高程和軸線誤差均在±10 mm以?xún)?nèi)，施工誤差符合施工技術(shù)規(guī)范要求。該項(xiàng)施工技術(shù)可供灘頭地段其它類(lèi)似橋梁施工時(shí)參考。

［1］中華人民共和國(guó)交通部.JTJ041—2000 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］鐵道部第三工程局.鐵路工程施工技術(shù)手冊(cè)(橋涵)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1992.

［3］齊紅軍.跨越京杭運(yùn)河特大橋現(xiàn)澆箱梁門(mén)式支架設(shè)計(jì)與受力分析［J］.鐵道建筑，2009(5):9-11.

［4］張麒.武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線變截面道岔連續(xù)箱梁施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2010(1):86-88.