圓柱墩現(xiàn)澆箱梁抱箍支架法及整體落架施工關(guān)鍵技術(shù)

胡龍泳, 何良玉, 劉 志, 劉國明, 伍志堅(jiān)

(湖北交通投資集團(tuán)有限公司,湖北 武漢 430050)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,國家在大力投資交通領(lǐng)域工程建設(shè)。截至2021年末,國家高速公路里程為117 000km,全國公路橋梁96.11萬座、7 380.21萬延米,越來越多新建項(xiàng)目投入到山區(qū)、高原等交通不便的地方。山區(qū)地形復(fù)雜,溝壑縱橫,橋梁建造難度大,安全風(fēng)險(xiǎn)高。當(dāng)前,常規(guī)橋梁施工標(biāo)準(zhǔn)化程度高,多采用30m、40m預(yù)制T梁或小箱梁架設(shè)施工,工藝成熟且造價(jià)經(jīng)濟(jì)[1],對(duì)于曲率半徑較小的彎橋(如匝道橋)、跨河、跨路及特殊跨徑的中小橋,一般采用滿堂支架現(xiàn)澆[2-5]施工。但山區(qū)地形陡峭,地質(zhì)復(fù)雜,采用支架現(xiàn)澆法對(duì)地基承載力有較高要求,且支架拆除安全風(fēng)險(xiǎn)大。相比之下,抱箍支架法節(jié)約材料,施工便捷,尤其適用于墩高梁輕、地形復(fù)雜或地質(zhì)特殊的山區(qū)橋梁。[6-8]

本文以鄂西北山區(qū)某新建高速公路匝道橋?yàn)楸尘?介紹一種橋梁雙抱箍復(fù)合支架現(xiàn)澆施工方法,輔之支架模板整體落架工藝,具有臨時(shí)設(shè)施材料用料省、施工效率高、安全風(fēng)險(xiǎn)低等特點(diǎn),對(duì)山區(qū)橋梁現(xiàn)澆施工具有借鑒意義。

1 工程概況

某高速公路樞紐互通B匝道橋全長439.03m,現(xiàn)澆箱梁跨徑布置為6×19.6m+6×19.6m+4×20m+3×40m,共4聯(lián)。上部結(jié)構(gòu)采用普通鋼筋混凝土連續(xù)現(xiàn)澆箱梁,19.6m與20m跨徑為單箱雙室斷面,標(biāo)準(zhǔn)段箱梁頂寬10.5m,底寬6.5m,懸臂長2.0m,高1.4m,為最大跨徑的1/14;40m跨徑為單箱雙室斷面,標(biāo)準(zhǔn)段箱梁頂寬10.5m,底寬6.5m,懸臂長2.0m,高度2.1m。

2 抱箍支架及整體落架設(shè)計(jì)與計(jì)算

2.1 支架設(shè)計(jì)與計(jì)算

B匝道橋第一、二聯(lián)采用抱箍型鋼支架,第三、四聯(lián)采用抱箍貝雷支架。本文以第三聯(lián)4×20m現(xiàn)澆箱梁為例,如圖1所示,支架跨徑為17.8m,每一聯(lián)的邊跨邊墩采用P630×10mm鋼管立柱支撐,中間墩均安裝抱箍支撐;枕頭梁采用雙拼H700×300型鋼,主梁采用321型貝雷主梁,主梁在枕頭梁處增設(shè)I12.6工字鋼加強(qiáng)立桿,分配梁采用I25工字鋼,沿順橋向按貝雷梁節(jié)點(diǎn)(80+2×70+80)cm間距布置,分配梁上橫橋向按30cm(腹板區(qū)加密至15cm)間距布置10×10cm方木后布設(shè)模板。

圖1 第三聯(lián)抱箍貝雷支架設(shè)計(jì)圖

2.1.1 材料參數(shù)

鋼材采用Q345和Q235鋼,根據(jù)相關(guān)規(guī)范,Q345鋼抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[σ]=305MPa,彈性模量E=2.1×105MPa;Q235鋼抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[σ]=215MPa,彈性模量E=2.1×105MPa。貝雷梁采用321型貝雷梁支架。

2.1.2 荷載及荷載組合

第三聯(lián)型鋼貝雷支架采用有限元軟件建模,如圖2所示。荷載考慮如下:①自重(支架、模板);②人群與施工機(jī)具荷載;③混凝土荷載。其中,混凝土荷載根據(jù)箱梁典型斷面,按照荷載集度分布圖(圖3),施加梁單元荷載。

圖2 支架計(jì)算模型

圖3 箱梁混凝土荷載集度分布圖

根據(jù)《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ162—2008),荷載組合分應(yīng)力荷載組合和位移荷載組合,荷載按照最不利荷載考慮。應(yīng)力荷載組合:1.2×①+1.4×②+1.2×③;位移荷載組合:1.0×①+1.0×②+1.0×③。

2.1.3 支架結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

根據(jù)如上計(jì)算,支架有限元分析計(jì)算結(jié)果見表1,各構(gòu)件應(yīng)力小于對(duì)應(yīng)鋼材的設(shè)計(jì)值,強(qiáng)度滿足要求;貝雷支架最大相對(duì)位移為39mm,小于L/400=18 000/400=45mm,變形滿足要求;根據(jù)屈曲分析結(jié)果,臨界荷載系數(shù)為13,整體穩(wěn)定性滿足要求。

表1 貝雷支架各構(gòu)件計(jì)算結(jié)果匯總表

2.2 抱箍設(shè)計(jì)與計(jì)算

圖4 主抱箍平面布置圖

抱箍需承受豎向壓力,偏安全的取N 值為2 000kN,按照最不利原則,全部由高強(qiáng)螺栓的抗剪力承擔(dān),采用允許應(yīng)力法[9]驗(yàn)算高強(qiáng)螺栓抗剪承載力如下:M30螺栓允許承載力[NL]=P*μ*n/K,式中,P為高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力,取355kN;μ為摩擦系數(shù),取0.3;n為傳力摩擦面數(shù),取1;K為安全系數(shù),取1.3。故[NL]=82kN。螺栓需求數(shù)m=N/[NL]=2000/82=25個(gè),故主抱箍48個(gè)高強(qiáng)螺栓滿足要求。

2.3 整體落架工裝設(shè)計(jì)與計(jì)算

圖5 精軋螺紋鋼分析計(jì)算

3 關(guān)鍵施工技術(shù)與操作要點(diǎn)

抱箍支架搭設(shè)施工與常規(guī)滿堂支架施工類似,且操作更加便捷,其詳細(xì)流程在此不做贅述,本節(jié)僅對(duì)搭設(shè)施工及支架整體落架過程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述。

(1) 試拼。抱箍安裝前,要嚴(yán)格檢查抱箍尺寸、焊縫質(zhì)量等,尤其內(nèi)徑偏差,且應(yīng)進(jìn)行試拼。

(2) 承載力試驗(yàn)。正式施工前,隨機(jī)調(diào)選2組抱箍安裝在同一根墩柱上,根據(jù)試驗(yàn)用千斤頂尺寸確定二者間距;抱箍與墩柱之間設(shè)置一層橡膠墊,每組抱箍用48個(gè)10.9級(jí)M30高強(qiáng)螺栓連接牢固,采用定矩扭力扳手兩邊對(duì)稱擰緊螺栓,扭力值為1 385N·m;安裝完成后同時(shí)打開兩臺(tái)油泵進(jìn)油閥,分7級(jí)(10%,20%,30%,40%,60%,80%,100%)施加荷載。分別記錄各個(gè)分級(jí)荷載下抱箍的溫度、位移、上下抱箍間距。驗(yàn)證抱箍承載力滿足設(shè)計(jì)要求后,方可正式開始施工。

(3) 抱箍升溫處理。溫度對(duì)抱箍承載力有著較大的影響,隨著溫度的升高,抱箍由于鋼材良好的熱脹冷縮性能,會(huì)導(dǎo)致抱箍的承載力逐漸下降,故抱箍高強(qiáng)螺栓終擰前,可預(yù)先對(duì)抱箍進(jìn)行升溫處理。

(4) 抱箍位移觀測。抱箍安裝完成時(shí),應(yīng)精確控制安裝精度;安裝完成后,應(yīng)及時(shí)布設(shè)位移觀測點(diǎn),高度不高時(shí),可采用與上述試驗(yàn)時(shí)相同位移觀測方法;墩柱較高時(shí),應(yīng)布設(shè)測量反光貼,并進(jìn)行全過程位移監(jiān)測。在支架模板安裝、預(yù)壓、澆筑施工及溫度梯度較大時(shí),應(yīng)加強(qiáng)位移監(jiān)測。

(5) 支架整體落架工藝。操作流程在上文2.3中已有描述,需要補(bǔ)充的是,如現(xiàn)澆箱梁單跨跨徑較大,可適當(dāng)對(duì)稱增加卸落預(yù)埋點(diǎn);在支架整體卸落時(shí),應(yīng)保證多點(diǎn)同步;卸落后,要及時(shí)對(duì)預(yù)留孔洞進(jìn)行封堵。

4 結(jié)束語

本文以山區(qū)某新建高速公路匝道橋?yàn)楸尘?對(duì)抱箍支架及整體落架的設(shè)計(jì)進(jìn)行了計(jì)算分析,各參數(shù)均滿足要求,且安全儲(chǔ)備較高;闡述了抱箍支架搭設(shè)施工和支架整體落架工藝的關(guān)鍵技術(shù)。工程實(shí)踐表明,該施工方法安全可靠,可有效解決山區(qū)橋梁施工中地形陡峭、地質(zhì)復(fù)雜的問題,避免了軟基處理,同時(shí)可節(jié)約施工成本,縮短施工周期,對(duì)同類橋梁施工具有一定的參考和借鑒意義。