怒江四線特大橋現(xiàn)澆墩身橫梁施工技術(shù)研究

韓寶華

（中鐵十八局集團第二工程有限公司 河北唐山 063000）

1 工程概況

大瑞鐵路怒江四線特大橋位于云南省保山市境內(nèi)，跨越怒江河谷，為鐵路四線橋設(shè)計，線間距為5.0m，主橋采用1-490 m上承式鋼桁拱跨越峽谷，鋼桁拱采用提籃拱，拱肋內(nèi)傾3.6578°，引橋橋墩采用雙柱式剛架墩，全橋由14個墩臺組成，其中7#、8#交界墩墩高為110 m，由四道橫梁組成，墩內(nèi)傾角度為3.6578°，頂寬21.7 m，底寬37.77 m，其余橋墩傾斜坡度為外坡25∶1，內(nèi)坡60∶1，頂寬20 m。橋墩采用空心墩設(shè)計，墩高超40 m的橋墩在墩中部設(shè)置一定數(shù)量的橫梁，以保證橋墩的整體穩(wěn)定性。橫梁設(shè)計長度分別為14.21 m、16.41 m、18.62 m、20.82 m，橫梁為箱形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部預(yù)應(yīng)力鋼束，頂、底、腹板厚均為0.80 m，與橫梁相接處交界墩為實心構(gòu)造，厚度為4 m。

2 橫梁施工方案

根據(jù)指導(dǎo)性施工組織設(shè)計，結(jié)合工程實際，對本工程范圍內(nèi)橫梁，就施工工藝如何設(shè)計，通過對施工場地限制、荷載傳遞、資源投入量、經(jīng)濟效益、施工進度等諸多方面經(jīng)過調(diào)研，參考相關(guān)特大橋墩身橫梁施工后，進行研討和論證，初步提出橫梁施工以下兩種施工方案[1]。

方案一：采用落地式鋼管立柱安拆及搭設(shè)滿堂支架現(xiàn)澆的施工方法；

方案二：墩身立柱內(nèi)側(cè)預(yù)埋鋼板，焊接牛腿支架，架設(shè)貝雷梁支撐鋼摸板的施工方法。

3 方案分析

由于怒江四線特大橋墩柱有一定坡度，受到墩身坡比的影響，橫梁尺寸并不一致，為自下而上遞減，結(jié)合怒江特大橋剛架墩的工程實際特點，對方案一、方案二進行深層次的可行性分析。從施工角度出發(fā)，施工方案中的工序、工期，資源投入量，結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性，決定著方案的可行性程度。以下對方案就針對工序及關(guān)鍵施工、工期、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等方面分析。

3.1 支架施工工序

施工工序是施工方案實施的邏輯次序，實際施工中是按先傳力部分，再自下而上、先內(nèi)后外、對稱受力施工的方式。

方案一工序：地基處理→立柱安裝→剪刀撐焊接→縱橫分配梁安裝→滿堂腳手架安裝→底模板安裝→鋼筋綁扎→側(cè)模安裝→澆筑混凝土→養(yǎng)護→拆除模板及支架。

方案二工序：預(yù)埋件安裝→牛腿架焊接→分配梁安裝→貝雷梁安裝→底模板安裝→鋼筋綁扎→側(cè)模安裝→澆筑混凝土→養(yǎng)護→拆除模板及支架。

3.2 支架安裝工期

方案1理論工期為30 d；方案2理論工期為20 d。

3.3 資源配置（見表1）

表1 資源配置

3.4 支架方案設(shè)計及檢算

3.4.1 落地式鋼管立柱支架方案

設(shè)計落地式鋼管立柱支架施工2#墩橫梁，2#墩墩高21 m，總寬20 m，帽梁寬13 m，墩身混凝土強度等級為C35，墩頂帽梁混凝土等級為C40。

（1）支架設(shè)計。低墩帽梁支架采用3排4列共12根直徑φ500 mm鋼管，鋼管橫橋向間距3.67 m。順橋向間距2.5 m。其中6根500×6×14 590 mm鋼管立柱，安裝于承臺上。中間布置兩排500×10×13 790 mm于0.8×1.5×8m（高×寬×長）條形混凝土基礎(chǔ)上。鋼管間用12號槽鋼連接成桁架整體，鋼管立柱頂部用4根6 m40b雙拼H型鋼剛性連接成橫梁，橫梁上間隔1 m縱向鋪設(shè)6根12 m長40b雙拼H型鋼形成縱梁，縱梁上用20b工字鋼間距0.6 m鋪設(shè)，20b工字鋼上搭設(shè)0.6×0.3×0.4 m腳手架方便模板拆除。采用Midas civil有限元計算軟件，對怒江橋中最下道尺寸最大橫梁采用整體梁單元分析。

（2）支架檢算。荷載工況及荷載組合。

①自重。自重系數(shù)：-1.00。

②面荷載?；炷翙M梁產(chǎn)生的荷載： g1=(4×4×11×25) =4576 kN。施工人員與料具荷載：g2=2.0 kN/m2×（6×11）=132 kN。振搗混凝土產(chǎn)生的荷載:g3=2.0 kN/m2×（6×11）=132 kN。傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載：g4=2.0 kN/m2×（6×11）=132 kN。荷載組合：1.2×（自重g0+混凝土重量g1）+ 1.4×人群與機具荷載（g2）+1.4×施工荷載（g3，g4）。組合荷載（自重在模型中考慮）：p=1.2×4576+1.4×132+1.4×（132+132）=5834.4 kN。面荷載：P=5834.4÷4÷4=132.6 kN/m2。經(jīng)檢算，鋼管立柱應(yīng)力為110 MPa、變形5.2 mm；主次分配梁最大應(yīng)力78 MPa、變形3.3 mm；滿堂架應(yīng)力48 MPa、變形4.7 mm；整體穩(wěn)定性系數(shù)12.7，其應(yīng)力、變形量，穩(wěn)定性均符合規(guī)范要求范圍，滿足施工需求。

3.4.2 貝雷梁牛腿支架施工技術(shù)

采用貝雷梁牛腿支架施工7#墩第一道橫梁，7#墩墩高110 m，第一道橫梁寬20.82 m，寬5 m，高4 m，空心截面，混凝土強度等級為C35。

（1）支架設(shè)計[3]。墩身內(nèi)側(cè)預(yù)埋鋼板，上側(cè)預(yù)埋 500 mm×500 mm×20 mm鋼板，下側(cè)預(yù)埋 700 mm×700 mm×20mm鋼板，上下共布置5排，間距1.25 m，上下側(cè)預(yù)埋板間焊接5.239 m雙拼36號槽鋼斜撐，4 m雙拼36號橫撐，并在末端焊接為整體。橫撐與斜撐間焊接雙拼36號槽鋼豎撐，橫撐上布置兩排7m長雙拼36號分配梁，分配梁上布置14排貝雷梁。

（2）支架檢算。

①自重。自重系數(shù)：-1.00。

②面荷載?；炷撩绷寒a(chǎn)生的荷載： g1=（12.08×20.82×25）=6287.64 kN。施工人員與料具荷載：g2=2.0kN/m2×（7×20）=280 kN。振搗混凝土產(chǎn)生的荷載: g3=2.0 kN/m2×（7×20）=280 kN。傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載: g4=2.0 kN/m2×（7×20）=280 kN。荷載組合：1.2×(自重g0+混凝土重量g1)+ 1.4×人群與機具荷載(g2) +1.4×施工荷載(g3，g4)。組合荷載（自重在模型中考慮）：p=1.2×6287.64+1.4×280+1.4×(280+280)=8721.17 kN。

經(jīng)檢算，牛腿支架應(yīng)力37 MPa，變形3.4mm；貝雷梁應(yīng)力166 MPa及變形為11 mm；預(yù)埋件最大應(yīng)力為90 MPa；墩身預(yù)埋件范圍混凝土應(yīng)力0.6 MPa，其應(yīng)力、變形量，均符合規(guī)范要求范圍，滿足施工需求。

3.5 方案實施的可行性分析

本工程中貝雷梁牛腿支架施工時，不受場地狹小的限制因素，借助已澆筑墩身為傳力單元，充分利用橋梁自身結(jié)構(gòu)，在安全性滿足設(shè)計要求基礎(chǔ)上，大幅度節(jié)省材料成本、人工成本、加快施工進度。牛腿支架加工簡單，且能重復(fù)利用，周轉(zhuǎn)快，工期短，工藝流程簡單成熟。而對于橫梁距地面較低或橫梁跨度相對較大時，采用支架法現(xiàn)澆施工，施工面較多，加工安裝快速，橫梁施工過程荷載直接傳遞到地面，安全系數(shù)更高。通過上述資源使用量，工藝、工期分析，兩種方案施工均有可行性，而方案二較方案一更能滿足效益和工藝最大化。

4 支架方案的實施

根據(jù)橫梁所處墩柱的位置高度，第一道橫梁可采用落地式鋼管立柱支架的施工方案，其余橫梁（含帽梁）可采用貝雷梁牛腿支架的施工方案?，F(xiàn)就現(xiàn)場實際情況需要，分別闡述兩種施工工藝在怒江四線特大橋雙柱式剛架高墩及低墩施工上的應(yīng)用。

4.1 采用落地式鋼管立柱及搭設(shè)滿堂支架現(xiàn)澆的施工

4.1.1 具體方案施工工藝

測量放線→地基基礎(chǔ)處理→立柱安裝→12號槽鋼焊接→橫梁40b雙拼型鋼安裝→縱梁40b雙拼型鋼安裝→20b工字鋼安裝→滿堂支架安裝→支架預(yù)壓→底模吊裝→鋼筋加工安裝→側(cè)面模板閉合→混凝土澆筑→養(yǎng)護→模板及支架拆除。

4.1.2 關(guān)鍵施工技術(shù)

（1）地基基礎(chǔ)處理。地基穩(wěn)定是上層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，2#承臺范圍內(nèi)以粉質(zhì)粘土為主，采用換填法對地基進行加固，將原有范圍內(nèi)虛土清挖 1 m，用質(zhì)地堅硬的石、砂、礫石分層回填，并同時以人工或機械方法分層夯實，使之達到要求的密實度，成為良好的人工地基，使其承載力達到395 kN以上。在壓實土體上支模板，澆筑混凝土，基礎(chǔ)預(yù)埋件采用長×寬×厚為700 mm×700 mm×12 mm的鋼板，鋼板下焊接φ32mm的螺紋鋼，鋼板預(yù)埋件安裝時上表面務(wù)必水平，四角高差控制在5 mm之內(nèi)。

（2）立柱安裝。立柱鋼管分節(jié)在場地加工，采用汽車吊機安裝。立柱有兩種規(guī)格，φ500鋼管，壁厚10 mm及壁厚6 mm，壁厚10 mm鋼管立柱焊接與C35條形混凝土基礎(chǔ)上，壁厚為6 mm鋼管立柱固定于已澆筑完成承臺條形基礎(chǔ)上，鋼管立柱施工時注意立柱垂直度，立柱安裝平面及安裝順序見圖1。立柱間槽鋼連接：鋼管立柱間采用[12型槽鋼設(shè)置交叉連接，以增加穩(wěn)定性。預(yù)埋件接觸部分進行焊接，焊接過程中需嚴格控制焊接質(zhì)量，焊縫不得出現(xiàn)裂紋、焊瘤、氣孔、咬邊、夾渣、電弧擦傷等問題。

圖1 立柱安裝平面及安裝順序

（3）支架預(yù)壓。現(xiàn)澆梁支架預(yù)壓施工流程：支架驗收→標(biāo)高測量→砼預(yù)壓塊就位→加載20%→沉降變形觀測→加載 50%→沉降變形觀測→加載 75%→沉降變形觀測→加載 100%→沉降變形觀測→加載120%→沉降變形觀測→表面覆蓋→卸載→標(biāo)高調(diào)整。預(yù)壓方式采用整體預(yù)壓，預(yù)壓順序與混凝土澆筑順序一致，由支點處向跨中進行對稱布載，先進行中間加載、后兩側(cè)加載。

4.2 采用牛腿支架貝雷梁施工

4.2.1 具體施工工藝

測量放線→墩身牛腿鋼板預(yù)埋→斜撐吊裝焊接→豎撐吊裝焊接→斜撐吊裝焊接→分配梁吊裝焊接→貝雷梁吊裝→底模吊裝→支架預(yù)壓→鋼筋加工安裝→側(cè)面閉合→混凝土澆筑→養(yǎng)護→模板及支架拆除。

4.2.2 關(guān)鍵施工技術(shù)[2]

（1）預(yù)埋件安裝。當(dāng)墩柱施工到預(yù)埋件標(biāo)高位置時，按相應(yīng)標(biāo)高位置預(yù)埋預(yù)埋件，與墩柱鋼筋固定形成整體。墩柱鋼筋與預(yù)埋件位置相抵觸時，適當(dāng)調(diào)整墩柱鋼筋并采用等強方式進行替代。預(yù)埋件需固定牢靠，防止在混凝土振搗時發(fā)生偏移。施工中必須確保預(yù)埋件位置精確，使各預(yù)埋件的中心線在橫向和豎向保持垂直。

（2）牛腿支架焊接。根據(jù)現(xiàn)場情況，用汽車吊吊裝鋼牛腿，人工配合精確安裝，將每邊牛腿橫向連成整體，形成剛構(gòu)體系；焊縫總體要求：焊縫寬度≥0.7 d，且不得小于8 mm；分配梁上鋼板與槽鋼焊縫厚度不小于8 mm；牛腿之間橫向焊接連接為整體，焊縫厚度不小于8 mm；牛腿所有桿件接觸部位的焊縫必須確保不小于15 mm，焊縫厚度均不小于10 mm；接觸部位全部圍焊。

（3）貝雷梁安裝。貝雷梁片在地面組拼成梁，整體吊裝，在安裝貝雷片分配梁時，采用吊車或塔吊進行吊裝。在每一聯(lián)貝雷片吊裝到橫梁上后，兩頭各采用導(dǎo)鏈進行臨時固定，縱梁與貝雷梁間采用騎馬螺栓進行連接，并用鋼板將貝雷梁與縱梁焊接為整體，后吊裝上去的貝雷片要及時與先吊裝上去的貝雷片連接形成整體。

（4）支架預(yù)壓。為考慮安全系數(shù)，按橫梁自重的1.2倍進行預(yù)壓。加載分三次對稱進行，第一次加載重量為設(shè)計荷載的 60%，第二次加載重量為設(shè)計荷載的 100%，第三次加載重量為設(shè)計荷載的120%。

5 結(jié)語

落地式鋼管立柱支架及貝雷梁牛腿支架的施工工藝在支架的強度、剛度和穩(wěn)定性上均滿足要求，需根據(jù)工程施工特點進行相互結(jié)合應(yīng)用。落地式鋼管立柱支架配合滿堂腳手架施工工藝對低墩橫梁施工具有安全可靠、快速平行施工的特點，在怒江四線特大橋低墩橫梁施工中發(fā)揮了重要作用。

貝雷梁牛腿支架的施工工藝在怒江四線特大橋高墩橫梁施工中得到了全面的應(yīng)用，該施工方法有效的提高了該類橋梁的施工質(zhì)量，提高了施工的安全性與施工的進度，該方案的可行性和實用性得到了理論和施工的雙重驗證，方案具有結(jié)構(gòu)簡單、安拆便捷、可多次循環(huán)利用、節(jié)約成本、結(jié)構(gòu)整體受力合理、不受地形地質(zhì)條件限制，尤其是在雙柱式大跨度、高風(fēng)險、高空施工及不良地質(zhì)環(huán)境的橋梁施工中能充分發(fā)揮重要的應(yīng)用作用。