裝配式整孔現(xiàn)澆箱梁支架施工技術(shù)分析

文/廖敏、黃小飛

1 前言

近年來國家投入較大的力量開展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，很多跨越河流、道路、鐵道等橋梁項目投入建設(shè)和應(yīng)用，橋梁施工與交通所存在的矛盾問題也更加嚴(yán)重。當(dāng)前我國很多的橋梁項目都是選擇應(yīng)用滿堂支架或者鋼管支架的結(jié)構(gòu)形式，該方式在原路面工程中進(jìn)行施工，操作非常簡單，施工安全性也比較高。但是在跨越施工中也有很多的缺陷和不足，尤其是一些非老路基施工中要進(jìn)行地基結(jié)構(gòu)的整體性處理，臨時結(jié)構(gòu)的施工量比較大，造成了施工項目成本高、難度大、工期長，現(xiàn)場施工存在很多的問題無法從根本上解決。當(dāng)前建筑領(lǐng)域開始全面應(yīng)用裝配式施工技術(shù)，符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的標(biāo)準(zhǔn)，積極地開展工程領(lǐng)域的改革與發(fā)展，提升橋梁施工技術(shù)，降低項目成本，產(chǎn)生積極的作用和意義。本文重點研究裝配式整孔現(xiàn)澆箱梁支架施工技術(shù)，通過該技術(shù)提升項目施工的效率和水平，產(chǎn)生更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2 工程概況

某橋梁工程項目的箱梁為RU-3 匝道橋第二聯(lián)，該箱梁采用（3×30）m 跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。施工方式為現(xiàn)澆作業(yè)方式，首跨箱梁部分的研究應(yīng)用是裝配式支架結(jié)構(gòu)部分的施工方式。墩頂腹板厚80～140cm，箱梁懸臂長1.5m，邊腹板斜率4∶3。

3 裝配式支架設(shè)計形式

3.1 總體設(shè)計形式

3.1.1 設(shè)計形式

本次橋梁工程項目中，從設(shè)計方案中可以確定其裝配式支架結(jié)構(gòu)是D60 鋼管+雙拼40#工字鋼+貝雷梁+16#工字鋼分配梁+碗扣支架。該結(jié)構(gòu)中的兩道橫向鋼梁支撐、兩道斜鋼管支撐與一道水平鋼管支撐作為主體的結(jié)構(gòu)形式，橋墩承臺的結(jié)構(gòu)部分設(shè)計是基礎(chǔ)拼裝搭設(shè)的結(jié)構(gòu)形式，頂部位置上安裝有調(diào)節(jié)塊裝置，根據(jù)需要做好標(biāo)高尺寸的調(diào)節(jié)，達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。在整個項目中，斜向、水平方向中所應(yīng)用的鋼管通過梯形拱架的拼裝作業(yè)方式，頂寬15.6m，底寬23.6m，達(dá)到支架結(jié)構(gòu)的承載性能要求，確保橋下部分的交通順利運(yùn)行。在橋梁結(jié)構(gòu)中，各個部分的鋼管的連接方式采用法蘭連接的形式，所應(yīng)用的緊固件是8.8 級M27 高強(qiáng)度螺栓，能夠達(dá)到穩(wěn)定性與牢固性的要求。

3.1.2 節(jié)點連接形式

節(jié)點是支架結(jié)構(gòu)的主要組成部分，該部分的強(qiáng)度和剛度對于整個工程的影響是非常直接的。在進(jìn)行裝配式鋼管支架施工環(huán)節(jié)，應(yīng)該進(jìn)行斜向、水平方向的鋼管倒角處理，在該位置上加工成為兩套異形的節(jié)點鋼管可以作為拼接部分使用，組合成為梯形拱架的結(jié)構(gòu)形式[1]。在節(jié)點位置的鋼管內(nèi)部形式，應(yīng)用的是十字交叉位置焊接加勁板提升其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，避免在該位置上受力過大出現(xiàn)變形問題。

3.1.3 承臺、牛腿聯(lián)結(jié)

在3#、4#墩承臺結(jié)構(gòu)部件的內(nèi)側(cè)位置上，應(yīng)用的是方形牛腿的結(jié)構(gòu)進(jìn)行斜向鋼管的支撐設(shè)計，然后和橋墩承臺組合成為整體的結(jié)構(gòu)。承臺頂部預(yù)埋20mm 厚70cm×70cm 鋼板，設(shè)計牛腿頂部中心預(yù)埋20mm 厚90cm×90cm鋼板，同時采用焊接的連接方式連接各個鋼管結(jié)構(gòu)部分。在該位置上，進(jìn)行預(yù)埋施工的鋼板底部需要焊接一定數(shù)量的Φ22 錨固鋼筋，保證承臺或者牛腿的位置上和混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定連接，確保連接強(qiáng)度合格。

3.1.4 水平輔助構(gòu)件

在本次橋梁工程中應(yīng)用的第二聯(lián)下，現(xiàn)澆箱梁底板寬度尺寸設(shè)定為3.55m，下部位置上布置有兩組裝配鋼管支架的結(jié)構(gòu)，間距3.57m，保證和底板寬度達(dá)到相同標(biāo)準(zhǔn)。這樣能夠讓結(jié)構(gòu)部件的受力符合要求，保證在施工正常運(yùn)行。提升鋼管結(jié)構(gòu)的整體性能，需要在兩榀鋼管支架上設(shè)置水平橫聯(lián)結(jié)構(gòu)，確保連接更加穩(wěn)定牢固[2]。

3.2 承載力驗算

“梯形拱架”是整個橋梁工程項目的主體受力結(jié)構(gòu)形式，該位置上的承載性能會給最終項目的成敗造成直接的影響，所以本次設(shè)計方案的確定應(yīng)用MIDAS 模擬驗算。經(jīng)過計算，本次橋梁最大應(yīng)力為171.2MPa，最大變形量16.3mm，各個方面的性能符合要求。

4 裝配式支架現(xiàn)場安裝

4.1 鋼管制作與安裝

各個連接部分，特別是法蘭與鋼管的連接選擇使用的是二氧化碳保護(hù)焊的連接方式，整個焊縫進(jìn)行超聲探傷檢測，確保焊縫的性能合格。

現(xiàn)場將一根4.2m 長、一根5.3m 長的D60斜向鋼管和一根12m 長的D60 水平鋼管，利用兩道節(jié)點鋼管相連，拼裝成一片“梯形拱架”，聯(lián)結(jié)點為鋼板法蘭和M27 螺栓。設(shè)置的兩側(cè)四根豎向鋼管部件和承臺頂部所埋設(shè)的鋼板進(jìn)行連接，確保整個連接性能合格，控制焊接質(zhì)量，鋼管豎直度合格。而內(nèi)部所設(shè)計的梯形拱架結(jié)構(gòu)中支腳部分，也就是斜鋼管的底部位置，應(yīng)該加工成為斜口的方式，保證其與連接部分是緊密貼合的，確保連接效果符合要求。本次施工現(xiàn)場選擇應(yīng)用兩臺25t 的汽車吊進(jìn)行梯形拱架的吊裝作業(yè)，逐步進(jìn)行安裝。在吊裝環(huán)節(jié)，由專人指揮吊裝作業(yè)人員按照設(shè)計方案將規(guī)定部件吊裝到特定的位置上，然后進(jìn)行點焊連接，穩(wěn)固性合格之后就能夠進(jìn)行焊接連接作業(yè)。

4.2 鋼制螺栓調(diào)節(jié)塊加工及安裝

對于裝配的鋼管支架頂部位置上安裝調(diào)節(jié)塊的部件，一是用作上方雙拼40#工字鋼進(jìn)行承載力的傳輸，防止鋼板與鋼管在連接的過程中存在硬性連接作用，使局部受力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；二是進(jìn)行鋼管頂部空間的調(diào)節(jié)，保證其受力達(dá)到均勻性標(biāo)準(zhǔn)。每個調(diào)節(jié)塊應(yīng)用厚度是30mm 的鋼板組合成為矩形盒狀的形式，下部和D60 節(jié)點鋼管進(jìn)行穩(wěn)定的連接，上部安裝30mm 厚的法蘭部件，通過可調(diào)節(jié)螺栓連接。

該支架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)所設(shè)計的8 個調(diào)節(jié)塊，有4 個處于豎向鋼管的上部，剩下的4 個則設(shè)計在節(jié)點鋼管上方的位置上。在安裝焊接環(huán)節(jié)要時刻進(jìn)行測量，只要是出現(xiàn)偏差的情況就要做出調(diào)整，保證縱橫軸線達(dá)到一致性，最后再通過可調(diào)節(jié)螺栓進(jìn)行固定。

碗扣支架搭設(shè)施工結(jié)束后，應(yīng)該進(jìn)行堆載預(yù)壓該支架結(jié)構(gòu)體系，有效消除所存在的非彈性變形問題，做好變形參數(shù)的記載。澆筑環(huán)節(jié)工作人員應(yīng)該隨時了解其支架部分所存在的沉降變形問題，做好現(xiàn)場的預(yù)測分析，各個測量位置的沉降差不能超過5mm。

5 落梁施工工藝

5.1 落梁準(zhǔn)備工作

5.1.1 梁體底模拆除后，應(yīng)該根據(jù)需要做好落梁部分的安裝與施工。此時，主要應(yīng)用的是直徑650mm 的鋼管樁，其外側(cè)密布∠120×120 角鋼進(jìn)行必要地加固處理，更好地保證該結(jié)構(gòu)具備抗彎性部件。整個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分選擇使用1.5m 見方C25 混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，并且進(jìn)行制梁支架結(jié)構(gòu)部分完成澆筑施工，確保落梁支架部分的頂面預(yù)埋深度尺寸為1m 見方的鋼板[3]。落梁支架選擇應(yīng)用間斷焊接方式連接與穩(wěn)固支架，同時根據(jù)需要設(shè)置必要的腳手架工作平臺，確定支架的長度、寬度等方面，上部結(jié)構(gòu)部分使用的是圍欄、腳踏板，在周邊的位置上設(shè)置安全網(wǎng)的形式做好防護(hù)處理。

5.1.2 安裝千斤頂。段鋼管柱在連接過程中，應(yīng)用的是石棉防滑處理，通過油頂?shù)奈恢蒙峡招谐淘O(shè)定在5～18cm 為宜。油泵直接安裝到腳手架上，確保操作與控制都能夠順利進(jìn)行。墩帽位置上應(yīng)該布置兩個水平點，再設(shè)置標(biāo)尺部件，使用專業(yè)的落梁實現(xiàn)兩側(cè)高差的控制，確保其處于4mm 之內(nèi)。

5.2 在各項準(zhǔn)備工作結(jié)束之后，在一側(cè)使用兩個千斤頂進(jìn)行同時供油處理，供力速度每分鐘5MPa。兩個油泵操作人員應(yīng)該隨時注意油表的變化情況，確保受力達(dá)到相同的要求。供油梁體部分需要稍微離開磚垛，然后進(jìn)行油閥鎖死操作，將表面一層磚去掉，墊上一層橡膠板、鋼板與雜木板981mm。在該項操作過程中，組織專人處理，使用千斤頂同時進(jìn)行回油，此時的速度和供油要保持一致性。梁體下落環(huán)節(jié)應(yīng)該做好鋼板厚度的調(diào)節(jié)工作，在回油的同時進(jìn)行鋼板的抽動，確保鋼板與梁體的間隔距離控制在3mm 以下，在梁體下落5cm 之后，通過梁體進(jìn)行鋼板的制作。此時，把千斤頂全部撤出去，預(yù)留5cm 的空行程，并且使用手拉葫蘆進(jìn)行橫梁的下放作業(yè)，固定處理鋼板。落梁時，應(yīng)該做好高差的檢測，保證其符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.3 梁體落到離支承墊石300mm 時，分配梁結(jié)構(gòu)部分中所設(shè)定的保險鋼結(jié)構(gòu)部分要固定好，然后將剩余兩層磚拆除處理，梁底與墊石部分清潔處理。支座結(jié)構(gòu)的安裝作業(yè)此時應(yīng)該使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行標(biāo)高數(shù)據(jù)控制，確保各個點都能夠達(dá)到技術(shù)要求，跨度尺寸標(biāo)準(zhǔn)，梁底支座的錨栓與橋墩螺栓孔準(zhǔn)確對應(yīng)上。如果有任何偏差，都要立即做出調(diào)整。支座安裝施工后，要按照上述的作業(yè)方式進(jìn)行落梁操作。支座落下和墊石有100mm 的間距之下，應(yīng)該進(jìn)行準(zhǔn)確的放置，同時應(yīng)用半干硬水泥砂漿固定處理，達(dá)到設(shè)計標(biāo)線的要求，在強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)下，全面清理處理墊石表面雜質(zhì)，確保各個部位的安裝都能夠達(dá)到精確度標(biāo)準(zhǔn)。

6 施工控制要點及難點

本文中所舉工程案例中，施工中的第一次整孔現(xiàn)澆梁的作業(yè)方式，具體的難點和要點如下所示：

6.1 混凝土粗細(xì)集料在使用之前要做好堿活性試驗，ACR 活性集料不允許使用，否則將會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

6.2 箱梁預(yù)制過程中需要嚴(yán)格控制高程參數(shù)，確保兩側(cè)支座高度差不超過1mm。

6.3 落梁過程中，極易存在危險的事故，此時應(yīng)該嚴(yán)格控制四個支點的高度差，不能超過3mm，嚴(yán)格執(zhí)行施工工藝的要求。

6.4 箱梁施工環(huán)節(jié)要按照標(biāo)準(zhǔn)開展孔道摩阻試驗，保證各個部位的強(qiáng)度指標(biāo)都能夠達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)且混凝土齡期在10 天以上。

6.5 為了防止出現(xiàn)早期裂紋，在脫模操作環(huán)節(jié)，保證落梁強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求的80%以上，同時應(yīng)該保證養(yǎng)護(hù)溫度與脫模溫度都不能和環(huán)境溫度差超過15℃。

6.6 箱梁設(shè)計要做好撓度與剛性的控制，這是支架施工的重點環(huán)節(jié)。但是在施工環(huán)節(jié)還應(yīng)該綜合分析地基下沉、彈性變形等方面所產(chǎn)生的影響，保證梁體線型達(dá)到設(shè)計方案的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

7 結(jié)語

本文重點分析了裝配式整孔現(xiàn)澆箱梁支架技術(shù)，進(jìn)行了必要的結(jié)構(gòu)設(shè)計和驗算分析，保證設(shè)計方案滿足工程的使用需要，重視臨時支架的設(shè)計和施工可以取得應(yīng)有的效果。根據(jù)裝配式整孔現(xiàn)澆箱梁支架技術(shù)進(jìn)行合理地設(shè)計，更好地消除滿堂支架所存在的局限性，使各個方面的性能滿足要求。裝配式技術(shù)可以提高材料的利用率，現(xiàn)場施工效率得以提升，工期也會隨之縮短。而臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)該進(jìn)行承載性能的分析，保證荷載傳輸順利進(jìn)行，發(fā)揮出該技術(shù)的優(yōu)勢，促進(jìn)橋梁綜合性能的提高。