抱箍結(jié)合工鋼在加固跨海大橋新設(shè)蓋梁施工中的應(yīng)用

雷鵬暉

（福建第一公路工程集團(tuán)有限公司，福建 泉州 362000）

1 概述

由于橋梁蓋梁的結(jié)構(gòu)形式、橋墩的高度以及現(xiàn)場(chǎng)施工條件不同，橋梁蓋梁施工的方法多種多樣。某跨海大橋加固工程，因使用年限以及環(huán)境變化等原因成為危橋，無(wú)法在橋面上使用倒掛的施工工藝。該橋橋下凈空高度受限，且新設(shè)預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁跨徑大，也無(wú)法采用貝雷片結(jié)合工鋼支架的施工工藝。因此，在利用既有橋梁構(gòu)件的前提下，采用抱箍結(jié)合工鋼支架的施工工藝是最佳選擇。

2 工程概況

該項(xiàng)目施工內(nèi)容包括對(duì)10 個(gè)橋墩進(jìn)行加固、設(shè)置防船撞結(jié)構(gòu)設(shè)施，結(jié)構(gòu)形式為在既有樁柱式橋墩排架左右兩側(cè)各新設(shè)一根直徑為2.0m 的鉆孔灌注樁，并在樁頂新設(shè)一道預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁，蓋梁尺寸為順航道方向（橫橋向）長(zhǎng)度20.6m，橫向（順橋向）寬度3.2m，高度2.5m。新蓋梁頂面托住原有蓋梁，承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)及車(chē)輛荷載及船舶撞擊力荷載。新設(shè)預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁立面圖、側(cè)視圖如圖1所示。

圖1 新設(shè)預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁立面圖、側(cè)視圖（砼=混凝土）

3 蓋梁支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于該跨海大橋?qū)儆谖?，無(wú)法在橋面上使用倒掛工藝。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得知，舊橋系梁實(shí)際標(biāo)高比設(shè)計(jì)圖紙高1.4m 左右，如表1所示，凈空高度無(wú)法滿足貝雷片結(jié)合工鋼的方案，決定采用抱箍結(jié)合工鋼支架的組合施工工藝。

表1 新蓋梁底至舊系梁頂?shù)膬艨崭叨?/p>

抱箍結(jié)合工鋼支架的組合施工工藝是由兩個(gè)大鋼抱箍、兩個(gè)小鋼抱箍、八個(gè)高度調(diào)節(jié)裝置、加強(qiáng)鋼板、兩條內(nèi)主梁、兩對(duì)外主梁、多根拉條、多個(gè)分配梁、多個(gè)斜分配梁組和蓋梁底模組成。兩個(gè)大鋼抱箍分別設(shè)置在兩根新設(shè)墩柱上，兩個(gè)小鋼抱箍分別設(shè)置在兩根既有墩柱上，各大鋼抱箍和小鋼抱箍上均設(shè)置有兩個(gè)高度調(diào)節(jié)裝置，高度調(diào)節(jié)裝置上設(shè)置有水平橫向延伸的加強(qiáng)鋼板，內(nèi)主梁設(shè)置在兩根既有墩柱對(duì)應(yīng)的高度調(diào)節(jié)裝置上的加強(qiáng)鋼板上，外主梁設(shè)置在相鄰的新設(shè)墩柱和既有墩柱對(duì)應(yīng)的高度調(diào)節(jié)裝置上的加強(qiáng)鋼板上，內(nèi)主梁和外主梁均水平橫向延伸，位于同一側(cè)的兩外主梁間隔布置，外主梁的內(nèi)側(cè)與內(nèi)主梁的外側(cè)接觸，兩根相對(duì)的內(nèi)主梁、兩根相對(duì)的外主梁和內(nèi)、外主梁的重疊部分，均通過(guò)拉條連接固定。多個(gè)分配梁垂直于內(nèi)主梁延伸方向并間隔設(shè)置在內(nèi)主梁和外主梁上端。斜分配梁組設(shè)置在既有墩柱和新設(shè)墩柱四周，斜分配梁組包括多個(gè)形成棱形的斜分配梁，一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與分配梁轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端與外主梁或內(nèi)主梁連接。蓋梁底模設(shè)置在分配梁上端，并沿新設(shè)墩柱和既有墩柱排列方向延伸，蓋梁澆筑在蓋梁底模上。

3.1 橫向分配梁

橫向分配梁采用工字鋼I16，布置間距不大于700mm，每根工字鋼長(zhǎng)5.2m，單側(cè)伸出蓋梁外側(cè)1m作為工作平臺(tái)[1]。

3.2 縱向主橫梁

主橫梁采用工字鋼I63b，長(zhǎng)度12m，主橫梁在中間兩根柱子（即有墩柱）上對(duì)插，外側(cè)主橫梁伸入跨中不小于3.1m，在內(nèi)主梁和外主梁上端間隔設(shè)置多個(gè)分配梁，分配梁垂直于內(nèi)主梁延伸方向，在既有墩柱和新設(shè)墩柱四周均設(shè)置斜分配梁組，斜分配梁組包括多個(gè)形成棱形的斜分配梁，一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與分配梁轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端與外主梁或者內(nèi)主梁連接。橫梁下方的中間既有墩柱用100t 螺旋千斤頂調(diào)節(jié)高度，外側(cè)新澆筑墩柱用50t 螺旋千斤頂調(diào)節(jié)高度，如圖2和圖3所示。

圖2 蓋梁支架立面圖

圖3 蓋梁支架俯視圖

3.3 抱箍

在兩根既有墩柱排列方向的外側(cè)新設(shè)置兩根墩柱，新設(shè)墩柱與既有墩柱間隔布置，且新設(shè)墩柱直徑大于既有墩柱。在既有墩柱上設(shè)置大鋼抱箍，在新設(shè)墩柱上設(shè)置小鋼抱箍。新設(shè)墩柱采用單層抱箍，既有墩柱采用雙層抱箍，每層高50cm，縱梁與抱箍間設(shè)置千斤頂，抱箍采用兩塊半圓弧型鋼板制成，設(shè)置加勁板，采用高強(qiáng)螺栓連接。為了提高墩柱與抱箍間的摩擦力，同時(shí)對(duì)墩柱混凝土面進(jìn)行保護(hù)。

4 支架施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程如下：設(shè)計(jì)并加工抱箍—吊機(jī)、駁船配合人工安裝抱箍—安裝高度調(diào)節(jié)裝置—安放工字鋼主橫梁—鋪設(shè)橫向分配梁、斜分配梁組—安裝蓋梁底模板—支架預(yù)壓—混凝土澆筑—拆除側(cè)模板—養(yǎng)護(hù)—預(yù)應(yīng)力張拉、孔道壓漿、封錨—拆除底模板及支架。

4.2 施工操作要點(diǎn)

第一，抱箍安裝好后，應(yīng)檢查高強(qiáng)螺栓連接是否擰緊，加勁板處連接處要確保留有一定的間隙，在抱箍的底部做好記號(hào)，并在抱箍承受荷載后觀測(cè)其是否下沉。為了提高墩柱與抱箍間的摩擦力，并對(duì)墩柱混凝土面進(jìn)行保護(hù)，在墩柱與抱箍之間設(shè)置一層5mm厚的橡膠墊[2]。為確保舊橋墩質(zhì)量安全，抱箍前須對(duì)墩柱混凝土強(qiáng)度進(jìn)行回彈試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后方可進(jìn)行抱箍施工。

第二，高度調(diào)節(jié)裝置安裝時(shí)要調(diào)整好標(biāo)高，并安裝限位裝置，以防側(cè)滑。高度調(diào)節(jié)裝置上端的加強(qiáng)鋼板滿焊連接，加強(qiáng)鋼板呈水平方向。

第三，使用電動(dòng)葫蘆吊裝主橫梁時(shí)要注意觀察上方舊橋橫隔板位置是否出現(xiàn)裂縫，一旦觀察發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)停止吊裝，分析原因并制定相應(yīng)措施后再繼續(xù)施工。內(nèi)外主梁之間設(shè)置的拉條在連接固定時(shí)要確保墊片與主梁緊密貼合。

第四，支架拆除要按照“先支后拆、后支先拆”的原則，依次拆除蓋梁底模、分配梁、斜分配梁、外主梁、內(nèi)主梁、小鋼抱箍、大鋼抱箍[3]。

5 支架預(yù)壓方案及預(yù)壓監(jiān)測(cè)

為保證蓋梁施工時(shí)支架穩(wěn)定安全，消除支架的不可逆變形，需準(zhǔn)確測(cè)出支架的彈性變形量，事先對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓。預(yù)壓按平臺(tái)使用時(shí)各荷載重量分布情況進(jìn)行分配荷載，加載重量按設(shè)計(jì)最大荷載的1.2 倍計(jì)算。如圖4所示。

圖4 蓋梁支架預(yù)壓立面圖

5.1 預(yù)壓方案

預(yù)壓采用工字鋼I36 鋪設(shè)在蓋梁底模頂部，P426×8mm 鋼管置于工字鋼I36 上方，中間設(shè)置1cm加強(qiáng)鋼板焊接連接，千斤頂置于鋼管與舊蓋梁之間，根據(jù)編號(hào)將各千斤頂安裝于加載位置，中間由6 個(gè)千斤頂頂住鋼板150cm×210cm×0.5cm 緊密貼合連接，外側(cè)由6 個(gè)千斤頂頂住三角碶形塊緊密貼合連接。

對(duì)新設(shè)預(yù)應(yīng)力蓋梁的現(xiàn)澆過(guò)程進(jìn)行推演，并進(jìn)行分階段荷載加載，驗(yàn)證并得出其承載能力。預(yù)壓達(dá)到預(yù)設(shè)計(jì)的要求時(shí)，開(kāi)始進(jìn)入沉降觀測(cè)期，觀測(cè)期以相鄰兩次觀測(cè)值不超過(guò)2mm 為止。荷載按新設(shè)預(yù)應(yīng)力蓋梁跨中混凝土重量的60%、80%、100%、110%、120%的順序逐階段加載，并進(jìn)行不間斷觀測(cè)。當(dāng)加載至新設(shè)預(yù)應(yīng)力蓋梁跨中混凝土重量的120%荷載后，于6h、12h、24h 分別觀測(cè)一次。前后兩次觀測(cè)支架沉落量不大于2mm 后，方可卸載。

5.2 預(yù)壓監(jiān)測(cè)

支架安裝完成后，在預(yù)壓試驗(yàn)開(kāi)始前，分別在新設(shè)預(yù)應(yīng)力蓋梁底模順橋方向設(shè)置前后兩排觀測(cè)點(diǎn)，橫橋方向在新設(shè)預(yù)應(yīng)力蓋梁底模中心線處、1L/4 處、3L/4 處及支架左右邊緣位置設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)。其中，支架左右邊緣位置在工字鋼上使用水準(zhǔn)儀測(cè)量，新設(shè)預(yù)應(yīng)力蓋梁底模中心線處、1L/4 處、3L/4 處的位置采用鋼絲吊鉛錘的方法進(jìn)行測(cè)量。

觀測(cè)加載前各觀測(cè)點(diǎn)初始狀態(tài)，并收集基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在加載過(guò)程中，為避免加載速度過(guò)快造成支架整體受力不均勻，最終出現(xiàn)支架垮塌的問(wèn)題，荷載分五個(gè)階段施加，第一個(gè)階段荷載加至新設(shè)預(yù)應(yīng)力蓋梁跨中混凝土重量的60%，第二個(gè)階段荷載加至新設(shè)預(yù)應(yīng)力蓋梁跨中混凝土重量的80%，第三個(gè)階段荷載加至新設(shè)預(yù)應(yīng)力蓋梁跨中混凝土重量的100%，第四個(gè)階段荷載加至新設(shè)預(yù)應(yīng)力蓋梁跨中混凝土重量的110%，第五個(gè)階段荷載加至新設(shè)預(yù)應(yīng)力蓋梁跨中混凝土重量的120%。觀測(cè)五個(gè)階段的變形情況，并與設(shè)計(jì)值對(duì)比。當(dāng)實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值相差較大時(shí)，應(yīng)分析原因并制定相應(yīng)措施后再進(jìn)行下一階段的荷載加載。加載完成后，要持續(xù)觀測(cè)24h，直到支架的變形持續(xù)穩(wěn)定、沉降量不超過(guò)2mm 后，觀測(cè)并記錄各測(cè)點(diǎn)的最終標(biāo)高，然后進(jìn)行卸載。卸載分兩個(gè)階段，第一階段卸載至新設(shè)預(yù)應(yīng)力蓋梁跨中混凝土重量的50%，第二階段卸載至新設(shè)預(yù)應(yīng)力蓋梁跨中混凝土重量的0%，并精確測(cè)出最終卸載后支架各測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高，為支架預(yù)拱度調(diào)整提供依據(jù)。

5.3 預(yù)壓效果

收集整理卸載后的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，支架體系中新設(shè)預(yù)應(yīng)力蓋梁底模彈性變形為2mm，非彈性變形為1mm，抱箍沉降2 次差值小于1mm，均符合設(shè)計(jì)要求，預(yù)壓達(dá)到了預(yù)計(jì)效果，具有可行性。

6 結(jié)語(yǔ)

在已完成的10 個(gè)新設(shè)預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁的加固施工過(guò)程中，采用抱箍結(jié)合工鋼支架的施工工藝，工鋼內(nèi)主梁與外主梁錯(cuò)位布置，解決了橋下凈空高度不足的問(wèn)題，且布設(shè)方便，可適用于不同的地形及海上、地質(zhì)條件差的工況。相較于其他施工方法，該施工工藝提升了施工效率，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件及外觀無(wú)任何破壞，工藝簡(jiǎn)單、實(shí)用、高效，是一種可以廣泛應(yīng)用的施工工藝。