五里大橋0#塊托架設(shè)計(jì)及施工應(yīng)用分析

鄧斌 韋權(quán) 程怡

【摘要：】為了使連續(xù)梁橋0#塊施工更加便捷可靠，文章結(jié)合廣西永福（廣福）至三皇公路五里大橋1#、2#墩0#塊施工實(shí)踐，通過(guò)采用Midas Civil軟件進(jìn)行有限元分析，提出采用型鋼、貝雷梁作為0#塊支承體系，大鋼管作為臨時(shí)墩臨時(shí)固結(jié)，合理設(shè)置結(jié)構(gòu)體系，將整個(gè)支架支承于剛性承臺(tái)之上的操作要點(diǎn)，避免了支架的不均勻沉降，節(jié)省了大量人力物力，加快了施工進(jìn)度并創(chuàng)造了效益。

【關(guān)鍵詞：】0#塊托架;臨時(shí)固結(jié);預(yù)壓

U445.4A321044

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，公路建設(shè)不斷發(fā)展，而橋梁建設(shè)是公路建設(shè)中重要組成部分，也是連接河流兩岸的重要構(gòu)筑物，目前我國(guó)橋梁建設(shè)水平已躍居世界前列。連續(xù)梁橋0#塊施工是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工程，需要做臨時(shí)支撐、托架預(yù)壓。本文以廣西永福（廣福）至三皇公路五里大橋1#、2#墩0#塊施工實(shí)踐為例，研究預(yù)應(yīng)力混凝土變高度連續(xù)梁0#塊施工的托架設(shè)計(jì)參數(shù)、施工方法及要點(diǎn)，可為后續(xù)同類橋梁施工建設(shè)提供借鑒。

1 工程概況

五里大橋設(shè)計(jì)橋型為（78+145+78）m預(yù)應(yīng)力混凝土變高度連續(xù)梁。橋長(zhǎng)309 m，橋面按單幅布置，總寬9.5 m。主橋上構(gòu)采用掛籃懸臂澆筑法施工，主墩水中樁基承臺(tái)采用筑島圍堰施工。

五里大橋共有2個(gè)0#塊，分別位于1#、2#墩。0#塊尺寸為：頂寬9.5 m，翼板長(zhǎng)1.75 m，底寬6 m，高9 m，順橋向長(zhǎng)13 m，懸出墩身部分每側(cè)長(zhǎng)5 m，1#、2#墩墩身高度分別為7.5 m、6.5 m，0#塊體積為446.7 m 總重1 185.2 t，懸出墩身部分單側(cè)體積為142.23 m 重376.9 t。

2 托架設(shè)計(jì)

2.1 托架設(shè)計(jì)思路

0#塊分兩層澆筑，第一層0#塊底板及腹板澆筑4 m高度的混凝土。第二層混凝土先澆筑腹板、而后是頂板、翼板。不留垂直施工縫。主要承重結(jié)構(gòu)為組合型鋼牛腿支架。在承臺(tái)上設(shè)置型鋼支架，采用32a工字鋼對(duì)焊支撐，單面設(shè)置三個(gè)支撐排架，上弦采用56a工字鋼做橫梁，靠外側(cè)兩邊工字鋼與另一側(cè)連接，墩身不再預(yù)埋鋼板或工字鋼，中間立柱利用臨時(shí)固結(jié)體系的鋼管柱，支撐架間及支架和橫梁之間采用16槽鋼連接，保證支架的整體穩(wěn)定。在56a工字鋼上橫向布設(shè)7榀貝雷桁梁，貝雷片間隔為（60+60+120+60+60+60+60）cm。第三榀和第四榀貝雷片間有臨時(shí)固結(jié)鋼管柱阻隔，為保證上部托架受力均勻，在鋼管柱間加焊32a工字鋼，頂面與貝雷片頂平齊。0#塊托架順橋向和橫橋向立面見(jiàn)圖2、圖3。支架設(shè)計(jì)考慮三個(gè)方面的內(nèi)容：

（1）支架的安全性，包括支架本身的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，也包括施工作業(yè)人員安全和材料設(shè)備的安全。

（2）施工方便，可操作性強(qiáng)，各項(xiàng)施工內(nèi)容明了、直接，各項(xiàng)數(shù)值盡量采用易記的數(shù)字，材料采用市場(chǎng)購(gòu)買的通用材料。

（3）經(jīng)濟(jì)合理，即盡量少買新材料，從已有材料中組合搭配，即使需要用到新材料，也要考慮材料回收問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用。

2.2 有限元分析驗(yàn)算

采用Midas Civil軟件對(duì)0#塊托架進(jìn)行有限元分析。有限元模型如圖4所示。組合型鋼牛腿支架中的構(gòu)件立柱、斜柱、斜撐、橫梁，貝雷片中的上弦桿、下弦桿、腹桿、支撐架，以及底摸支架和臨時(shí)支撐鋼護(hù)筒采用梁?jiǎn)卧M;模板面板及模板豎肋采用板單元模擬;模板橫肋采用梁?jiǎn)卧M。橫梁與貝雷片采用一般彈性連接;貝雷片與底模支架采用一般彈性連接;模板豎肋和底模支架一般彈性連接。立柱、斜柱和臨時(shí)支撐鋼護(hù)筒底部支墊處采用一般支承邊界條件進(jìn)行約束。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況，0#塊托架在工作期間主要受到的荷載有腹板混凝土重、底板混凝土重、頂板混凝土重、翼緣板混凝土重、箱梁內(nèi)的支架重、箱梁內(nèi)的模板重、翼緣板下的支架重、翼緣板底模和腹板外側(cè)模重、施工人群和機(jī)械荷載及其動(dòng)力荷載、傾倒混凝土的沖擊荷載、振搗混凝土的機(jī)械動(dòng)力荷載、托架材料的自重等。

計(jì)算兩種荷載工況：

（1）第一次混凝土澆筑工況為荷載組合1：1.2托架自重+1.2底板混凝土自重+1.2腹板（4 m高度）混凝土自重+1.4施工機(jī)具人員荷載+1.4振搗混凝土荷載。

（2）第二次混凝土澆筑工況為荷載組合2：1.2托架自重+1.2底板混凝土自重+1.2腹板（全部）混凝土自重+1.2頂板混凝土自重+1.2翼板混凝土自重+1.4施工機(jī)具人員荷載+1.4振搗混凝土荷載。

提取最不利的工況0#塊托架各構(gòu)件受力驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表1。

對(duì)托架模型的第二次混凝土澆筑進(jìn)行屈曲分析。屈曲分析荷載組合為：不變荷載[托架自重+1.2底板混凝土自重+1.2腹板（全部）混凝土自重+1.2頂板混凝土自重+1.2翼板混凝土自重]+可變荷載（1.4施工機(jī)具人員荷載+1.4振搗混凝土荷載）。由計(jì)算結(jié)果可知，屈曲模態(tài)1特征值為12.26，大于經(jīng)驗(yàn)值4，托架結(jié)構(gòu)在最不利工況下屈曲分析穩(wěn)定性滿足要求。托架屈曲分析模態(tài)1見(jiàn)下頁(yè)圖5。

3 0#塊施工工藝流程及主要操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

承臺(tái)、墩身施工設(shè)置好各種預(yù)埋件→安裝臨時(shí)支撐鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒內(nèi)澆筑混凝土→安裝牛腿→牛腿預(yù)壓→托架拼裝搭設(shè)（工字鋼）→型鋼、底模板鋪設(shè)→支架預(yù)壓、調(diào)整底模標(biāo)高→底板、腹板、橫隔板鋼筋綁扎→預(yù)埋楔形塊上鋼板→外模板安裝，封頭、部分內(nèi)模板安裝→第一次混凝土澆筑→養(yǎng)生→頂面混凝土鑿毛并清理干凈→內(nèi)模板安裝及封頭模板安裝→頂板鋼筋綁扎→縱、橫、豎向預(yù)應(yīng)力筋及管道定位→第二次混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)生及梁端鑿毛→內(nèi)、外模板拆除→預(yù)應(yīng)力施工（包括穿束、張拉、壓漿）→底模拆除→卸下支架橫梁→拆除橫梁、牛腿→安裝楔形塊、楔形塊灌砂→準(zhǔn)備安裝掛籃。

3.2 主要操作要點(diǎn)

（1）臨時(shí)固結(jié)體系74E84B52-77D2-44D7-A66C-1BCDE3321CD9

臨時(shí)固結(jié)體系是保證本橋懸臂施工安全度及懸臂穩(wěn)定的重要措施。連續(xù)梁設(shè)計(jì)方案采用掛籃懸臂澆筑施工工法，為防止掛籃懸臂澆筑過(guò)程中T構(gòu)發(fā)生傾覆，施工前應(yīng)將T構(gòu)與墩身進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)。因此，本橋連續(xù)梁主墩1#、2#墩兩處T構(gòu)需要進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)。墩梁臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)方案為：在橋墩墩頂上設(shè)置長(zhǎng)590 cm×寬50 cm的C50臨時(shí)支座，臨時(shí)支座一次澆筑，共布設(shè)5層鋼筋網(wǎng)，在鋼管中心順橋方向距墩邊2.5 m處設(shè)1 000 mm×16 mm支撐鋼管，每側(cè)布置3條，橫向位置為鋼管中心距墩邊為1.2 m，支撐鋼管落于承臺(tái)內(nèi)，支撐管內(nèi)設(shè)置精軋螺紋鋼，組成臨時(shí)支撐體系。精軋螺紋鋼一端錨具在承臺(tái)內(nèi)（預(yù)埋錨具、波紋管、螺旋筋），埋深為3.5 m，另一端在箱梁底板張拉錨固。梁底設(shè)錨固C55混凝土塊，錨下設(shè)置4層10 cm×10 cm鋼筋網(wǎng)片，層間距為6 cm。從承臺(tái)頂至0#塊底全高布置，鋼管支撐柱布置在墩外，上端支頂于箱梁底板下，鋼管下端與法蘭盤(pán)采取四周滿焊，沿圓周方向加焊8道加勁板。箱梁與支撐鋼管間用砂桶連接，箱梁底部預(yù)埋法蘭盤(pán)與砂桶連接，支撐鋼管內(nèi)灌注C55混凝土，砂桶與支撐鋼管間灌注20 cm硫磺砂漿。臨時(shí)支撐鋼管橫橋向立面圖見(jiàn)圖6，臨時(shí)支座大樣圖見(jiàn)圖7。

（2）托架安裝

托架安裝前，對(duì)預(yù)埋件須用測(cè)量?jī)x器進(jìn)行跟蹤測(cè)量，保證牛腿頂面為同一水平面。安裝從下往上，必須先做好臨時(shí)固定措施。貝雷片先在場(chǎng)地平臺(tái)上拼裝好2組桁梁，2榀一組裝好后重量為2 400 kg，用吊車吊到預(yù)埋牛腿上，再將兩組連接成整體。安裝就位后，在牛腿上用U型扣件扣緊，做好臨時(shí)固定。

（3）托架預(yù)壓

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工特點(diǎn)，為優(yōu)化預(yù)壓工藝，0#塊托架預(yù)壓采取在承臺(tái)埋設(shè)精軋螺紋鋼扁擔(dān)梁反拉，在支撐牛腿上方設(shè)置反拉扁擔(dān)梁，主要針對(duì)托架牛腿進(jìn)行預(yù)壓，并根據(jù)托架整體施載情況下牛腿反力進(jìn)行模擬加載，查看其支撐穩(wěn)定性。反拉扁擔(dān)梁采用雙拼][28槽鋼，托架采用在承臺(tái)預(yù)埋的JL32精軋螺紋鋼接長(zhǎng)至托架上，并施加荷載。相鄰的兩榀牛腿一起預(yù)壓，通過(guò)4根精軋螺紋鋼張拉，每根螺紋鋼采用100 t千斤頂進(jìn)行張拉。預(yù)壓張拉時(shí)應(yīng)兩側(cè)同時(shí)張拉，每根螺紋鋼張拉控制力為40 t，分3級(jí)加載，即50%、90%、110%加載。加載達(dá)到設(shè)計(jì)荷載后，持荷48 h，檢查最終的撓度，與設(shè)計(jì)撓度對(duì)比，合格后分級(jí)卸載。

（4）模板、鋼筋及波紋管安裝

端模與堵頭模是保證0#塊梁段端部和孔道達(dá)到成形要求的關(guān)鍵。堵頭板采用鋼板加工，堵頭板的預(yù)應(yīng)力管道位置開(kāi)孔須認(rèn)真反復(fù)核對(duì)，保證無(wú)誤。外側(cè)模、內(nèi)模以及端頭模間用拉桿螺栓聯(lián)結(jié)并用鋼管做內(nèi)撐，防止模板變形和移位。模板安裝按設(shè)計(jì)要求調(diào)整縱坡及橫坡，成型后模板的整體、局部強(qiáng)度和剛度應(yīng)滿足安全要求，其允許撓度及變形誤差應(yīng)符合規(guī)定，外形尺寸準(zhǔn)確，模板面平整光潔，裝拆操作安全方便。

鋼筋安裝時(shí)注意保護(hù)層的厚度，用墊塊進(jìn)行支墊。鋼筋綁扎過(guò)程中，應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙定好波紋管位置，如波紋管位置與鋼筋沖突，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整鋼筋位置。波紋管接頭應(yīng)密實(shí)，防止?jié)仓^(guò)程中混凝土進(jìn)入波紋管造成堵塞。

（5）混凝土澆筑

0#塊混凝土用混凝土輸送泵機(jī)泵送澆注，澆筑順序?yàn)椋旱谝粚訚仓?#塊底板及腹板4 m高度的混凝土。第二層先澆筑腹板的混凝土后澆筑頂板、翼板的混凝土?；炷琳駬v采用50式、70式插入式振動(dòng)器，對(duì)波紋管較密處進(jìn)行重點(diǎn)振搗。混凝土可摻適量外加劑，使混凝土初凝時(shí)間延長(zhǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

0#塊在橋梁施工中是一個(gè)十分關(guān)鍵的部位，通過(guò)采用型鋼、貝雷梁等常用構(gòu)件作為支撐體系，采用有限元分析計(jì)算模型驗(yàn)算，對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工的結(jié)構(gòu)變形，分析得出有限元模型的結(jié)構(gòu)變形與實(shí)際施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)變形相差不大，驗(yàn)證了計(jì)算的可靠性。

0#塊托架懸臂部分采用型鋼斜撐支頂，避免了常規(guī)滿堂支架部分落于承臺(tái)之外、部分落在承臺(tái)上的不均勻沉降問(wèn)題。型鋼支架整體支承于承臺(tái)上，承臺(tái)作為剛性基礎(chǔ)，且計(jì)算模型可靠，后期此類剛性基礎(chǔ)支架可不采用預(yù)壓，從而節(jié)省大量人力物力，加快施工進(jìn)度。

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