橋梁建設(shè)中的大體積混凝土承臺(tái)支架懸空施工技術(shù)研究

郭皓

（中建路橋集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000）

1 工程概況

某橋梁左線跨徑組合為30m+30m+30m+30m+90m+170m+90m+30m×10，總長約780.7m，右線跨徑組合為 30m+30m+30m+30m+30m+90m+170m+90m+30m×9，總長與左線相同。橋面的單幅寬度為12.25m，上部結(jié)構(gòu)采用連續(xù)剛構(gòu)箱梁，為三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)為雙肢薄壁墩，截面為矩形，所有主墩的墩高均超過83m，最高可以達(dá)到94m，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑2.8m。該橋梁單個(gè)承臺(tái)的總澆筑數(shù)量可以達(dá)到1 280m3，屬于典型的大體積混凝土，主墩承臺(tái)共有4 個(gè)，其中3 個(gè)局部懸空。由于橋梁所在位置的地勢相對(duì)險(xiǎn)峻，沒有可實(shí)現(xiàn)直接通行的條件，因此施工所需材料及設(shè)備都需要從臨時(shí)便道運(yùn)輸。懸空承臺(tái)施工是該橋梁建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也是施工難度和風(fēng)險(xiǎn)均較大的環(huán)節(jié)，因此必須引起相關(guān)人員的高度重視，需通過嚴(yán)格的比選確定適宜的施工方法。

2 方案比選

橋梁懸空承臺(tái)施工的常用方法為通過片石補(bǔ)填及混凝土澆筑提供持力點(diǎn)，在條件允許的情況下也可借助鋼管支架提供持力點(diǎn)。該橋梁懸空承臺(tái)的位置為懸崖峭壁的邊緣處，如果采用以上方法進(jìn)行施工，不僅工程量大，難度也極高，不具備搭設(shè)人工操作平臺(tái)的條件，安全形勢十分嚴(yán)峻。對(duì)此，通過現(xiàn)場實(shí)地考察，決定采用以下施工方法：先在樁身中埋設(shè)牛腿，然后采用型鋼設(shè)置支架，該施工方法可省去操作平臺(tái)，能為施工安全提供良好的保障，并減少混凝土及片石施工方面的成本。在模板加固時(shí)使用的槽鋼，在承臺(tái)施工結(jié)束后可直接用于對(duì)墩身模板進(jìn)行加固，在箱梁掛籃施工中通過適當(dāng)?shù)男薷囊部捎糜诩庸滔淞耗０?，使材料得到最大限度地利用，大幅降低了施工成本[1]。

3 施工技術(shù)

3.1 基坑開挖

在橋梁樁基施工完成且經(jīng)檢測確認(rèn)合格后，根據(jù)現(xiàn)場測放結(jié)果開挖承臺(tái)基坑，并按照設(shè)計(jì)要求做好樁頭處理?？紤]到承臺(tái)基坑面積相對(duì)較大，且在開挖施工時(shí)基坑底部必然不平整，應(yīng)先澆筑一層厚度在3～15cm 范圍內(nèi)的混凝土，將其作為墊層，所用混凝土的強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)達(dá)到C20 級(jí)以上，墊層的厚度以達(dá)到標(biāo)高要求為準(zhǔn)確定和控制。另外，在承臺(tái)處懸空部位還應(yīng)利用鋼板或者是竹膠板作為底部模板，完成底部模板設(shè)置后，其標(biāo)高應(yīng)和承臺(tái)底部的設(shè)計(jì)標(biāo)高達(dá)到完全一致[2]。

3.2 支架設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

在臨空面外側(cè)與兩個(gè)樁身的之間進(jìn)行擋墻砌筑，并在墻內(nèi)填筑廢渣，然后澆筑一層15cm 厚混凝土，將其作為底模，為后續(xù)施工做準(zhǔn)備。在臨空面外側(cè)的樁身上埋設(shè)牛腿，樁身內(nèi)部牛腿需選用40b 工字鋼，共埋設(shè)3 根，與橋梁中心線相靠近的內(nèi)側(cè)將2 根牛腿并到一起。將工字鋼埋設(shè)好后，在其后面利用鋼筋進(jìn)行錨固處理，錨固鋼筋的長度不能小于其直徑的35倍。具體的埋設(shè)高度按照與樁身頂部設(shè)計(jì)標(biāo)高相距1m 的要求控制，埋深需達(dá)到1.8m，埋設(shè)完成后還應(yīng)有0.6m 的外露。橫梁選用63a 工字鋼，將2 根并到一起。橫梁的上部設(shè)置20 槽鋼，將其作為縱向分配梁，每道分配梁由2根槽鋼合并而成，間隔距離按40cm控制，槽鋼應(yīng)進(jìn)入到擋墻內(nèi)至少1m[3]。63a 工字鋼和20槽鋼之間通過點(diǎn)焊相連，為63a工字鋼提供橫向約束，避免63a 工字鋼沿水平方向產(chǎn)生彎曲導(dǎo)致支架發(fā)生傾覆。完成以上步驟后，選用方木設(shè)置橫向分配梁，按照30cm 的間隔距離設(shè)置，并在頂部鋪設(shè)一層厚度為1cm 的竹膠板，將其作為底部模板。承臺(tái)的混凝土澆筑需分為兩次進(jìn)行，每次澆筑2m，在支架驗(yàn)算過程中，混凝土的實(shí)際澆筑高度需為2m，這是由于第二次澆筑過程中，前一次澆筑完成的混凝土還無法承受承臺(tái)自重。

荷載計(jì)算過程中，荷載取值為：混凝土荷載確定為25kN/m3；施工荷載確定為2kN/m3；混凝土澆筑時(shí)的沖擊荷載確定為2kN/m3；混凝土振搗過程中的荷載確定為2kN/m3；槽鋼、模板與方木的重量確定為2kN/m3。從槽鋼的受力計(jì)算結(jié)果可看出，其最大彎矩為6.26kN·m，當(dāng)截面模量取178m3，經(jīng)計(jì)算可得最大彎拉應(yīng)力為17.6MPa，這一數(shù)值小于最大容許值（145MPa），可以達(dá)到要求。根據(jù)槽鋼計(jì)算模式，其最大剪力產(chǎn)生于支座，數(shù)值為16.64kN。若單根槽鋼腹板面積取28.23cm2，則經(jīng)計(jì)算可得腹板中剪應(yīng)力為2.9MPa，這一數(shù)值小于最大容許值（85MPa），可以達(dá)到要求。

對(duì)于63a 工字鋼，若忽略槽鋼受力，且懸空處寬度為1.1m 的部分均由該工字鋼承擔(dān)，則荷載共計(jì)63.8kN/m，具體包括混凝土與模板自重、施工荷載及混凝土澆筑與振搗時(shí)的荷載。工字鋼的最大彎矩等于443.38kN·m，據(jù)此經(jīng)計(jì)算可得其最大正應(yīng)力為74.4MPa，這一數(shù)值小于最大容許值（145MPa），可以達(dá)到要求。工字鋼的最大剪力為306.3kN，據(jù)此計(jì)算可得其最大剪應(yīng)力為21.7MPa，這一數(shù)值小于最大容許值（85MPa），可以達(dá)到要求。

從上述計(jì)算結(jié)果可以看出，支點(diǎn)受到的支撐力屬于拉力，這與實(shí)際情況并不相符，可假設(shè)樁身內(nèi)部的預(yù)埋件，其受到的最大支撐力為橫梁受到的總荷載的一半，數(shù)值為510.4kN。牛腿的最大彎矩為306.2kN·m，據(jù)此經(jīng)計(jì)算可得其最大彎拉應(yīng)力為134.4MPa，這一數(shù)值小于最大容許值（145MPa），故可以達(dá)到要求。經(jīng)計(jì)算可得牛腿的最大剪應(yīng)力為31.3MPa，這一數(shù)值也小于最大容許值（85MPa），故可以達(dá)到要求。樁身內(nèi)部工字鋼通過鋼筋錨固，若其所有拉力均由后錨鋼筋來承擔(dān)，則經(jīng)計(jì)算可得后錨鋼筋受到的拉力等于170.1kN，由于后錨固點(diǎn)設(shè)有螺紋鋼筋，故鋼筋拉應(yīng)力為46.05MPa， 這一數(shù)值小于最大容許值（145MPa），可達(dá)到要求。前支點(diǎn)鋼筋受到的壓應(yīng)力為680.5kN，以螺紋鋼筋作為承壓鋼筋，其壓應(yīng)力為141.1MPa，這一數(shù)值也小于最大容許值（145MPa），同樣可達(dá)到要求。

3.3 混凝土澆筑

選擇質(zhì)量合格且性能滿足要求的原材料，并對(duì)混凝土的配合比予以優(yōu)化。其中，粗骨料以有良好級(jí)配的碎石為主，其針片狀顆粒的實(shí)際含量不能超過15%，同時(shí)含泥量不能超過1%；細(xì)集料以質(zhì)量合格的中粗砂為主，其石粉含量不能超過3%。在配合比設(shè)計(jì)過程中，還可摻入一定量的外摻劑，如粉煤灰與減水劑等，用于減小水灰比，即縮減水泥的用量，以免產(chǎn)生太高的水化熱，這對(duì)大體積混凝土而言是十分重要的[4]。最終將混凝土的配合比確定如下：水∶水泥∶砂∶碎石∶外加劑∶粉煤灰=0.507∶1∶2.25∶2.97∶0.01∶0.20。

為防止?jié)仓r(shí)出現(xiàn)冷縫，開工前應(yīng)做好施工組織，確?；炷涟柚?、運(yùn)輸及澆筑振搗之間達(dá)到充分協(xié)調(diào)，以加快澆筑速度，并保證澆筑施工的連續(xù)性，防止中途停頓。

在混凝土中設(shè)置冷卻管，然后通過水循環(huán)降溫，能起到降低混凝土內(nèi)外溫度差的作用。冷卻管采用內(nèi)徑為40mm 的薄壁鋼管，其壁厚不能超過2.5mm。承臺(tái)時(shí)，冷卻管沿水平方向布置，相鄰兩層水管之間的距離按1m 控制，設(shè)置層數(shù)不能少于3 層[5]。冷卻水的進(jìn)水管口需設(shè)置在承臺(tái)其中一側(cè)的中心線上，而出水管口需設(shè)置在承臺(tái)另外一側(cè)的邊沿處，在每層水管處都要設(shè)置進(jìn)出水口。冷卻管的布置必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。將冷卻管布置完成，開始水循環(huán)時(shí)，從澆筑開始到完畢整個(gè)過程應(yīng)連續(xù)注水，且進(jìn)出水口溫度差不能超過6℃。通過在蓄水池中使用溫度儀來測定水源溫度能否達(dá)到要求，若水溫很高，應(yīng)通過添加冰塊的方式降溫。另外，在冷卻管的出水口處也應(yīng)設(shè)置一個(gè)溫度儀，用于隨時(shí)對(duì)水溫進(jìn)行測定和對(duì)比，若實(shí)測水溫?cái)?shù)值超過規(guī)定范圍，則應(yīng)適當(dāng)增加通水?dāng)?shù)量。為實(shí)現(xiàn)對(duì)通水?dāng)?shù)量的精準(zhǔn)控制，需在冷卻管的進(jìn)水口處設(shè)置調(diào)節(jié)閥。

為避免承臺(tái)2 次澆筑過程中之前澆筑的部分由于懸空處的支架產(chǎn)生不均勻沉降導(dǎo)致被拉裂，需在懸空的交接部位于首次澆筑完成的混凝土頂部下方10m 增設(shè)負(fù)彎矩鋼筋，按15cm 的間隔距離布置，單根負(fù)彎矩筋的長度為3m，沿承臺(tái)橫向?qū)⒄麄€(gè)承臺(tái)布滿。

為防止混凝土產(chǎn)生溫度與干縮裂縫，需在澆筑結(jié)束后立即覆蓋一層麻草袋，并進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，減緩溫度降低的速度，防止混凝土內(nèi)外部產(chǎn)生過大的溫差。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)借助溫度傳感器實(shí)施全程測溫，根據(jù)測溫結(jié)果對(duì)保溫養(yǎng)護(hù)措施進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確保混凝土的內(nèi)外部溫差始終不超過25℃。

4 結(jié)語

綜上所述，懸空承臺(tái)對(duì)支架及相關(guān)施工技術(shù)都有較高要求。目前，該橋梁懸空承臺(tái)施工已經(jīng)順利完成，不僅過程順利，而且質(zhì)量合格、安全穩(wěn)定，表明以上搭設(shè)支架作為承臺(tái)持力點(diǎn)的施工方法合理可行，可供此類橋梁工程參考借鑒。