鋼抱箍支撐系統(tǒng)在長江高樁碼頭現(xiàn)澆混凝土梁板結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

楊 中 委, 劉 英, 徐 湫 釗

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610213)

1 概 述

南京江北新區(qū)長江岸線濕地保護與環(huán)境提升一期工程緊鄰長江,主要包括三個部分:長江岸線安全修復(fù)工程、環(huán)境生態(tài)保護工程和環(huán)境生態(tài)提升工程。其中宏波碼頭平臺位于K0+600～K0+850路堤靠長江一側(cè)。

宏波碼頭新增的平臺分為3塊:1號、3號平臺設(shè)置種植池,相對于常規(guī)區(qū)域局部下沉0.6 m; 2號平臺設(shè)置種植池及水池,相對于常規(guī)區(qū)域局部下沉1 m。形成整體后的宏波碼頭平臺順?biāo)飨虻拈L度約為120 m,垂直水流的長度為92 m。

1號、3號平臺上部采用混凝土梁板結(jié)構(gòu)。對于常規(guī)區(qū)域,其縱、分配梁斷面尺寸均采用50 cm×50 cm(寬×高),縱梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑為8 m,分配梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑為6 m,面板厚25 cm。下沉0.6 m的種植池區(qū)域縱、分配梁標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸采用50 cm×60 cm(寬×高),位于平臺內(nèi)部的邊縱、分配梁并兼作側(cè)墻,斷面尺寸采用50 cm×120 cm(寬×高), 縱梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑為8 m,分配梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑為6 m,面板厚度為30 cm。

2號平臺的上部結(jié)構(gòu)采用混凝土梁板結(jié)構(gòu),常規(guī)區(qū)域縱、分配梁的斷面尺寸均采用50 cm×50 cm(寬×高)。對于下沉1 m的種植池/水池區(qū)域,其縱、分配梁標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸采用60 cm×80 cm(寬×高),位于平臺內(nèi)部的邊縱、分配梁兼作側(cè)墻,斷面尺寸采用60 cm×180 cm(寬×高),縱梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑為8 m,分配梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑為6 m,面板厚30 cm。

2 支撐體系方案的選擇

宏波碼頭平臺位于長江下游南京段非常重要的水路通道上,屬于二級水源保護地,對于環(huán)保的要求較高。根據(jù)進度要求,該平臺規(guī)劃在該年9～10月完成整體澆筑。施工期間正處于長江汛期向枯水期過渡階段,需持續(xù)在高水位施工條件下進行,陡漲陡落現(xiàn)象常見,水位變化復(fù)雜。

因此,該項目支撐體系選擇的重點在于,對高水位條件下其上部現(xiàn)澆混凝土梁板結(jié)構(gòu)部分支撐體系的選擇,且其還涉及到解決施工中遇到的環(huán)保及技術(shù)難題。根據(jù)碼頭位置出露的地質(zhì)情況,其多為退汛后堆積的淤泥質(zhì)軟土基礎(chǔ),承載力差。而采用傳統(tǒng)的淺層換填基礎(chǔ)具有換填難度大、投入大且難以保證上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的問題。項目部根據(jù)實際情況,最終決定選用無支撐條件下由鋼抱箍+工字鋼承重縱梁+工字鋼分配梁+滿堂腳手架組成的支撐體系[2],以期形成一整套能適應(yīng)復(fù)雜施工環(huán)境要求的鋼抱箍施工體系和工藝的關(guān)鍵施工技術(shù),在確保工程進度的前提下保證人員安全,降低工程成本。

3 鋼抱箍支撐系統(tǒng)的施工

3.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備→確定鋼抱箍位置→安裝定位裝置→安裝抱箍→安裝縱向承重縱梁→安裝橫向分配梁→滿堂支架安裝→模板安裝→支架預(yù)壓→模板調(diào)整→鋼筋綁扎→預(yù)埋件安裝→安裝側(cè)?！喊寤炷翝仓B(yǎng)護→支撐體系的拆除。

3.2 鋼抱箍支撐體系的設(shè)計與施工

3.2.1 鋼抱箍支撐體系材料的選取

(1)鋼抱箍:為適應(yīng)各種不同圓度的墩身,抱箍的箍身宜采用不設(shè)加勁板的鋼板作箍身,僅在連接板處設(shè)置必要的加勁板,采用兩排高強螺栓用以保證螺栓并在擰緊軸力的同時降低箍身高度。選用兩塊半圓弧型鋼板,板厚12 mm,法蘭及筋板厚度為25 mm,抱箍高50 cm,由16根10.9級M30高強螺栓一正一反交替連接,在墩柱與抱箍之間設(shè)一層5 mm厚的橡膠墊。施加預(yù)拉力時在保證強度的同時因箍身為柔性極易與墩柱密貼[3]。

(2)縱梁及分配梁:根據(jù)設(shè)計方案之受力驗算結(jié)果,最終決定采用工字鋼作為承重縱梁及分配梁。由于該墩柱施工較設(shè)計位置存在一定的誤差,因此,在承重縱梁加工時需根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)嚴(yán)格控制其加工長度。當(dāng)承重縱梁工字鋼需要采用焊接方式連接時,必須在其端面打坡口;對于加設(shè)焊接的連接拼板采用埋弧電焊接并要求焊縫質(zhì)量為一級,工字鋼梁的長度需超過立柱中心30～50 cm,承重縱梁的搭接頭需錯開并采用電焊和螺栓對拉進行加固。在工字鋼兩端約 1/4位置處打孔,使用高強對拉螺桿在墩柱兩端對拉,其目的是固定工字鋼以防止工字鋼側(cè)向傾覆。對于斷面尺寸為50 cm×120 cm及60 cm×180 cm的縱梁選取63b號工字鋼,樁兩側(cè)的分配梁選取40b號工字鋼,分配梁垂直插入并將其焊接于縱梁上,接觸面采用滿焊。對于其他截面的縱梁選取50b號工字鋼,分配梁選取22b號工字鋼,分配梁與下部縱梁的連接采取點焊的方式予以固定。

(3)支架及模板:采用Φ48 mm×3 mm扣件式鋼管腳手架,設(shè)置頂托用于調(diào)整結(jié)構(gòu)高程并將其下部同分配梁焊接?？奂侥_手架作為模板支撐架,采用50 mm×100 mm的方木及15 mm厚的清水模板。

3.2.2 鋼抱箍的安裝

考慮到長江的高水位,需盡量減少支撐體系的高度,并在保證操作人員具有足夠施工作業(yè)空間的前提下其鋼抱箍底標(biāo)高位于樁柱頂面以下-2.2 m(樁頂標(biāo)高為±0 m)。施工前,使用全站儀對所有的墩柱進行重新測量,測定出每個墩柱的中心位置,采用水準(zhǔn)儀控制墩柱外側(cè)鋼抱箍的平整度以保證縱梁高程[4]。為保證柱箍的安全、以防萬一因各種不可預(yù)測的因素導(dǎo)致抱箍失效,必須在每片抱箍下方對稱植入4根、直徑為10 mm的膨脹螺栓對抱箍進行限位。限位裝置由作業(yè)人員乘坐小船在長江低水位時施工并需保證其位置準(zhǔn)確。

在既有碼頭地面進行鋼抱箍安裝前的各種準(zhǔn)備工作。在鋼抱箍的 2個半圓鋼箍每側(cè)上下各用1個螺栓連接,在兩抱箍連接部位夾一厚度為5 cm的木塊用以固定鋼抱箍的孔徑大于墩柱直徑以便于吊裝設(shè)備吊裝時鋼抱箍順利套入立柱。在抱箍內(nèi)壁粘貼5 mm厚的橡膠帶以起到保護樁體和緊固的作用。橡膠帶粘貼時應(yīng)緊貼鋼抱箍上并不得有褶皺、鼓起,橡膠帶貼好后放置12 h以上以便于其粘貼緊密。擰緊高強螺栓時,必須按照一正一反的方式交替連接,不得擰緊到位,而需分初擰、復(fù)擰、終擰3次逐級擰緊。擰緊螺栓時需兩邊對稱擰緊,待使用扭矩扳手?jǐn)Q不動后回半絲。安裝完成后,應(yīng)采用扭矩扳手對高強螺栓的連接力矩及鋼抱箍的安裝質(zhì)量進行檢查,待其檢查合格后方可進行下道工序。

3.2.3 縱梁的安裝

待鋼抱箍安裝完畢、對其安裝質(zhì)量進行驗收合格后方可進行承重縱梁的安裝。使用吊裝設(shè)備將縱梁擱置在牛腿上,安裝前放出縱橫向樁中線,安裝時定位出抱箍的安裝方向,縱梁與抱箍牛腿及每個墩柱兩側(cè)縱梁之間采用對拉螺桿進行鎖定以防其移位,單根工字鋼的長度為9 m。

承重縱梁的安裝應(yīng)緊貼墩柱并安置在鋼抱箍頂板上。梁兩端應(yīng)超過鋼抱箍30～50 cm以避免高強螺栓承受荷載的剪切應(yīng)力,同時需保證承重縱梁的位置、高程與設(shè)計要求相符。同跨承重縱梁應(yīng)相互平行,控制其高差在誤差范圍內(nèi)。在工字鋼兩端約 1/4位置處打孔,使用高強對拉螺桿在墩柱兩端實施對拉,其目的是固定工字鋼以防止工字鋼側(cè)向傾覆。

3.2.4 分配梁的安裝

縱梁安裝完畢即可安裝分配梁。使用吊裝設(shè)備將分配梁依照施工圖中的支架間距要求將其準(zhǔn)確安裝在承重主梁上。分配梁采用焊接的方式進行加固,焊接于縱梁時其接觸面采用電焊點焊固定,在橫向每跨中軸線及墩柱兩側(cè)均使用直徑為22 mm的鋼筋沿縱向通長滿焊固定分配梁。單根分配梁工字鋼的長度為9 m與6 m。

3.2.5 腳手架的安裝

對于梁板結(jié)構(gòu)底與分配梁頂面之間采用鋼管支架調(diào)整其高差,規(guī)格為:Φ48 mm×3 m鋼管,縱向立桿間距為90 cm,橫向立桿間距為90 cm,步距為1.2 m。端部或跨中位置的立桿、水平間距與扣桿件長度模數(shù)不相符時,采用短桿件進行調(diào)整;對于頂層水平桿的間距則需根據(jù)實際情況進行調(diào)整,且其不能超過1 m。將60 cm×180 cm(寬×高)及50 cm×120 cm(寬×高)梁底的滿堂支架的立桿縱向間距加密至0.45 m。

3.2.6 混凝土澆筑

在鋪設(shè)完成的架體上安裝底模,待檢查其高程和軸線符合設(shè)計要求后進行鋼筋的綁扎及側(cè)模的安裝,檢查合格后方可澆筑混凝土。由于板厚及梁截面較大,單個鋼抱箍需承受較大的豎向力,經(jīng)過驗算,其豎向力通過高強螺栓轉(zhuǎn)化為摩擦力,因此,對鋼抱箍的安裝質(zhì)量提出了更高的要求。鋼筋安裝前,模擬梁板結(jié)構(gòu)澆筑工況對底模進行預(yù)壓,即檢測支撐體系受力的可靠度,亦可準(zhǔn)確估算底模的預(yù)留拱度值。對于支架應(yīng)進行超載預(yù)壓,其超載系數(shù)為 1.2,加載物采用砂或鋼筋。為了使加載的荷載強度與梁的荷載強度在橫向上的分布一致,在橫向上采用均勻加載的方法。加載后,對底模的沉降進行細致的觀測與記錄。

混凝土澆筑前,在每個鋼抱箍底面下10 cm處設(shè)置鋼抱箍沉降觀測裝置,用以隨時觀測鋼抱箍支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài),對鋼抱箍螺栓扭矩進行最后一次復(fù)檢并填寫檢查記錄表?；炷翝仓^程中,應(yīng)分層、分段、對稱澆筑并控制混凝土的澆筑速度,每臺泵車的澆筑方量不得超過45 m3/h,應(yīng)安排專人對鋼抱箍雙向支撐系統(tǒng)進行巡視,特別是靠近老碼頭側(cè)的局部懸臂端抱箍及承重梁的變形情況,發(fā)現(xiàn)異常需及時匯報并進行處理。

3.2.7 支撐體系的拆除

當(dāng)梁板結(jié)構(gòu)混凝土強度達到100%后,方可拆除模板及支撐。先拆掉梁側(cè)模,再拆除板、梁底模。首先松動支架頂部可調(diào)拖撐并使其下降10～20 cm,使模板自然脫落,依次拆除支架,由人工傳遞至堆放地點。因碼頭下可操作空間小、基礎(chǔ)條件差,經(jīng)綜合考慮后利用小型挖掘機配合鋼絲繩對分配梁及縱梁進行拆除。首先將焊接加固部位采用小型切割設(shè)備切割開,再沿型鋼縱向依次將其卸落。使用小型挖掘機配合鋼絲繩依次將鋼抱箍吊至地面,最后對場地進行清理,恢復(fù)原拋石加固岸坡[5]。

3.2.8 質(zhì)量控制要點

鋼抱箍支撐系統(tǒng)的施工作業(yè)除應(yīng)嚴(yán)格按照高空作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行外,還應(yīng)在支撐系統(tǒng)施工過程中做到以下幾點:

(1)在地面將鋼抱箍的兩個半圓鋼套合在一起時,所采用的臨時連接螺栓應(yīng)連接牢固。鋼抱箍上的4個吊裝點必須采用4根相同長度的鋼繩同時起吊,并需保證鋼抱箍吊裝過程中的平穩(wěn)。

(2)型鋼的起吊應(yīng)嚴(yán)格遵照起重吊裝作業(yè)操作規(guī)程,在承重梁兩端應(yīng)分別布置安裝操作人員,在承重梁下落安置過程中控制承重梁準(zhǔn)確就位,待其就位后及時進行固定,防止承重梁側(cè)翻或傾倒。承重縱梁安裝完成后,利用承重梁形成的四方形框架掛設(shè)安全網(wǎng)。

(3)在擰緊鋼抱箍連接螺栓及拆除鋼抱箍作業(yè)時,施工人員必須在滿足安全要求的操作平臺上進行施工,其擰緊和松卸必須按照相關(guān)要求進行。擰緊過程中必須使用扭矩扳手并在混凝土澆筑前由技術(shù)人員再次隨機對其緊固程度進行抽查并需保證抽查率不小于50%,以確保鋼抱箍的扭矩達到設(shè)計要求。

(4)鋼抱箍在專業(yè)廠家進行加工。安裝前必須對焊接質(zhì)量進行檢查,焊縫外觀不得有裂紋、弧坑、焊瘤咬邊等缺陷,對不同部位的焊縫質(zhì)量進行超聲波探傷檢查其內(nèi)部裂紋、氣泡、夾渣等缺陷。拆除并進行周轉(zhuǎn)使用前,應(yīng)對鋼抱箍進行全面的檢查,發(fā)現(xiàn)缺陷時應(yīng)及時修復(fù)。

4 結(jié) 語

筆者以南京市長江岸線環(huán)境提升工程宏波碼頭平臺為依托,詳細闡述了在長江高水位條件下碼頭上部現(xiàn)澆混凝土梁板結(jié)構(gòu)采用鋼抱箍平臺支撐體系具有的優(yōu)異性。通過將鋼抱箍支撐體系從傳統(tǒng)橋梁蓋梁施工引入到高樁碼頭框架式梁板結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆混凝土支撐體系中,結(jié)合有限元分析模型對鋼抱箍支撐系統(tǒng)的工作原理、受力情況進行了詳細的理論分析。實踐證明:鋼抱箍這種風(fēng)險較高的支撐體系在解決高水位、軟土地基、承載力差基礎(chǔ)等受限施工條件下的結(jié)構(gòu)施工時具有較大的優(yōu)勢,其具有不限基礎(chǔ)、投入小、安拆方便、安全性高、汛期高水位均可施工等特點,從而為未來水利工程碼頭平臺與市政工程橋梁施工探索了新的方向,為類似工程施工提供了有效的借鑒及參考,具有較大的推廣應(yīng)用前景。