公路橋梁現(xiàn)澆混凝土箱梁施工階段鋼管樁支架法的應(yīng)用分析

任志遠(yuǎn)

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州貴陽(yáng) 550001）

0 引言

在公路橋梁項(xiàng)目施工中，滿堂支架法的應(yīng)用廣泛，是橋梁預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆混凝土箱梁施工環(huán)節(jié)的重要手段，但由于該方案需要使用大量模板且施工工期長(zhǎng)，所以在山區(qū)橋梁項(xiàng)目施工中應(yīng)用受限。為解決山區(qū)橋梁施工中難以應(yīng)用滿堂支架法的弊端，擬選取鋼管樁支架法進(jìn)行施工，能有效控制工程造價(jià)，節(jié)約材料消耗并降低地基沉降對(duì)施工質(zhì)量的影響，合理控制現(xiàn)澆混凝土箱梁施工線形。

1 工程概況

某公路橋梁項(xiàng)目設(shè)計(jì)長(zhǎng)度379m，橋梁跨徑24.3m，橋梁上部結(jié)構(gòu)包括現(xiàn)澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁和預(yù)制混凝土小箱梁。箱梁橋面寬度27m，設(shè)計(jì)梁高1.6m，腹板為鉛垂結(jié)構(gòu)，墩頂設(shè)橫梁，現(xiàn)澆混凝土箱梁連續(xù)梁頂板和底板處均設(shè)置橫坡。

2 支架受力計(jì)算

在公路橋梁現(xiàn)澆混凝土箱梁鋼管樁施工前，需通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)獲取支架受力情況，模擬支架受力范圍，確定具體數(shù)據(jù)后方可進(jìn)行后續(xù)施工[1-3]。

2.1 施工荷載計(jì)算

現(xiàn)澆混凝土箱梁鋼管樁的施工荷載來(lái)源多，主要包括施工人員、施工機(jī)械設(shè)備、鋼筋混凝土荷載、混凝土振搗荷載、模板荷載、風(fēng)荷載等，其計(jì)算公式如下：

g 為現(xiàn)澆混凝土箱梁鋼管樁施工荷載；g1為鋼筋混凝土荷載水平，現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)結(jié)果顯示其水平為42kN/m2；g2和g3為混凝土振搗荷載與施工人員、施工機(jī)械設(shè)備荷載，取值分別為2.0kN/m2和2.5kN/m2；g4和g5為模板荷載、風(fēng)荷載，取值均為0.3kN/m2。

2.2 鋼管樁支架受力計(jì)算

該項(xiàng)目鋼管樁高度12m，支架高度6m，貝雷梁高度1.5m，以項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求為基礎(chǔ)確定寬度與高度比為2，寬度30m，鋼管樁橫向布置情況如圖1 所示。項(xiàng)目施工需嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范工藝要求，以施工實(shí)踐為基礎(chǔ)，可忽略風(fēng)荷載的影響。確定鋼管樁樁徑為0.63m，樁高為12m 時(shí)，對(duì)應(yīng)的風(fēng)荷載均布水平為0.27kN/m2。選取現(xiàn)澆混凝土箱梁鋼管樁中間部位為測(cè)量點(diǎn)，結(jié)合目標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建受力模型[4-5]，詳見(jiàn)圖2 所示。

圖1 鋼管樁的橫向布置示意(單位：cm)

圖2 鋼管樁受力計(jì)算模型中的構(gòu)件示意

水平方向的鋼管樁借助焊接槽鋼牢固連接，鋼管樁立桿連接嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)范，進(jìn)行縱向剪切撐搭設(shè)并滿焊連接部位，以1.2 倍自重為基礎(chǔ)計(jì)算豎反向作用力水平為1680kN，橫向支撐極限值為58kN，彎矩影響下的縱向作用力極限值為49kN，剪切極限值為76kN。借助模型計(jì)算鋼管樁體受力面積和剪力值，結(jié)果顯示兩項(xiàng)指標(biāo)均符合Q235 鋼各項(xiàng)要求，性能符合規(guī)范要求。

該項(xiàng)目支架體系選用現(xiàn)澆混凝土箱梁鋼管樁支架，模型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性情況為：外部荷載P 為73MPa，小于限定值140MPa，鋼管樁支架構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比為54，小于標(biāo)準(zhǔn)值150，各項(xiàng)性能均符合設(shè)計(jì)要求。截面軸心受壓構(gòu)件對(duì)應(yīng)的彎曲系數(shù)值為90MPa，小于標(biāo)準(zhǔn)值215MPa，系統(tǒng)穩(wěn)定性達(dá)標(biāo)。

3 鋼管支架法施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 地基處理

平整并碾壓地基，以項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)進(jìn)行沉樁，施工環(huán)節(jié)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)控樁身垂直度及位置，并與設(shè)計(jì)值相比較，出現(xiàn)偏差時(shí)及時(shí)調(diào)整。沉樁到位后及時(shí)進(jìn)行樁頂標(biāo)高測(cè)量，根據(jù)設(shè)計(jì)方案指標(biāo)進(jìn)行樁頂切割與平整，保持鋼筋混凝土頂部平齊，在合適位置埋設(shè)鋼板，確保支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，夯實(shí)平整地基，以提高結(jié)構(gòu)的牢固程度[6]。

3.2 鋼管樁支架施工

鋼管樁支架型號(hào)為長(zhǎng)12m，厚10mm，直徑630mm，以載重量25t 汽車(chē)吊裝鋼管樁點(diǎn)，樁點(diǎn)布設(shè)需符合項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，于樁頂部位焊接65cm×65cm 鋼托，各樁間合理布設(shè)縱向剪力撐。鋼管樁安裝完畢后，于樁頂部位安裝工字鋼、肋板，進(jìn)一步加固鋼管樁。布設(shè)完畢后，以項(xiàng)目方案為基礎(chǔ)，結(jié)合施工圖紙對(duì)鋼管樁貝雷梁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，借助吊裝設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)至指定位置進(jìn)行安裝。于貝雷梁上設(shè)置工字鋼分配梁，借助卡扣將貝雷梁與工字鋼緊密連接，并搭設(shè)支架。選擇不同型號(hào)的立桿組合，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)與施工實(shí)際情況妥善連接，確保不同連接區(qū)段的立桿接頭連接妥當(dāng)，提升支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。選1.2m 和3.0m 立桿進(jìn)行首層支架的搭設(shè)，利用立桿接長(zhǎng)并于頂端位置進(jìn)行頂托安裝，牢固連接[7-8]。

各構(gòu)件安裝完畢后，嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)操作規(guī)程與施工規(guī)范，完成縱向剪力撐與橫向剪力撐布設(shè)，提高支架系統(tǒng)的穩(wěn)定程度與安全性。完成支架搭設(shè)后，頂托上方橫向、縱向交錯(cuò)布設(shè)方木并進(jìn)行模板安裝，安裝拼接完畢后對(duì)其性能進(jìn)行詳細(xì)檢查，避免出現(xiàn)松動(dòng)、連接不牢等現(xiàn)象，實(shí)壓前全部檢查完畢確保系統(tǒng)穩(wěn)定。

3.3 模板安裝

以規(guī)格為1.22m×2.44m×15mm 的整塊覆膜竹膠板作為箱梁外模板，縱向布設(shè)于支架體系上，頂托上布設(shè)方形槽鋼，使其與竹膠板交錯(cuò)分布，上層鋪設(shè)方木并調(diào)節(jié)至適當(dāng)位置。方木型號(hào)為l0cm×l0cm，間隔30cm 鋪設(shè)，將模板與方木牢固連接，再鋪設(shè)腹板側(cè)模、翼緣板底模，鋪設(shè)間距仍為30cm，中間設(shè)置加強(qiáng)肋提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

以加工好的型號(hào)為5cm×8cm 和l0cm×l0cm 方木鋪設(shè)于箱梁內(nèi)部并用木質(zhì)支架作為支撐，制作腹板模板時(shí)腳底部增加20cm 作為壓漿板，避免澆筑過(guò)程中混凝土泄漏。內(nèi)模合理布設(shè)20mm 直徑的鋼馬鐙、混凝土模塊，均勻布設(shè)在內(nèi)模支架立桿不同位置，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3.4 支架預(yù)壓

施工過(guò)程中對(duì)支架彈性形變進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，同時(shí)檢測(cè)地基沉降值，采用水袋預(yù)壓法進(jìn)行超載預(yù)壓試驗(yàn)，預(yù)壓總荷載為綜合荷載的1.1 倍。

3.4.1 加載順序。以鋼管樁支架受力狀況為基礎(chǔ)，分5 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)加載荷載，按照20%預(yù)壓總荷載—40%預(yù)壓總荷載—60% 預(yù)壓總荷載—80% 預(yù)壓總荷載—100%預(yù)壓總荷載的順序進(jìn)行加載。

3.4.2 觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)。在滿堂支架端部的左側(cè)、中間、右側(cè)分別設(shè)置三個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，三跨貝雷梁跨中位置設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)位于頂托木上方。

3.4.3 預(yù)壓觀測(cè)。在上一層荷載加載完畢后，方可進(jìn)行下一層荷載預(yù)壓，兩層荷載施加需間隔1h，并連續(xù)進(jìn)行鋼管樁支架沉降量的監(jiān)測(cè)。支架頂端監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)果顯示，支架12h 沉降水平小于2mm 為質(zhì)量達(dá)標(biāo)，可進(jìn)行后續(xù)加載。連續(xù)測(cè)量高程差水平低于2mm表明沉降值可控，將記錄結(jié)果提交給總監(jiān)理工程師，經(jīng)其簽字確認(rèn)后繼續(xù)增加荷載至100%預(yù)壓總荷載，記錄高程值并反復(fù)測(cè)量，對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。日沉降量小于2mm，或連續(xù)3d 監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示直接荷載水平累計(jì)值小于5mm，可將荷載逐步卸載[9]。

3.4.4 卸載及支架調(diào)整。按照荷載預(yù)壓相反的施加順序進(jìn)行卸載，觀測(cè)支架形變量，同時(shí)以起拱度為基礎(chǔ)合理調(diào)整梁底桿高度。

3.5 鋼筋加工及安裝

現(xiàn)澆混凝土箱梁鋼管樁支架為鋼骨架，骨架鋼筋焊接中需嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，避免因結(jié)構(gòu)變形、彎曲、移位而影響施工質(zhì)量。根據(jù)項(xiàng)目需求提前在鋼筋料場(chǎng)內(nèi)，結(jié)合材料尺寸進(jìn)行鋼骨架的制作，將型號(hào)合適的型鋼固定在骨架內(nèi)部，并完成放樣焊接。采用點(diǎn)焊對(duì)稱焊接的方案進(jìn)行，且按照從中間向兩側(cè)的順序從上到下進(jìn)行焊接，需注意焊接工序一次完工，同側(cè)同步對(duì)稱焊接焊縫，并借助22#鐵絲綁扎牢固，將鐵絲頭部彎向混凝土內(nèi)部，增強(qiáng)鋼筋骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。以塑料墊塊作為保護(hù)層并按照梅花形狀進(jìn)行布設(shè)。

3.6 鋼絞線安裝

鋼絞線安裝需嚴(yán)格執(zhí)行施工圖紙方案，合理選擇波紋管放置位置，精確定位后以鋼筋井字架固定并焊接。施工中預(yù)應(yīng)力束長(zhǎng)度大，易彎折，增加了混凝土澆筑后穿束工藝難度，為提高施工便捷性，采取后張法進(jìn)行施工，安裝完波紋管后即進(jìn)行穿束，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)和施工現(xiàn)場(chǎng)情況制作型號(hào)合適的鋼束，以人機(jī)配合方案進(jìn)行施工。

3.7 混凝土澆筑

箱梁混凝土澆筑分兩次進(jìn)行，首次澆筑高出腹板與翼緣板交界處2cm，頂板鋼筋綁扎完畢且鑿毛施工后，布設(shè)好標(biāo)高控制點(diǎn)后進(jìn)行二次澆筑[10]。

第一，縱向沿箱梁一端從高處向低處的順序進(jìn)行澆筑，先澆筑中間后澆筑兩側(cè)，對(duì)稱施工從上到下分層、分段進(jìn)行。

第二，監(jiān)測(cè)混凝土入模溫度，并嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)，30℃以下方可進(jìn)行入模施工。以8m3商混車(chē)將混凝土運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)，并利用汽車(chē)泵輸送入模，選定合適型號(hào)的泵車(chē)，使其揚(yáng)程符合條件?；炷翝仓^(guò)程中保持出料口與澆筑面之間的高程差不超過(guò)2m，嚴(yán)格按照施工順序有序澆筑，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)并控制工藝參數(shù)。

第三，各施工作業(yè)面配備專業(yè)振搗人員進(jìn)行操作，采用人機(jī)配合的方案施工，需使用的設(shè)備包括30型振動(dòng)棒2 臺(tái)和50 型振動(dòng)棒5 臺(tái)，小間距作業(yè)時(shí)選擇30 型振動(dòng)棒進(jìn)行振搗作業(yè)，其余情況下選擇50 型振動(dòng)棒進(jìn)行振搗作業(yè)。施工中嚴(yán)格控制作業(yè)時(shí)間，振搗施工需到位，不可觸碰預(yù)埋件及模板，不可觸碰鋼筋，防止振搗作業(yè)中出現(xiàn)振搗過(guò)度、漏振情況影響施工質(zhì)量。

3.8 安全管理保證措施

第一，建立健全機(jī)構(gòu)，明確崗位職責(zé)，是開(kāi)展安全生產(chǎn)工作的基礎(chǔ)。遵循“建設(shè)單位主導(dǎo)、監(jiān)理單位督促、施工單位負(fù)責(zé)”的要求，與安全生產(chǎn)小組相結(jié)合，對(duì)其機(jī)構(gòu)設(shè)置與職責(zé)進(jìn)行規(guī)范。

第二，為了保證安全監(jiān)管的有效性，安全管理部門(mén)要對(duì)工程建設(shè)的安全管理工作進(jìn)行合理分工，使工程建設(shè)的安全管理更加有效。

第三，加強(qiáng)安全管理，做好安全生產(chǎn)和勞動(dòng)防護(hù)工作。確保施工現(xiàn)場(chǎng)工作人員的人身安全，全面落實(shí)安全施工責(zé)任制，實(shí)行責(zé)任管理，責(zé)任到人。

第四，加強(qiáng)安全管理，對(duì)安全隱患進(jìn)行排查，對(duì)違規(guī)指揮、違規(guī)操作堅(jiān)決予以制止。做好安全宣傳、教育、培訓(xùn)工作，嚴(yán)格遵守安全生產(chǎn)規(guī)定。

第五，在執(zhí)行施工技術(shù)措施時(shí)，也要執(zhí)行安全、文明施工措施。施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)設(shè)置顯著的安全標(biāo)志、標(biāo)識(shí)、標(biāo)牌，車(chē)輛進(jìn)出施工區(qū)時(shí)應(yīng)按照規(guī)定的路徑行駛。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于公路橋梁現(xiàn)澆混凝土箱梁鋼管樁支架施工實(shí)踐，借助鋼管樁、貝雷梁設(shè)計(jì)現(xiàn)澆箱梁鋼管樁支架支撐系統(tǒng)，并建立鋼管樁受力計(jì)算模型對(duì)支架受力情況進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)地基處理、鋼管樁支架施工、模板安裝、支架預(yù)壓、鋼筋加工、鋼絞線安裝、混凝土澆筑等工藝要點(diǎn)進(jìn)行分析，總結(jié)現(xiàn)澆箱梁鋼管樁支架施工的關(guān)鍵點(diǎn)。通過(guò)案例分析證實(shí)鋼管樁支架法能有效避免常規(guī)滿堂支架法的不足，在各類橋梁項(xiàng)目工程中適用性強(qiáng)。