穿杠法在橋梁蓋梁施工中的應用

趙家妹 江 皓 王宇亮

1 工程概況

京福高速公路東排高架橋位于黎川縣熊村鎮東排村東北約700 m處,跨越兩山間谷地,地處丘崗沖蝕谷地,呈“U”形。全橋處在半徑為900 m的平曲線內,橋長157 m,全橋五孔一聯,橋型采用5×30 m預應力混凝土先簡支后連續T梁。最高墩高為34 m,設計蓋梁共8個,每個蓋梁所需混凝土35.7 m3。蓋梁結構大樣如圖1所示。

2 施工工藝及流程

2.1 施工工藝

穿杠法施工蓋梁是靠穿在墩柱預留孔內的實心圓鋼作為蓋梁模型、蓋梁混凝土實體等的主要承載構件。澆筑墩柱時在每個墩柱計算高度的縱橋向預留鋼管作為預留孔洞,待墩柱施工完畢后,在預留孔內穿實心圓鋼,外套支承鐵塊并用螺絲帽扣緊。支承鐵上橫橋向在墩柱兩側各設工字鋼一根作為承重梁,工字鋼上布設方木作為分配梁,以支承模型體系。

2.2 施工流程

施工準備→抄平定點預留孔洞→穿實心圓鋼→套支承鐵→扣緊螺栓→安裝工字鋼、方木支撐構件→安裝模型→調整標高→澆筑混凝土→養護混凝土達到規定強度→拆除側模→拆除底模支撐系統、卸載→拆除工字鋼、圓鋼等→封堵預留孔。

3 設計過程

3.1 設計荷載

根據《公路橋涵設計規范》,查得鋼筋混凝土容重γ=26 kN/m3,則東排高架橋每個橋墩蓋梁荷載計算過程如下:

3.2 方木分配梁設計

蓋梁底用方木作為分配梁承受模板的面荷載,設計取20 cm×15 cm方木,間距為0.5 m,布置方式為短邊水平,長邊豎直。則每根方木承受面荷載轉化為均布線荷載為:

其力學模型簡化為兩邊鉸支的簡支梁,如圖2所示,則:

3.3 工字鋼設計

方木分配梁底采用兩根Ⅰ45a承重,則每根工字鋼承受荷載換算為均布線荷載為

其力學模型簡化為三跨雙懸臂連續梁,簡化圖如圖3所示。

工字鋼彎曲應力分布如圖4所示。

工字鋼撓度采用疊加法進行計算:

BD,DE,AB跨單獨分布有均布荷載q時C點撓度分別為yC1,yC2,yC3,所以,C點總的撓度為:

由于計算時未考慮蓋梁兩端截面變小的荷載,實際彎矩和變形都小于計算值,因此計算值偏于保守,故Ⅰ45a工字鋼能滿足施工要求。

3.4 實心圓鋼設計

實心圓鋼及支承鐵結構的支承鐵與墩柱緊密貼合,荷載通過支承鐵傳遞至實心圓鋼,實心圓鋼在這種情況下可忽略彎曲視為純剪切受力。實心圓鋼采用φ 60 mm的圓鋼(實心圓鋼宜選用16Mn鋼加工)。

作用于每塊支承鐵上的荷載:

實心圓鋼橫截面面積:

4 施工過程及施工要點

1)孔道預留。墩柱澆筑時將直徑為70 mm鋼管封口后,沿順橋向預先埋入混凝土。其預埋位置應根據蓋梁支承系統結構高度確定(即:預埋管中心位置=墩柱設計標高-蓋梁底模高度-分布方木高度-楔形塊高度-工字鋼高度-支承鐵中心至其頂面高度)。在確定預埋管位置時應至少考慮80 mm～100 mm木楔高度,楔形塊下墊方木,在蓋梁混凝土達到強度拆除模型時打開木楔方木下落,以此作為卸脫模的空間。埋入混凝土中的鋼管常會因傾倒混凝土或振搗混凝土而浮起或傾斜改變位置,因此在預埋時除將管口用泡沫等物堵塞,膠帶裹封外,還應該用鐵絲將預埋管端部與墩柱鋼筋綁扎牢固,同時應注意將預埋管置于兩根主筋之間用墊塊將其擠緊。當混凝土澆筑至預埋管位置時,應減少傾倒沖擊力,避免振搗棒碰撞預埋管,確保其位置準確。

2)緊扣螺栓。實心圓鋼露出墩柱部分套好支承鐵后應緊扣螺絲帽,使支承鐵與墩柱緊密貼合,以免支撐鐵竄動碰撞墩柱傷及混凝土外觀,而且支承鐵與墩柱貼合越緊密對實心圓鋼受力越有利,即在沒有空隙的情況下,實心鋼所承受彎曲應力接近于零。支承鐵與墩柱相貼面宜加工成弧形,弧形接觸面不僅不易損傷墩柱而且圓鋼螺絲帽套緊后,在其承受偏壓的同時可產生摩擦力以抵抗彎曲,有利于結構的受力。

3)對拉工字鋼。工字鋼縱梁擱置在兩塊支承鐵上時,若不對拉固定,不僅施工安全沒有保障,而且形不成整體受力結構。因此,對于兩片工字鋼縱梁,必須用鋼拉桿對拉固定在墩柱上。拉桿的布置間距為墩柱間設3根,懸臂段設2根。墩柱與縱梁間加襯墊,以保護相接柱面。

4)預留孔封堵。蓋梁施工完成后,拆除底模、工字鋼、圓鋼等后,對預留孔道封堵,封堵孔工作宜成批逐段進行,不宜逐個進行。直徑60 mm～70 mm預留孔對墩柱的受力幾乎沒有影響,但從確保墩柱鋼筋使用壽命,保證結構外觀質量而言,預留孔的封堵工作也相當重要。我們采用人工壓入塑性水泥漿封堵孔,要求水泥漿必須經過試驗配制,保證其終凝后的顏色必須與墩柱顏色一致。水泥漿中宜加入適量減水劑和膨脹劑。

5 幾點體會及建議

1)通過對該工程施工,掌握了穿杠法施工蓋梁的施工方法。同時在施工中應嚴格按照設計及規范要求選用材料,科學組織施工,嚴格工序檢查,嚴把質量關,才能達到預期的目的。2)在高墩上使用穿杠法施工,可以明顯的節約材料和提高施工效率。施工材料的減少,相應的搭、拆、運等費用也減少,無疑也節約了成本。3)墩頂穿杠法托架用鋼量比落地支架少,堆料占地面積也少,橋墩處不見落地支架,工地上寬敞,進一步顯示了文明施工的場面。4)用墩身代替落地支架承受全部荷載,剛度大、強度高、穩定性好、施工時安全可靠。5)橋墩上方的預留孔洞,完工后再堵洞時,表面色澤較難一致,多少會留下堵洞痕跡,影響外觀。故在施工后,一定要對封堵水泥漿多做幾次調試,以保證其終凝后的顏色必須與墩柱顏色一致。6)在設計橫梁工字鋼時,取結構力學模型為三跨雙懸臂連續梁比簡支梁設計出來更切合實際,對節約材料至關重要。

[1]劉昭培,張韞美.結構力學[M].天津:天津大學出版社,1989.

[2]姚玲森.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2002.