連續(xù)梁懸臂施工邊跨現(xiàn)澆段支架設(shè)計(jì)

朱建軍

(中鐵二十一局集團(tuán) 第四工程有限公司，西寧 810000)

在橋梁分段施工的幾種類型中，懸臂現(xiàn)澆法是連續(xù)梁采用最廣泛的一種施工方法，其主要優(yōu)點(diǎn)是投入設(shè)備少、施工方便，施工時(shí)可不中斷橋下交通，資金投入也相對(duì)較少。但由于連續(xù)梁的邊跨長(zhǎng)度一般為中跨長(zhǎng)度的0.60～0.65倍，所以，邊跨直線段混凝土多用支架現(xiàn)澆的方法。支架是現(xiàn)澆梁施工過(guò)程中的支承結(jié)構(gòu)，支架的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及變形直接影響到結(jié)構(gòu)質(zhì)量及安全性?，F(xiàn)澆支架除基礎(chǔ)以外絕大部分使用鋼結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是支架彈性變形和非彈性變形量很小，支架的剛度和強(qiáng)度也較大，因而能保證現(xiàn)澆混凝土的質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)支架的結(jié)構(gòu)形式主要有兩大類:一類是多支點(diǎn)支架(如碗扣式滿堂支架)，另一類是少支點(diǎn)鋼梁支架。前者是將現(xiàn)澆梁混凝土的荷載通過(guò)每一根鋼管比較均勻地分布到地基上，地基承載力比較容易得到保證，每根豎向鋼管所受的垂直荷載較小;而后者是將現(xiàn)澆箱梁混凝土的荷載，通過(guò)支架的少數(shù)支撐(如直徑500 mm的鋼管)傳給地基基礎(chǔ)，每一個(gè)支撐鋼管受到的垂直荷載較大，為此必須在鋼管柱底設(shè)置擴(kuò)大基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)。當(dāng)支架高度超過(guò)15 m時(shí)，采用碗扣式滿堂支架，將很不經(jīng)濟(jì)，且支架的穩(wěn)定性將難以保證，這時(shí)較優(yōu)的方案是選用少支點(diǎn)支架結(jié)構(gòu)。

1 工程概況

新建鐵路工程北京至石家莊客運(yùn)專線西北聯(lián)絡(luò)線設(shè)計(jì)為單線Ⅰ級(jí)鐵路，設(shè)計(jì)時(shí)速為200 km/h。跨越京廣鐵路采用一聯(lián)(60+100+60)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，橋梁全長(zhǎng)221.5 m(含兩側(cè)梁端至邊支座中心各0.75 m)。橋面橫向布置為:0.25 m擋塊+1.0 m人行道+0.2 m擋砟墻+4.5 m道砟+0.2 m擋砟墻+1.0 m人行道 +0.25 m擋塊，橋梁頂面總寬7.4 m。箱梁端支座及邊跨直線段和跨中處梁高為4.5 m，中支點(diǎn)處梁高為7.5 m，梁底下緣按圓曲線變化。梁體為單箱單室、變高度、變截面直腹板結(jié)構(gòu)。各T構(gòu)除合龍段長(zhǎng)2 m和0號(hào)段長(zhǎng)12 m外，其余均對(duì)稱劃分為12個(gè)懸臂現(xiàn)澆段，最長(zhǎng)現(xiàn)澆段為4.0 m。箱梁1～12號(hào)塊采用掛籃對(duì)稱懸臂逐段澆筑，懸臂澆筑時(shí)最大梁段質(zhì)量136 t，邊跨直線段混凝土采用支架現(xiàn)澆。由于邊墩高22 m，所以采用少支點(diǎn)支架結(jié)構(gòu)。橋墩基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，主墩樁徑為1.5 m，邊墩樁徑為1.25 m。主墩墩身高度分別為18.0 m和19.0 m，邊墩墩身高度分別為15.0 m和22.0 m，橋墩采用單線圓端形橋墩。西北聯(lián)絡(luò)線跨京廣特大橋在西北聯(lián)絡(luò)線DK4+658.28處與既有京廣鐵路(K274+245)相交，斜交角為 48°56'。

2 鋼管柱支架的設(shè)計(jì)與預(yù)壓

施工時(shí)選擇6根φ500 mm(δ=10 mm)鋼管組成的格構(gòu)柱作為支撐。鋼管分兩排布置，每排3根，兩排鋼管之間的距離為440 cm，鋼管的橫向間距為280 cm。鋼管與鋼管之間縱橫向均用20號(hào)槽鋼連接，并且每隔5 m均設(shè)置一道縱橫向連接系，共設(shè)置3道，以增加整體穩(wěn)定性。第一排鋼管放置于承臺(tái)上，第二排鋼管放置于直徑1.2 m的挖孔灌注樁上。底部采用法蘭盤與承臺(tái)固結(jié)，其鋼筋伸入承臺(tái)混凝土里。臨時(shí)支柱頂部設(shè)置托盤，托盤上面安裝預(yù)壓過(guò)的砂筒，砂筒上沿縱橋向放置雙拼I40b工字鋼作為主梁，并與托盤焊接，在I40b工字鋼上面橫橋向每隔50 cm放置一根I25b工字鋼作為橫向分配梁。

支架預(yù)壓是一道非常重要的工序，也是對(duì)整個(gè)支架(含支架基礎(chǔ))搭設(shè)質(zhì)量的一次全面檢查，考驗(yàn)其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性是否滿足要求。通過(guò)支架預(yù)壓基本消除非彈性變形，同時(shí)測(cè)定支架的彈性變形且與理論計(jì)算值進(jìn)行分析比較，調(diào)整支架，使其符合設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范的質(zhì)量要求，從而保證現(xiàn)澆梁的高質(zhì)量。支架預(yù)壓采用等載預(yù)壓，采用尼龍袋黃砂加載，準(zhǔn)確過(guò)磅，并按箱梁混凝土澆筑程序采用縱向分塊，水平分層(兩層)對(duì)稱加載的次序。預(yù)壓時(shí)，除觀測(cè)支架整體變形外(垂直變形)，還須觀測(cè)支架內(nèi)主要部分的相對(duì)變形，以便進(jìn)一步采取加強(qiáng)措施。一般情況下，在預(yù)壓過(guò)程中，測(cè)得支架頂?shù)目偞怪弊冃伟瑑刹糠?，即彈性變形和非彈性變形。?dāng)預(yù)壓荷載卸除后，測(cè)得的支架回升值即為彈性變形，其中沒(méi)有恢復(fù)的部分即為非彈性變形(主要是支架接縫壓密和地基等產(chǎn)生的不可恢復(fù)的塑性變形等)。為此，必須沿縱、橫方向布設(shè)固定的沉降觀測(cè)點(diǎn)，預(yù)壓前、預(yù)壓過(guò)程中，以及卸荷以后不間斷定時(shí)觀測(cè)，并做出詳細(xì)的記錄。

3 支架檢算

根據(jù)施工技術(shù)方案主要計(jì)算各構(gòu)件受力情況及支架的整體穩(wěn)定性是否滿足要求，根據(jù)計(jì)算驗(yàn)證方案的可行性，并根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果指導(dǎo)編制施工方案。計(jì)算方式采取由上至下，逐個(gè)驗(yàn)算桿件受力是否符合要求。采用手算和有限元計(jì)算相結(jié)合的方式。

3.1 連續(xù)梁邊跨現(xiàn)澆段荷載分布的確定

根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》及《鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范》，模板及支架荷載取1.0 kN/m2，設(shè)備及人工荷載取3.0 kN/m2，混凝土澆筑沖擊荷載取2.5 kN/m2，混凝土澆筑振搗荷載取2.5 kN/m2計(jì)算。混凝土重度(配筋率 ＞2%)取26 kN/m3，混凝土超灌系數(shù)取1.05。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，確定支架受力最大橫斷面，見圖1。腹板下分布荷載合計(jì)為106.5 kN/m2，底板部位分布荷載合計(jì)為44.0 kN/m2，翼緣板部位分布荷載合計(jì)為21.61 kN/m2。根據(jù)以上計(jì)算荷載，節(jié)段荷載分布示意如圖2。

3.2 強(qiáng)度驗(yàn)算

根據(jù)上節(jié)的計(jì)算荷載，對(duì)邊跨現(xiàn)澆段下橫梁I25b工字鋼、縱梁I40b工字鋼以及 φ500 mm(δ=10 mm)鋼管柱進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

鋼管柱下的鉆孔灌注樁單樁容許承載力［P］=995.65 kN，也大于計(jì)算出的實(shí)際軸向壓力 P=819.7 kN。

圖1 最大橫斷面(單位:cm)

圖2 橫向荷載分布(單位:cm)

支架預(yù)壓的結(jié)果也證明支架的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述驗(yàn)算結(jié)果確定了支架的施工方案，將箱梁的荷載傳遞到承臺(tái)和樁基上，在施工過(guò)程中未出現(xiàn)任何問(wèn)題。墩柱強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性均大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，保證了后續(xù)現(xiàn)澆段箱梁的順利施工。結(jié)合施工實(shí)踐及其它各方面條件，此支架方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方法簡(jiǎn)便、施工速度快和經(jīng)濟(jì)適用等特點(diǎn)。為以后同類橋型的施工提供參考。

［1］中華人民共和國(guó)交通部.JTJ 041—2000 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部.TZ 213—2005 客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［3］范有強(qiáng).成渝鐵路高架系桿拱橋的支架設(shè)計(jì)與施工［J］.鐵道建筑，2009(4):28-29.

［4］孫坤.黃石特大橋連續(xù)箱梁支架法現(xiàn)澆施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2008(10):5-8.

［5］天津市市政工程局.道路橋梁工程施工手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.