青蘭高速教子川大橋施工技術(shù)探討

姜虎

(甘肅省交通廳工程處，甘肅蘭州 730030)

青蘭高速教子川大橋施工技術(shù)探討

姜虎

(甘肅省交通廳工程處，甘肅蘭州 730030)

結(jié)合青蘭高速教子川大橋工程實(shí)例，從主體結(jié)構(gòu)、分段托架、懸澆連續(xù)段掛籃、合龍段吊模施工等方面進(jìn)行了闡述，分析討論了托架及掛籃的設(shè)計(jì)要求，并在實(shí)際施工進(jìn)程中證明了其設(shè)計(jì)的合理性和適用性，研究結(jié)果可為同類型橋梁設(shè)計(jì)施工及管理提供參考。

連續(xù)剛構(gòu)橋梁，托架施工，掛籃施工

1 工程概況

青島至蘭州國(guó)家高速公路教子川大橋由左、右兩幅分離式橋梁組成。主橋上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室預(yù)應(yīng)力變截面箱梁，箱梁頂板寬12.0m，底板寬6.5m，箱梁根部斷面梁高5.2m，跨中梁高2.3 m，梁底板下緣按拋物線變化。各墩“T”構(gòu)除0號(hào)塊與1號(hào)塊外分9對(duì)現(xiàn)澆梁段，箱梁縱向分段長(zhǎng)度為433.5m+534.5 m，中跨、邊跨合龍段長(zhǎng)度均為2.0m。對(duì)于主橋箱梁段的施工分為兩部分:1)0號(hào)塊、1號(hào)塊和邊跨現(xiàn)澆段置于墩頂托架上完成澆筑;2)剩下的2號(hào)～10號(hào)在施工時(shí)則采用掛籃懸臂法。

教子川大橋連續(xù)剛構(gòu)起訖里程為K1365+399.25～K1366+050. 75，中心樁號(hào)為K1365+635，全長(zhǎng)651.5 m。最大橋高78.3 m，主橋最大墩高73.1 m，主橋上部為(52+2×90+52)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，由一個(gè)單箱單室箱形斷面組成。梁根部高度5.2 m，跨中和端部高度2.3 m，根部至合龍段梁底曲線按4次拋物線變化;底板厚0.7 m～0.3 m，腹板厚0.7 m，0.6 m，0.5 m，0.35 m。箱梁頂板寬12.0 m，底板寬6.5 m，翼緣板懸臂長(zhǎng)2.75 m。除在墩頂0號(hào)塊薄壁墩薄壁對(duì)應(yīng)位置設(shè)置兩個(gè)80 cm與墩壁等厚的橫隔板外，箱梁其他部位不設(shè)橫隔板。箱梁采用縱向及豎向雙向預(yù)應(yīng)力體系。橫坡通過頂板形成2%雙向橫坡。

主橋箱梁除橋墩頂塊件外，各單“T”箱梁均采用掛籃懸臂澆筑法施工。除0號(hào)塊(長(zhǎng)5.3 m)外分為10對(duì)梁段，即(1×4.35+ 4×3.5+5×4.5)m，中孔、次邊跨合龍段長(zhǎng)3.0m，邊孔現(xiàn)澆段長(zhǎng)6.38 m，邊孔合龍段長(zhǎng)2.0m。梁段最大重量為110 t。

主橋墩頂0號(hào)段長(zhǎng)5.3 m，頂板厚40 cm，底板厚70 cm，梁高5.2 m。在薄壁墩薄壁對(duì)應(yīng)位置設(shè)置兩個(gè)80 cm與墩壁等厚的橫隔板。1號(hào)段長(zhǎng)4.35 m，腹板厚60 cm，頂板厚25 cm，底板厚從60 cm變化到54.2 cm。

由于墩身較高(均在70m以上)，0號(hào)段長(zhǎng)度僅有5.3m，不能滿足掛籃拼裝需要，而(1+0+1)共長(zhǎng)14 m，故0號(hào)段與1號(hào)段均計(jì)劃采用托架施工。

其施工順序?yàn)?墩身施工→托架安裝→0號(hào)段施工→1號(hào)段施工。

2 托架設(shè)計(jì)及施工

2.1 托架設(shè)計(jì)

0號(hào)，1號(hào)梁段采用托架進(jìn)行現(xiàn)澆施工。托架設(shè)置間距由墩梁軸線往兩側(cè)按照間距1.25m+1.25 m+0.5 m對(duì)稱設(shè)置7根工字鋼，在雙肢墩之間全部為45a工字鋼，之外即1號(hào)段底部為(63a+ 5×45a+63a)工字鋼，之上橫向按照間距42.5 cm(1號(hào)段)和85 cm (0號(hào)段)設(shè)置32a工字鋼作為箱梁翼板和底板模板支撐，遇到墩身的那根工字鋼型號(hào)為45a。翼板支架為槽鋼焊接的鋼桁架(見圖1)，桁架縱向間距85 cm布置。托架起步段見圖2。

圖1 槽鋼焊接鋼桁架

2.2 托架縱向牛腿設(shè)計(jì)計(jì)算

1)荷載統(tǒng)計(jì)。

按照箱梁托架/支架布置情況，按最大截面鋼筋混凝土進(jìn)行分析，托架箱梁荷載統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 箱梁自重荷載計(jì)算結(jié)果

2)模型建立。

利用有限元方法對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，其有限元模型如圖3所示。

3)計(jì)算分析。

模型建立后經(jīng)過計(jì)算得出各個(gè)承載構(gòu)件的最大應(yīng)力圖，如圖4，圖5所示。

計(jì)算得出托架最大應(yīng)力為110 MPa＜［σ］=140 MPa，滿足強(qiáng)度要求。托架承受最大剪力τ=83 MPa＜［τ］=85 MPa，滿足規(guī)范和使用要求。經(jīng)過計(jì)算驗(yàn)證托架設(shè)計(jì)合理之后，開始下一步的托架施工安裝準(zhǔn)備。

圖2 托架起步段圖

圖3 托架有限元模型

圖4 牛腿鷹架正應(yīng)力分布圖（單位：MPa）

圖5 托架剪應(yīng)力分布圖（單位：MPa）

2.3 托架預(yù)壓

為了消除非彈性變形同時(shí)測(cè)定出托架的彈性變形量，需要為立模定標(biāo)高提供參數(shù)。采用堆載砂包的方法在模架、模板組裝就位后對(duì)支架進(jìn)行完全模擬施工狀態(tài)下的荷載加載試驗(yàn)［2］。具體方法為根據(jù)支架結(jié)構(gòu)和需要的噸位情況布置施力位置，在支架頂面的四角、中心及分配梁的跨中等具代表性的位置布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)。

荷載試驗(yàn)采用沙包堆載法，其中沙包的堆載分6個(gè)等級(jí): 0→50%σ→100%σ→120%σ→50%σ→0(σ為箱梁施工荷載)，進(jìn)行測(cè)量記錄，觀察支架的受力情況。1 h觀測(cè)一次，12 h觀測(cè)一次，24 h再測(cè)量觀察一次。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出懸臂的荷載—撓度曲線，提供接下來(lái)線性控制懸臂施工的力學(xué)依據(jù)，同時(shí)由試驗(yàn)得出的桿件內(nèi)力可計(jì)算出實(shí)際施工中懸臂的實(shí)際承載能力，通過以上兩點(diǎn)能獲得更有效的懸臂使用安全系數(shù)，保證施工的安全進(jìn)行。

3 掛籃施工

3.1 掛籃結(jié)構(gòu)

主流的施工掛籃一般為菱形掛籃，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在擁有良好的承載能力及較大剛度的同時(shí)，機(jī)械化程度也較高，能夠較便捷的操作。掛籃的主要組成部分包括主桁架、行走系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、吊帶系統(tǒng)、底平臺(tái)系統(tǒng)、模板系統(tǒng)。具體構(gòu)造見圖6和圖7。

圖6 掛籃結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 菱形掛籃圖

3.2 掛籃拼裝

掛籃各結(jié)構(gòu)的拼接安裝需按以下過程:首先需安裝的構(gòu)件有軌道→桁架片→主桁前后橫梁桁片→主桁上下平聯(lián)→地模平臺(tái)→外模系統(tǒng)→內(nèi)模系統(tǒng)→懸吊工作平臺(tái)。縱向構(gòu)件的張拉需在灌注完畢的混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度，而掛籃移動(dòng)則要等待張拉后壓漿，這時(shí)需保證壓漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%，完成后開始下一段。

3.3 掛籃試驗(yàn)

為了保證掛籃施工安全，需對(duì)其實(shí)際承載能力及在梁段荷載作用下的變形進(jìn)行測(cè)定，荷載加載開始于掛籃拼裝完畢，按照最不利施工荷載對(duì)梁段進(jìn)行等效加載，測(cè)定指標(biāo)為荷載作用下的掛籃撓度和相對(duì)應(yīng)的控制桿件內(nèi)力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出掛籃的荷載—撓度曲線，提供接下來(lái)線性控制懸臂施工的力學(xué)依據(jù)，同時(shí)試驗(yàn)得出的桿件內(nèi)力可計(jì)算出實(shí)際施工中掛籃的實(shí)際承載能力，通過以上兩點(diǎn)能獲得更有效的掛籃使用安全系數(shù)，保證施工的安全進(jìn)行?，F(xiàn)階段常用的荷載加載方法有沙包堆積模擬加載。

4 結(jié)語(yǔ)

該工程工程量大，路線較長(zhǎng)且施工地形復(fù)雜，施工時(shí)存在較多的技術(shù)難點(diǎn)，為保證高速公路大橋施工的質(zhì)量和安全，設(shè)計(jì)采用托架施工完成梁段，掛籃施工方法完成懸澆連續(xù)段，最后合龍段則利用掛籃底模吊架施工。根據(jù)托架設(shè)計(jì)及掛籃的組成，通過相關(guān)軟件計(jì)算了在實(shí)際荷載下的托架及掛籃的安全性能，證明其滿足相關(guān)安全要求。實(shí)踐證明，教子川大橋采用的托架掛籃施工方法安全且質(zhì)量進(jìn)度可控，在高速公路大橋施工中有較高實(shí)用價(jià)值。

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Research on construction technology of Jiaozichuan bridge in Qingdao to Lanzhou highway

Jiang Hu

(Communication Department of Gansu Province，Lanzhou 730030，China)

From Jiaozichuan bridge along Qingdao-Lanzhou highway，the paper illustrates from themain structures，piecewise bracket，cantilever at continuous hanging basket，and hanging framework at closure sections，analyzes the design requirements for the bracket and hanging basket，proves its design to be reasonable and adoptable in the construction process，and its research result can provide some reference for the design and management of similar bridges.

continuous rigid bridge，bracket construction，hanging basket construction

U445

A

1009-6825(2015)29-0178-03

2015-08-08

姜 虎(1980-)，男，工程師