V型墩平衡架內(nèi)外支撐施工方法

葛棟

中交三航局第三工程有限公司

V型墩平衡架內(nèi)外支撐施工方法

葛棟

中交三航局第三工程有限公司

本文闡述了華渡橋V型墩預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)斜腿采用貝雷片平衡架內(nèi)外支撐施工方法和采取的相關(guān)技術(shù)措施，以及對(duì)施工中V構(gòu)體系形成分四個(gè)階段重點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

V型墩連續(xù)剛構(gòu)；斜腿；平衡架；外置式勁性型鋼骨架；臨時(shí)支墩

1 工程概況

錫溧漕河北接京杭運(yùn)河蘇南段，南連蕪申運(yùn)河，是京杭運(yùn)河的重要次干航道。在長(zhǎng)江三角洲高等級(jí)航道網(wǎng)布局規(guī)劃方案“兩縱兩橫”中，錫溧漕河為一縱的重要組成部分，規(guī)劃為Ⅲ級(jí)航道。

華渡橋位于常州市武進(jìn)區(qū)禮嘉鎮(zhèn)華渡村，是錫溧漕河(常州段)航道整治工程改建橋梁之一。主橋上部結(jié)構(gòu)采用50m+80m+50m三跨V型墩預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，橋?qū)?1m。主梁為單箱單室變截面、直腹式三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力采用Ф15.24mm鋼絞線和Ф32mm精軋螺紋鋼張拉體系。V型墩結(jié)構(gòu)由墩座和兩個(gè)斜腿與其頂部主梁0#塊段組成倒三角形結(jié)構(gòu)，V型墩兩斜腿為等截面實(shí)體矩形板式預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。斜腿軸線與墩中心線交角50°，從墩座到0#塊箱梁底板中跨側(cè)布設(shè)8束9-Ф15.24mm預(yù)應(yīng)力鋼束，邊跨側(cè)布設(shè)10束9-Ф15.24mm預(yù)應(yīng)力鋼束，上下固結(jié)，即V型墩兩斜腿上端與主梁0#塊段剛性連接，下端與承臺(tái)墩座剛性連接，從而形成連續(xù)剛構(gòu)（見圖1）。

圖1 V型墩預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)

雖然該種橋型結(jié)構(gòu)獨(dú)特、簡(jiǎn)潔美觀，且可適當(dāng)減小主梁截面結(jié)構(gòu)高度，但V型墩剛度較大，其梁體內(nèi)力受混凝土收縮徐變影響較突出，設(shè)計(jì)技術(shù)要求及施工技術(shù)難度均較大，故該種結(jié)構(gòu)型式的橋梁較少見。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

V型墩及0#塊段區(qū)域?qū)儆谌S空間結(jié)構(gòu)體系，構(gòu)造比較復(fù)雜，是V構(gòu)橋梁的受力關(guān)鍵位置，V型墩及0#塊段支架分內(nèi)、外支撐，澆筑該區(qū)域混凝土的過程中，結(jié)構(gòu)極易受支架變形的影響產(chǎn)生裂縫，因此支架必須有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，從而減少澆筑后的混凝土受支架變形的影響，保證V型墩結(jié)構(gòu)外形尺寸和施工質(zhì)量，以及在外部荷載作用下斜腿不產(chǎn)生拉應(yīng)力。

3 施工技術(shù)難點(diǎn)

1)V型墩斜腿與0#塊段形成倒三角形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)夾角達(dá)80°。兩只斜腿未形成倒三角之前，其混凝土結(jié)構(gòu)自身及支架將承受很大的水平力，如何保證支架的剛度和穩(wěn)定性以克服水平力，從而確保澆筑混凝土過程中斜肢根部?jī)?nèi)側(cè)混凝土不開裂。

2)V型墩斜腿為等截面實(shí)體矩形板式截面，如何保證截面尺寸和預(yù)應(yīng)力管道精確定位。

3)如何準(zhǔn)確、全面地測(cè)定V型墩斜腿施工過程中的變位，以控制0#塊段線形。

4)采用何種施工支撐體系，以保證經(jīng)濟(jì)、合理、安全地施工。

4 施工方法選定

在考慮本橋施工方案時(shí)，參考了國(guó)內(nèi)外類似結(jié)構(gòu)體系橋梁的施工方法，目前較常用的施工方法包括兩種：①平衡架內(nèi)外支撐加水平預(yù)應(yīng)力拉桿相結(jié)合方法；②萬能桿件平衡架內(nèi)支撐方案。通過對(duì)比，并結(jié)合V型墩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工條件等具體情況，決定采用平衡架內(nèi)外支撐加水平預(yù)應(yīng)力拉桿相結(jié)合方法施工，采用該法施工時(shí)，V型墩施工用支架由內(nèi)側(cè)平衡架和外置式勁性型鋼骨架組成，外置式勁性型鋼骨架由斜腿內(nèi)側(cè)外置式勁性型鋼骨架和斜腿外側(cè)外置式勁性型鋼骨架組成。

5 施工方法說明

V構(gòu)體系分如下四個(gè)階段施工形成：①臨時(shí)支墩+外側(cè)外置式勁性型鋼骨架；②內(nèi)側(cè)外置式勁性型鋼骨架+平衡架+水平預(yù)應(yīng)力拉桿；③普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)+水平預(yù)應(yīng)力拉桿；④預(yù)應(yīng)力混凝土永久結(jié)構(gòu)。本橋V型墩與0#塊段支架相結(jié)合考慮，同步實(shí)施。混凝土分三次澆筑：第一次澆筑墩座（含斜腿根部0.2m）；第二次對(duì)稱澆筑2只斜腿，高度至主梁底板下緣；第三次澆筑0#塊段，并張拉預(yù)應(yīng)力鋼束后形成整體倒三角形預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。其中V型墩身斜腿施工時(shí)先安裝外側(cè)外置式勁性型鋼骨架及外模，再綁扎斜腿鋼筋、固定預(yù)應(yīng)力鋼束和安裝內(nèi)模，然后安裝內(nèi)側(cè)外置式勁性型鋼骨架、平衡架和水平預(yù)應(yīng)力拉桿，最后通過收緊拉桿調(diào)整模板。具體施工方法如下：

5.1 第一階段施工

5.1.1 承臺(tái)、墩座施工

承臺(tái)、墩座施工時(shí)，預(yù)埋斜腿預(yù)應(yīng)力鋼束固定端P錨、塑料波紋管、外側(cè)外置式勁性型鋼骨架支墩和斜肢鋼筋等。斜腿根部0.2m與墩座一起澆筑混凝土以作為施工縫。

5.1.2 臨時(shí)支墩

為了增強(qiáng)穩(wěn)定性和以后0#塊段施工的，在承臺(tái)縱橋向兩側(cè)布設(shè)2根Φ1.2m的鉆孔灌注樁，并在樁頂澆筑0.8m×1.3m的鋼筋混凝土蓋梁形成整體外側(cè)外置式勁性型鋼骨架臨時(shí)支墩，臨時(shí)支墩頂面與主墩承臺(tái)等高。

5.1.3 外側(cè)外置式勁性型鋼骨架

外側(cè)外置式勁性型鋼骨架與斜腿外模同步安裝。外側(cè)外置式勁性型鋼骨架每側(cè)對(duì)稱布置3道，分別用豎向36＃雙拼工字鋼壓住斜腿外模橫向圍檁，并用3組36＃雙拼工字鋼分別作為斜腿上、下端斜支撐。上端斜支撐上口與豎向36#雙拼工字鋼焊接，下口與臨時(shí)支墩頂預(yù)埋鋼板焊接；下端斜支撐上口與豎向36#雙拼工字鋼焊接，下口與主墩承臺(tái)頂預(yù)埋鋼板焊接。同時(shí)考慮到平衡臨時(shí)支墩由于上端斜支撐產(chǎn)生的水平力，增設(shè)3道水平向25#雙拼工字鋼拉桿，水平拉桿兩端分別與上、下端斜支撐的下口鋼板焊接形成整體的外側(cè)外置式勁性型鋼骨架。

外側(cè)外置式勁性型鋼骨架布置具體詳見圖2。

5.2 第二階段施工

5.2.1 鋼筋綁扎及模板安裝

外側(cè)外置式勁性型鋼骨架及外模安裝完畢后進(jìn)行斜腿鋼筋焊接及綁扎，并同步固定斜腿預(yù)應(yīng)力鋼束管道，然后安裝內(nèi)模及端模。

5.2.2 內(nèi)側(cè)外置式勁性型鋼骨架

內(nèi)、外側(cè)外置式勁性型鋼骨架相互對(duì)應(yīng)布置。內(nèi)側(cè)外置式勁性型鋼骨架同樣是由3道6組36＃雙拼工字鋼與“T”字型平衡架頂面36＃雙拼工字鋼對(duì)應(yīng)焊接成整體后形成倒三角骨架，以壓住2只斜腿內(nèi)側(cè)模板的橫向圍檁，增強(qiáng)斜腿內(nèi)模橫向剛度。

5.2.3 平衡架

平衡架采用橫橋向布置雙排雙層貝雷片作為兩斜腿間的內(nèi)平衡架豎向支撐，貝雷片頂面安放砂筒后再順橋向布設(shè)3道36＃雙拼工字鋼，形成“T”字型整體平衡架，同時(shí)考慮到內(nèi)側(cè)外置式勁性型鋼骨架及平衡架的整體穩(wěn)定性，以及作為0#塊段底模支架，因此對(duì)應(yīng)增加3道25＃雙拼工字鋼內(nèi)撐，以增強(qiáng)頂面36＃雙拼工字鋼的剛度。

事先在墩座頂面澆筑正方形混凝土墊塊調(diào)節(jié)平衡架高度，平衡架落在混凝土墩頂?shù)碾p拼25#工字鋼上，接觸面間均用預(yù)埋鋼板固結(jié)成整體，以增加內(nèi)側(cè)平衡架的穩(wěn)定性。

圖2 外側(cè)外置式勁性型鋼骨架布置圖

5.2.4 預(yù)應(yīng)力水平拉桿

內(nèi)、外側(cè)外置式勁性型鋼骨架、內(nèi)側(cè)平衡架三者一一對(duì)應(yīng)，通過順橋向水平設(shè)置的3排共9根JL32精軋螺紋鋼拉桿將三者連成整體，也就是將兩只斜腿模板形成整體，同時(shí)平衡施工時(shí)作用在外側(cè)外置式勁性型鋼骨架上的水平力。

內(nèi)側(cè)外置式勁性型鋼骨架布置具體詳見圖3。

5.3 第三階段施工

V型墩2只斜腿混凝土采取對(duì)稱一次性澆筑成型，且高差需控制在1.0m以內(nèi)，以確保平衡架的穩(wěn)定。澆筑結(jié)束時(shí)，需在斜腿頂部埋設(shè)部分鋼筋，并在斜腿混凝土接頭處需處理成鋸齒形,以增強(qiáng)新舊混凝土斷面的抗剪能力。

圖3 內(nèi)側(cè)外置式勁性型鋼骨架及平衡架布置圖(單位：m)

5.4 第四階段施工

本橋0#塊段長(zhǎng)20m，與V型墩斜腿剛性連接，相當(dāng)于倒三角形結(jié)構(gòu)合攏段。該部位結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、技術(shù)含量高、施工難度大。其混凝土重量直接作用于斜腿頂端，并將在斜腿根部產(chǎn)生很大的負(fù)彎矩，為防止?jié)仓炷梁笮蓖雀績(jī)?nèi)側(cè)混凝土開裂，采取在0#塊段混凝土澆筑前預(yù)先張拉2只斜腿上的9根JL32精軋螺紋鋼水平預(yù)應(yīng)力拉桿。

V型墩施工完成后，進(jìn)行0#塊段支架補(bǔ)充加固、立模、綁扎鋼筋、預(yù)埋波紋管澆筑混凝土，并待混凝土達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，先張拉0#塊段縱向、橫向預(yù)應(yīng)力束，然后張拉斜腿預(yù)應(yīng)力束，使之進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，最終形成預(yù)應(yīng)力混凝土永久結(jié)構(gòu)。

6 施工監(jiān)測(cè)

1)為防止施工過程中其根部?jī)?nèi)側(cè)混凝土開裂，澆筑混凝土之時(shí)用儀器采集數(shù)據(jù)，對(duì)其變位跟蹤量測(cè)。頂端最大向外位移僅3mm，證明平衡架和勁性鋼骨架整體剛度較強(qiáng)。

2)觀測(cè)平衡架縱、橫向穩(wěn)定和變位。

3)監(jiān)測(cè)0#塊段支架彈性和非彈性變形，以控制其線性。

7 施工體會(huì)

1)平衡架內(nèi)外支撐加水平預(yù)應(yīng)力拉桿相結(jié)合方法作為V型墩施工支撐系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠。

2)外側(cè)外置式勁性型鋼骨架與斜腿外模同步安裝方便斜腿鋼筋安裝施工操作，且內(nèi)、外側(cè)外置式勁性型鋼骨架及平衡架支撐體系剛度大，直接作為0#塊段施工支架，可節(jié)約工程成本，加快施工進(jìn)度。

3)采用Ф1.2m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)和鋼筋混凝土蓋梁形成臨時(shí)支墩與主承臺(tái)共同作為V型墩與0#塊段施工支架的承力基礎(chǔ)，具有基礎(chǔ)剛度大、下沉變形小，以及方便施工支架搭設(shè)和保證整體穩(wěn)定性等特點(diǎn)。

4)實(shí)踐證明：華渡橋2座V型墩施工未發(fā)生任何質(zhì)量事故，且拆模后外觀光潔，平衡架內(nèi)外支撐加水平預(yù)應(yīng)力拉桿相結(jié)合方法施工V型墩是可行的。

[1]錫溧漕河(常州段)航道整治工程華渡橋施工圖設(shè)計(jì).

[2]錫溧漕河(常州段)航道整治工程華渡橋V墩及0#塊段施工技術(shù)方案.

[3]錫溧漕河(常州段)航道整治工程華渡橋施工監(jiān)測(cè)報(bào)告.

[4]JTG/T F50－2011.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].