高架橋連續(xù)箱梁施工中臨時支撐體系設(shè)計及應(yīng)用

蘭中海 劉曉光 趙玉磊

摘 要：我國交通建設(shè)發(fā)展的速度是我們可以看到的，國內(nèi)各區(qū)域高速公路網(wǎng)建設(shè)也逐步完善并穩(wěn)步發(fā)展，高速公路高架橋施工結(jié)構(gòu)及外觀質(zhì)量也逐步提高了，但還存在著一些問題，例如，橋梁非結(jié)構(gòu)性裂縫（塑性裂縫、溫差裂縫、長期干縮裂縫、龜裂縫等）、混凝土表面不平整等問題，這些橋梁施工的常見問題對結(jié)構(gòu)安全和使用上是有直接影響的。

關(guān)鍵詞：高架橋；鋼筋混凝土；現(xiàn)澆連續(xù)箱梁；臨時支撐體系

1 前言

隨著我國公路建設(shè)的快速發(fā)展，對連接高速公路的橋梁施工工藝也相應(yīng)的提高。為了適應(yīng)我國公路發(fā)展需求的變化，建設(shè)出質(zhì)量更高、適用性更強(qiáng)的橋梁結(jié)構(gòu)，一種新的橋梁結(jié)構(gòu)———先簡支后連續(xù)粱橋應(yīng)運(yùn)而生。這種新型結(jié)構(gòu)的公路橋梁結(jié)合了我國傳統(tǒng)的簡支橋梁與連續(xù)橋梁的特點(diǎn)，在實(shí)際的建筑工程中大大提高了橋梁的質(zhì)量，節(jié)約了橋梁建設(shè)的成本，因此被廣泛的應(yīng)用于我國現(xiàn)代公路橋梁的建設(shè)中。

2 連續(xù)箱梁施工技術(shù)工藝

2.1 地基處理

由于高速公路高架橋建設(shè)大部分位于野外，地質(zhì)條件復(fù)雜，地基承載力較小。為了防止在箱梁施工過程中支架地基發(fā)生沉降的情況，需要對承載力不足的地基進(jìn)行處理，常采用的方法為換填法。即挖除非適用材料后，可采用石灰土或低劑量水泥土分層填筑碾壓夯實(shí)，分層厚度不大于20cm，這樣可以保證每一層的碾壓質(zhì)量，確保地基承載力滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

2.2 模版支架搭建

對于碗扣式的滿堂支架工程，支架在搭設(shè)之前，先要做的就是在起點(diǎn)和終點(diǎn)把軸線放出來，在曲線半徑較小的地方，把支架從中間分成兩斷，要求支架的軸線要和這一段箱梁結(jié)構(gòu)的中心線上的起點(diǎn)和終點(diǎn)達(dá)到重合的狀態(tài)。然后再對其進(jìn)行連接，按支架立桿設(shè)計間距在垂直于軸線的左右兩個方向都放上混凝土墊塊、底托。把這些每個段的支架縱向和橫向都控制到基本處于一個平面的情況下就可以搭設(shè)支架了。

箱梁滿堂支架布置間距為縱橋向1.0m，橫橋向1.0m，支點(diǎn)附近支架需加密間距0.4×0.5m；縱橫向水平鋼管每層門架設(shè)一層，支架底、上設(shè)掃地桿和收頂桿，支架橫向每隔三排設(shè)剪刀撐一列：測量放樣→安裝底托調(diào)平→安裝底層門架→安裝縱橫水平鋼管→安裝上層門架→安裝調(diào)節(jié)桿→安裝頂托調(diào)平→安裝剪刀撐及斜撐。

2.3 支架預(yù)壓

支架預(yù)壓就是指支架搭設(shè)后對其進(jìn)行預(yù)壓，主要目的就是可以準(zhǔn)確的檢驗(yàn)出支架以及地基上的強(qiáng)度以及其的穩(wěn)定性，從而消除整個支架可能會產(chǎn)生的一些彈性和非彈性變形以及地基變形。預(yù)壓的過程就是進(jìn)行精確的測量的過程，可以測出梁段荷載作用下可能會出現(xiàn)的一些變形的情況。對于外側(cè)支架在其兩米處一定要設(shè)置一定的防護(hù)措施，用來防止遇到雨雪天氣時雨水流入支架內(nèi)部，從而導(dǎo)致支架地基變形甚至是下沉。預(yù)壓完成以后需要對整體支架進(jìn)行一定的調(diào)整，確保其符合支架設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求。

3 臨時支撐體系、臨時支座設(shè)計

高架橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁頂寬9.0m，底寬5.0m，兩側(cè)懸臂長各2.0m，懸臂板端部厚20cm，根部厚60cm。箱梁中心線處根部高度5.2m，跨中高度2.6m，37m邊跨梁高2.6m，箱梁根部底板厚70cm，跨中底板厚28cm，箱梁高度以及箱梁底板厚度按2.0次拋物線變化。箱梁腹板根部厚70cm，跨中厚50cm，利用一個箱梁節(jié)段直線變化，箱梁頂板厚度28cm。箱梁澆筑分段長度依次分別為：0號段8.0m+3×3.0m+4×3.5+4×4.0m，累計懸臂施工長度43.0m，懸臂澆筑梁段最大控制重量約為970kN，邊跨和中跨合攏段長采用2m，左邊跨滿堂支架現(xiàn)澆段長5.88m，右邊跨及37m跨滿堂支架現(xiàn)澆段長42.92m。

3.1 施工場地布置

3.1.1 施工便道

由于本工程位于石家莊市區(qū)，空間狹窄，跨越多條城市主干道，匝道與多條道路交叉，施工道路通行尤其重要，施工便道沿橋梁紅線范圍內(nèi)設(shè)置，道路在原有地面基礎(chǔ)上，平整道路地面，地面鋪設(shè)石屑，灑水夯實(shí)碾壓后即可通行。

3.1.2 生產(chǎn)生活設(shè)施

鋼筋加工，就近平整場地，現(xiàn)場加工制作。

石家莊市和平路高架西延伸工程和平路-西二環(huán)立交NE匝道項(xiàng)目分部設(shè)在石家莊市科融商業(yè)綜合大廈后院，租賃民房進(jìn)行裝修改造以滿足日常辦公、住宿的需求。現(xiàn)場施工作業(yè)人員在現(xiàn)場設(shè)置簡易房辦公住宿。

3.1.3 臨時用電

石家莊市和平路高架西延伸工程和平路-西二環(huán)立交NE匝道在古中山公園引電。

3.1.4 混凝土拌合站

本標(biāo)段使用北京城建銀龍混凝土有限公司石家莊分公司攪拌站具備C50混凝土制備條件，可滿足連續(xù)梁施工。北京城建銀龍混凝土有限公司石家莊分公司混凝土制品中心，位于石家莊市石青公路附近，360攪拌機(jī)組，分2個320t水泥罐倉，2個180t粉煤灰罐倉，2個30t外加劑倉，砂子料倉3個，骨料存放倉6個。攪拌站至石家莊市和平路-西二環(huán)立交NE匝道連續(xù)梁工點(diǎn)約13公里，使用12m3混凝土罐車，運(yùn)輸時間約30min，滿足使用要求。

3.2 臨時支撐體系布置

臨時支撐體系由支撐鋼管（Φ800mm×15mm）與預(yù)應(yīng)力體系共同組成，是箱梁懸臂施工中的主要受力構(gòu)件。當(dāng)箱梁兩懸臂偶爾出現(xiàn)不對稱荷載作用時，是保證本橋施工安全及懸臂傾覆穩(wěn)定的重要措施。

墩身縱橋向方向每側(cè)設(shè)置兩排鋼管（Φ800mm×15mm），每排鋼管3根，共計12根支撐鋼管。墩身每側(cè)兩排鋼管順橋向凈距1000mm，內(nèi)側(cè)鋼管距墩身1300mm。鋼管之間采用雙向[20a槽鋼做為連接系。順橋向中間兩排鋼管與墩身連接，連墻件采用雙向[20a槽鋼，墩身施工時提前預(yù)埋鋼板。每根鋼管位置埋入4根Φ32精軋螺紋鋼、錨具、波紋管及螺旋筋，精軋螺紋鋼埋入承臺深度分別為0.8m、1.0m、1.2m、1.5m。另一端在箱梁底板內(nèi)張拉錨固。鋼管與承臺法蘭盤焊接后，鋼管內(nèi)灌注C50混凝土。

3.3 臨時支座布置

臨時固結(jié)支座主墩每墩各2個，每個尺寸為5m×0.35m×0.5m（長×寬×高）。現(xiàn)澆C50混凝土。設(shè)平均層距5cm的加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)。

3.4 荷載計算

各段梁體參考數(shù)見表1。

3.4.1 最大豎向支反力計算：

恒載：梁體重11241×2=22482kN；

活載：掛籃重490×2=980kN；

機(jī)具、人員、材料按500kN考慮；

最大豎向支反力為：

1.2×22482+1.4×（980+500）=29052.8kN

3.4.2 縱橋向最大不平衡彎矩計算：

依據(jù)設(shè)計要求，假定兩種最大不利工況：

（1）假定11#梁段澆筑過程中出現(xiàn)兩端施工進(jìn)度不對稱，即一端已澆筑完成，另一端澆筑一半；（2）澆筑11#梁段完成掛籃在對稱移動過程中一側(cè)突然墜落。

計算知假定工況a時，中支點(diǎn)處最大不平衡縱橋向彎矩為：15348kN·m，假定工況b時，中支點(diǎn)處最大不平衡縱橋向彎矩為：21070kN·m，故，縱橋向最大不平衡彎矩取21070kN·m為計算依據(jù)。

3.4.3 橫橋向最大不平衡彎矩計算：

由于主梁不是在一條直線上，所以會產(chǎn)生橫橋向彎矩，最大偏心距離為0.7m，中支點(diǎn)處橫橋向最大不平衡彎矩估算值為：

29052.8×0.35=10169kN·m。

4 臨時支撐體系檢算

4.1 荷載分布情況

4.1.1 臨時固結(jié)支墩彎矩荷載

根據(jù)要求，Φ32精軋螺紋鋼應(yīng)能承受中支點(diǎn)處縱橋向最大不平衡彎矩21070kN·m和橫橋向最大不平衡彎矩10169kN·m，因臨時固結(jié)支墩分布于兩支座處，于橫向中心線分兩處進(jìn)行外力縱橋向彎矩加設(shè)，于縱向中心線分兩處進(jìn)行橫橋向彎矩加設(shè)。縱橋向不平衡彎矩引起的臨時支墩每處支反力大小為：21070kN·m/2.95/6=1190kN，其中一側(cè)受拉一側(cè)受壓。橫橋向不平衡彎矩引起的臨時支墩每處支反力大小為：10169kN·m/1.45/4=1753kN，其中一側(cè)受拉一側(cè)受壓。

4.1.2 臨時固結(jié)豎向荷載

根據(jù)設(shè)計要求，最大豎向支反力29052.8kN由12個臨時支墩與2個臨時墊塊共同支承，橋墩臨時固結(jié)支座按最不利工況進(jìn)行檢算，即只考慮臨時支墩承擔(dān)荷載，臨時支墩每根鋼管處支反力大小為：

29052.8kN/12=2421kN。

4.2 臨時固結(jié)強(qiáng)度檢算

根據(jù)“臨時固結(jié)布置圖”，臨時固結(jié)800mm直徑壁厚15mm輔助鋼管柱作為臨時固結(jié)措施。鋼管柱的抗壓設(shè)計強(qiáng)度fy為210MPa，臨時固結(jié)面積為π[×]（0.82-0.772）/4=0.03699m2，則單根鋼管柱的抗壓力為：[R=fy×A=7764KN]C50混凝土的抗壓設(shè)計強(qiáng)度fc為23.1MPa，臨時固結(jié)面積為π[×]0.772/4=0.4656m2，則混凝土的抗壓力為：

[R=fc×A=10750]kN

臨時支墩抗壓檢算：

7764+10750=18514kN>2421+1753+1190=5364kN

故臨時固結(jié)抗壓強(qiáng)度滿足要求。

在最不利彎矩作用下，臨時支墩承受的最大豎向拉力為：1753+1190-2421=522kN，單個臨時支墩體系共設(shè)4根Φ32精軋螺紋鋼，則單根螺紋鋼受的最大拉應(yīng)力為：522KN/（4×803mm2）=163MPa，小于設(shè)計應(yīng)力770MPa，滿足施工要求。

故臨時支墩抗拉強(qiáng)度滿足要求。

為保證施工安全，建議必須嚴(yán)格控制不平衡重量，同時在澆筑合攏段時，采取有效措施，保證邊直段盡快參與整體受力。

4.3 鋼管柱穩(wěn)定性檢算

鋼管柱按一端固定一端鉸接的軸心壓桿計算，其穩(wěn)定性計算公式為：

[[σ]=φf]

式中：

[φ]——壓桿的穩(wěn)定系數(shù)；

fy、fc——材料強(qiáng)度設(shè)計值，Q235和C50分別取210和23.1MPa。

鋼管柱的最大長度為10m，故長細(xì)比為35，穩(wěn)定系數(shù)[φ]查表得0.952，所以：

[[σ]y=φfy=0.952×210=199MPa]

[[σ]c=φfy=0.952×23.1=22MPa]

R=[φ][×]fy[×]Ay+[φ][×]fc[×]Ac=17604kN>5364kN

所以鋼管柱穩(wěn)定性滿足要求。

5 混凝土澆筑施工

對于混凝土澆筑施工方面也要遵守一定的順序進(jìn)行施工。首先是對橫梁和腹板進(jìn)行澆筑，然后是底板，最后是腹板的補(bǔ)料和頂板的混凝土澆筑。每一個澆筑段都要對其進(jìn)行相對應(yīng)的澆筑方式，混凝土采用罐車運(yùn)輸、泵車泵送。對于橫梁這一澆筑段，當(dāng)澆筑到三分之二的時候，就要開始對箱梁的腹板混凝土進(jìn)行澆筑，每一次的腹板澆筑長度為一跨，腹板混凝土的澆筑中采用的方式要是分層澆筑，控制好每一層的混凝土的厚度要求在30厘米內(nèi)，并且保證兩側(cè)的混凝土的澆筑高度一致。

對于頂板混凝土的澆筑，在混凝土澆筑之前，要具體的標(biāo)出頂板混凝土的標(biāo)高。對于頂板的收面可以分為三個部分，前提是在頂板的混凝土上放料之后，第一根據(jù)設(shè)計的標(biāo)高，人工的用鐵鍬將混凝土弄平，使其平整，第二是要用尺子根據(jù)理論上的標(biāo)高橫向的收面，人工進(jìn)行補(bǔ)料的配合，從而控制好混凝土的表面的標(biāo)準(zhǔn)高以及保證混凝土表面的平整性，第三部就是人工在混凝土初期凝固之前，用工具進(jìn)行二次壓面，從而消除混凝土表面以下比較細(xì)小的裂縫等，完成后用笤帚進(jìn)行拉毛。還有一個重要的點(diǎn)就是混凝土初期凝固后要對工程進(jìn)行合理的養(yǎng)護(hù)，具體的養(yǎng)護(hù)過程是在初步凝固的時候可以塑料膜覆蓋或采用麻袋片覆蓋，并通過灑水的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，每天灑水的次數(shù)控制在三到四次，一定要保證混凝土表面不可以出現(xiàn)干燥的狀況，對于養(yǎng)護(hù)的天數(shù)需根據(jù)現(xiàn)場天氣情況及規(guī)范要求以及混凝土強(qiáng)度增長情況而定。通過以上的施工過程的具體分析以及各個工序質(zhì)量的控制，會使得整個施工過程都達(dá)到很好的施工效果。會大大提高我國高速公路高架橋鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工技術(shù)。

6 總結(jié)

綜合上面所講，高速公路建設(shè)在飛速發(fā)展的歷程中，對于其鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的施工過程中，施工方法和技術(shù)都對整個工程有著十分重要的作用；在這些方法掌握的基礎(chǔ)上，還需要做的就是要研究和探討出一些比較創(chuàng)新的施工方法，可以對施工工程的質(zhì)量做到保證，還能夠節(jié)約一些施工中所用到的材料和資源，縮短工期，使整個工程不僅外觀好，質(zhì)量好，還可以達(dá)到更加的經(jīng)濟(jì)效果。

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