單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋箱梁施工技術(shù)

田復(fù)之

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550003)

1 工程概況

望謨縣寧波大橋主橋?yàn)?0 m+60 m+40 m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)單箱三室箱梁，橋?qū)?0 m，底板總寬15 m，翼板寬度2.5 m，翼板根部高50 cm，邊緣20 cm。箱梁根部高截面高360 cm，腹板厚度80 cm，底板厚70 cm，頂板厚25 cm，中跨1/4跨徑和邊跨1/2跨徑處箱梁截面高240 cm，底板厚50 cm，腹板厚度65 cm。箱梁合攏段梁高2 m，墩頂處為3.6 m實(shí)心梁段。箱梁混凝土強(qiáng)度C50。

2 支架總體方案設(shè)計(jì)

主橋支架采用盤扣式鋼管滿堂支架，跨越城市道路處設(shè)置門洞跨越，跨越河流處設(shè)置棧橋加鋼管支架跨越。支架體系從下到上為地基、混凝基礎(chǔ)(或棧橋基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ))、φ630×12mm鋼管立柱(跨越道路或河流處)、φ400×8mm鋼管立柱(跨越道路或河流處)、45號(hào)工字鋼橫梁(跨越道路或河流處)、貝雷縱梁(跨越道路或河流處)、16號(hào)工字鋼橫梁(跨越道路或河流處)、鋼管支架、16號(hào)工字鋼橫梁、10×5 cm的方木及15 mm厚竹膠板模板。

支架豎向步距1.5 m，箱梁頂部加密為1 m，橫向間距為1.5 m，在腹板處加密為0.9 m。在梁端箱梁高度為3.6 m～3.2 m范圍內(nèi)，支架縱向間距為0.6 m；梁高在3.2 m～2.5 m范圍，支架縱向間距為0.9 m；梁高小于2.5 m范圍內(nèi)，縱向間距分別為1.2 m和1.5 m。箱梁空箱處以及腹板下滿鋪φ48鋼管為次楞，鋼管用鐵絲固定在工字鋼上，翼板處設(shè)置間距為0.25 m的10 cm×5 cm的方木作為次楞。

3 施工工藝技術(shù)

3.1 地基處理

承臺(tái)施工完畢后，先用砂土對(duì)支架范圍內(nèi)進(jìn)行分層回填，回填壓實(shí)度不低于96%。

3.2 基礎(chǔ)施工

地基處理完畢后，在支架范圍內(nèi)澆筑20 cm厚C20混凝土(門洞及河流處除外)作為支架基礎(chǔ)，基礎(chǔ)四周設(shè)置0.3 m×0.3 m截面的排水溝，排水溝需采用砂漿硬化8 cm，以便雨水及時(shí)排出，排水溝與路線水系水溝連通，將雨水引進(jìn)排水溝，確保地基部位不上水，不浸泡，保持基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。門洞及跨越河流處的基礎(chǔ)按設(shè)計(jì)要求施工，確保基礎(chǔ)質(zhì)量和設(shè)計(jì)高程準(zhǔn)確。

3.3 支架搭設(shè)

(1)第一跨(邊跨)支架

本橋第一跨跨余姚大道處采用型鋼和鋼管立柱搭設(shè)雙門洞直接跨越，現(xiàn)澆箱梁支架門洞自下而上為22 m×1 m×1 m的C20混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)、φ400×8 mm鋼管立柱、雙Ⅰ45b工字鋼橫梁、I28工字鋼縱梁、下I16工字鋼橫梁、鋼管支架、上I16工字鋼橫梁、φ48鋼管以及15 mm厚的竹膠板。

鋼管立柱采用Φ400 mm鋼管，壁厚8 mm，立柱間距按2.3 m、2.425 m、2.375 m、2.4 m、2.4 m、2.375 m、2.425 m、2.3 m布置。每一排立柱頂安裝24 m長(zhǎng)雙Ⅰ45a工字鋼橫梁，在雙Ⅰ45a工字鋼橫梁上搭設(shè)Ⅰ28工字鋼縱向分配梁，間距為50 cm，于45a工字鋼上根據(jù)立桿縱向間距布置下16號(hào)工字鋼橫梁。鋼管支架搭按2中要求的間距搭設(shè)。

(2)第二跨(主跨)支架

第二跨跨越望謨河，先施工棧橋基礎(chǔ)，然后在棧橋基礎(chǔ)上依次搭設(shè)鋼管立柱、貝雷梁以及鋼管支架的施工方法跨越。棧橋基礎(chǔ)為22 m×1.5 m×1 m的C25鋼筋混凝土，棧橋基礎(chǔ)上設(shè)置Φ630×12 mm鋼管立柱，縱向間距為9 m，橫向間距為3.9 m，高6.3 m。立柱采用20號(hào)槽鋼作剪刀撐增加立柱的穩(wěn)定性，立柱頂端搭設(shè)雙I45工字鋼橫梁，橫梁上縱向搭設(shè)貝雷片縱梁，腹板處間距為45 cm，其它地方間距為90 cm。貝雷片縱梁頂按鋼管立桿縱向間距布置I16工字鋼支撐鋼管立桿。

(3)第三跨(邊跨)支架

第三跨地基為回填雜土，地基承載力不能滿足要求，在2#、3#墩承臺(tái)上搭設(shè)3 m高的φ630 mm×12 mm的鋼管立柱，由于承臺(tái)不夠橫橋向布設(shè)6根鋼管立柱，需在承臺(tái)兩側(cè)各開(kāi)挖1顆樁徑1.2 m的樁基，樁基嵌入巖層，再把兩側(cè)樁基和承臺(tái)用C30混凝土澆筑成整體基礎(chǔ)，上搭設(shè)3 m高鋼管立柱。在2#墩、3#墩之間橫橋向開(kāi)挖樁徑1.2 m的樁基共6顆，橫向間距為3.9 m，縱橋間距9 m，共需要3排。樁基上橫橋向搭設(shè)45號(hào)工字鋼，工字鋼縱向間距與基礎(chǔ)下樁基縱向間距一致為9 m，再在工字上搭設(shè)貝雷片縱梁，貝雷片在腹板處間距為45 cm，其它地方間距為90 cm。貝雷片搭設(shè)完后，在其上滿堂支架，支架可調(diào)底托放置在16號(hào)工字鋼上。

3.4 支架預(yù)壓

澆筑混凝土前應(yīng)對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓，以檢驗(yàn)支架的剛度、承載力，同時(shí)消除支架的非彈性變形，確保支架系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，支架彈性形變以支架設(shè)置預(yù)拱度的方式予以消除。支架的預(yù)壓荷載不得小于現(xiàn)澆箱梁混凝土重量與模板自重及施工荷載之和的1.2倍。

預(yù)壓范圍為整體箱梁，采用砂袋預(yù)壓，每跨先加載跨中部位，由跨中向墩頂推進(jìn)，按預(yù)壓?jiǎn)卧秩?jí)加載，第一級(jí)加載60%，第二級(jí)加載至80%，第三級(jí)加載至100%，每級(jí)加載完成后，間隔12 h對(duì)支架的沉降進(jìn)行一次檢測(cè)，當(dāng)支架沉降量的平均值小于2 mm時(shí)再進(jìn)行下一級(jí)加載。

當(dāng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最初24 h的沉降量平均值小于1 mm或各監(jiān)測(cè)點(diǎn)終點(diǎn)最初72 h的沉降量平均值小于5 mm時(shí)，判定支架預(yù)壓合格。卸載過(guò)程與加載過(guò)程相反。

3.5 模板及鋼筋施工

鋼筋加工及安裝為常規(guī)施工工藝，模板均采用竹膠板加背楞的模板結(jié)構(gòu)方式，均為常規(guī)施工工藝。

3.6 預(yù)應(yīng)力工程

預(yù)應(yīng)力工程施工為常規(guī)施工工藝，按規(guī)范施工，在此不作累述。

3.7 混凝土澆筑

混凝土澆筑分兩次澆筑，第一次混凝土先澆筑底板、腹板、中橫梁、端橫梁，澆到腹板與頂板間的倒角處，第二次澆筑頂板及翼板混凝土，兩次混凝土澆筑時(shí)間間隔不大于7 d。

梁體混凝土澆筑順序：對(duì)于縱坡較大的應(yīng)從低處向高處進(jìn)行澆筑，對(duì)一般梁體要先澆筑各跨跨中部分(L/4～3L/4)，后澆支點(diǎn)部分。同一聯(lián)梁澆筑點(diǎn)從一端向另一端水平分層、斜向分段、兩側(cè)腹板對(duì)稱、連續(xù)澆筑。混凝土澆筑時(shí)采用分層澆筑、振搗，每層厚度為30 cm。

3.8 支架拆除

現(xiàn)澆箱梁支架必須在混凝土箱梁施工完成后(預(yù)應(yīng)力箱梁橋所有預(yù)應(yīng)力鋼束管道灌漿完成且混凝土箱梁強(qiáng)度達(dá)到100%。普通鋼筋混凝土箱梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后方可拆除，支架拆除順序?yàn)橄瓤缰校笾c(diǎn)，同時(shí)遵循對(duì)稱、少量、多次、逐漸完成的原則。

4 支架計(jì)算

根據(jù)《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》(JGJ231-2010)要求，支架荷載在允許荷載范圍內(nèi)，不再對(duì)盤扣支架進(jìn)行驗(yàn)算，只驗(yàn)算棧橋和門洞處相關(guān)構(gòu)件。

4.1 棧橋驗(yàn)算

(1)荷載統(tǒng)計(jì)

根據(jù)荷載統(tǒng)計(jì)顯示，鋼管立桿下支反力見(jiàn)表1。

表1 鋼管立桿支反力統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)荷載統(tǒng)計(jì)表顯示，向下傳遞最大力為3.6 m梁高處的立桿，故只驗(yàn)算腹板下的構(gòu)件。

(2)16#工字鋼橫梁驗(yàn)算

腹板下16#工字鋼驗(yàn)算

采用MIDAS/Civil結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件建立計(jì)算模型，取三跨連續(xù)梁建立計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1。

圖1 計(jì)算

經(jīng)過(guò)計(jì)算，16工字鋼橫梁最大彎拉應(yīng)力為σmax=64.65 MPa<[σ]=215 MPa，τmax=61.96 MPa<125 MPa，lmax=0.19 mm

(3)貝雷片主梁驗(yàn)算

貝雷片縱梁取3.6 m梁高下的一跨貝雷片計(jì)算(偏安全)，所受集中力為16工字鋼橫梁最大支反力P=52.34 KN，集中力間距為16工字鋼橫梁間距。

圖2

經(jīng)過(guò)計(jì)算，貝雷片主梁最大彎拉應(yīng)力為σmax=257.52 MPa<[σ]=1.3×215=279.5 MPa，τmax=73.3 MPa<1.3×125=162.5 MPa，lmax=16.53 mm

(4)45工字鋼橫梁驗(yàn)算

45工字鋼橫梁所受集中力為P=375.4 KN，由于工字鋼為雙45工字鋼，按單片工字鋼計(jì)算，其所受集中力為187.7 KN，集中力位置為貝雷片縱梁位置。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，16工字鋼橫梁最大彎拉應(yīng)力為σmax=182.5 MPa<[σ]=215 MPa，τmax=96.6 MPa<125 MPa，lmax=2.8 mm

(5)63鋼管立柱驗(yàn)算

經(jīng)過(guò)計(jì)算，63鋼管立柱最大應(yīng)力為σmax=56.96 MPa<[σ]=215 MPa，一階、二階、三階穩(wěn)定系數(shù)為126、4.515及無(wú)窮大，滿足要求。最大支反力為P=1 109.54 KN(基礎(chǔ)所受集中力)。

(6)基礎(chǔ)驗(yàn)算

基礎(chǔ)為C25鋼筋混凝土基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為17.5 MPa，長(zhǎng)22 m，寬1.5 m，高1.5 m，鋼管立柱與基礎(chǔ)接觸面積A=3.141 5×(0.63/2)2=0.311 7 m2，基礎(chǔ)所受集中力為P=1 109.54 KN，則基礎(chǔ)應(yīng)力為σ=P/A=1 109.54/0.311 7/1 000=3.6 MPa<17.5 MPa，滿足要求。

(7)地基承載力驗(yàn)算

基礎(chǔ)傳遞給地基的力為P=1 109.54 KN，基礎(chǔ)以45°角傳遞給地基，則基礎(chǔ)受力面積A=1.5×3=4.5m2，則地基承載力應(yīng)大于σ=P/A=1 109.54/4.5/1 000=0.25 MPa，故地基應(yīng)采取相應(yīng)措施使其承載力大于0.25 MPa。

4.2 門洞驗(yàn)算

門洞各型鋼及鋼管立柱的驗(yàn)算取梁高2.5 m處腹板下的鋼管立桿傳遞荷載為計(jì)算依據(jù)。

(1)16工字鋼橫梁驗(yàn)算

腹板下16工字鋼取兩跨計(jì)算，所受集中力為P=72.8 KN，計(jì)算跨徑為28工字鋼縱梁間距0.5 m。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，16工字鋼橫梁最大彎拉應(yīng)力為σmax=37.73 MPa<[σ]=215 MPa，τmax=63 MPa<125 MPa，lmax=0.1 mm<500/400=1.24 mm，滿足要求。最大支反力為P=53.17 KN，則貝雷片縱梁所受集中力為P=53.17 KN。

(2)28工字鋼縱梁驗(yàn)算

28工字鋼所受荷載為16工字鋼向下傳遞的支反力P=53.17 KN，計(jì)算跨徑5 m。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，28工字鋼縱梁最大彎拉應(yīng)力為σmax=207.83 MPa<[σ]=215 MPa，τmax=53.55 MPa<125 MPa，lmax=9 mm<5 000/400=12.5 mm，滿足要求。最大支反力為P=225.16 KN，則45工字鋼縱梁所受集中力為P=225.16 KN。

(3)45工字鋼橫梁驗(yàn)算

45工字鋼橫梁所受荷載為28工字鋼向下傳遞的支反力P=225.16 KN，橫梁為雙工字鋼橫梁，計(jì)算時(shí)按單片梁計(jì)算，故其所受集中力為P=112.58 KN，計(jì)算模型按設(shè)計(jì)圖整梁驗(yàn)算。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，45工字鋼橫梁最大彎拉應(yīng)力為σmax=80.03 MPa<[σ]=215 MPa，τmax=67.48 MPa<125 MPa，lmax=0.74 mm<2 300/400=5.75 mm，滿足要求。最大支反力為P=558.14 KN(φ40鋼管立柱所受集中力)。

(4)φ40鋼管立柱驗(yàn)算

經(jīng)過(guò)計(jì)算，φ40鋼管立柱最大應(yīng)力為σmax=113.3 MPa<[σ]=215 MPa，一階、二階、三階穩(wěn)定系數(shù)為26.01、2.2515及無(wú)窮大，滿足要求。最大支反力為P=1 116.28 KN(基礎(chǔ)所受集中力)。

(5)基礎(chǔ)驗(yàn)算

基礎(chǔ)為C25鋼筋混凝土基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為17.5 MPa，長(zhǎng)22 m，寬1 m，高1 m，φ40鋼管立柱與基礎(chǔ)接觸面積A=3.141 5×0.32=0.283 m2，所受集中力為P=1 116.28 KN，則基礎(chǔ)承擔(dān)的應(yīng)力為σ=P/A=1 116.28/0.283/1 000=3.94 MPa<17.5 MPa，滿足要求。

(6)地基驗(yàn)算

基礎(chǔ)傳遞給地基的力取鋼管立柱最大支反力P=1 116.28 KN，基礎(chǔ)以45°角傳遞給地基，則基礎(chǔ)受力面積A=1×2.6=2.6 m2，則地基承載力應(yīng)大于σ=P/A=1 116.28/2.6/1 000=0.43 MPa，故地基應(yīng)采取相應(yīng)措施使其承載力大于0.45 MPa。