公軌結合橋Y形橋墩雙層系梁現澆施工技術研究

文/強偉亮 李 飛 陶 波

雙層系梁Y 形橋墩廣泛地應用于城市交通，特別是在公軌結合梁橋中的應用尤為廣泛。Y形橋墩結構勻稱、受力簡單、整體效果好；但其橫梁的跨徑一般較大，導致橫梁跨中彎矩較大，需要配置大量預應力束，同時端頭的錨固也復雜[1]，因此，Y 形橋墩施工技術的研究顯得尤為重要。

陳鵬凱[2]對橋墩施工中的墩模制作、鋼筋施工及其混凝土澆筑等環節進行研究，通過結合工程實踐總結出相應環節的施工技巧，有效地提高施工質量。對于大型V 形墩施工，采用碗扣式鋼管支架和扣件式鋼管支架的施工方案，滿足了橋墩在施工過程中的受力要求[3]，該方案取材方便，拼裝簡單，回收率高，節省材料，經濟效益明顯。嚴任苗[4]基于某橋梁墩柱橫系梁施工案例，介紹了墩柱橫系梁的施工技術及其方案的穩定性驗算，墩柱橫系梁采用從墩頂用精軋螺紋鋼筋下掛橫梁，在橫梁下部布置鋼管樁直接從承臺上支撐進行施工。

既有的研究成果中，對于Y 形橋墩雙層系梁現澆施工技術研究較少，故本文在以上實踐的基礎上，以福州市道慶洲大橋工程為背景，對其施工技術方案進行研究，設計了定制型鋼與鋼管組合支架體系并通過有限元法進行空間結構分析，為今后類似工程提供一定的實踐經驗和參考價值。

1 工程概況

福州市道慶洲大橋是福州主城與長樂連接的一條快速通道，為公軌兩用橋梁，總長約6.82 km，公軌共線長約4.4 km。上層公路橋6 車道，城市主干道兼一級公路；下層為雙線地鐵6號線。SR17#～SR36#橋墩設計為Y 形墩，有蓋梁和系梁。蓋梁混凝土澆筑高度1.8～2.4 m，跨度14.705 m，縱向寬度3 m；系梁混凝土高度2.5～4 m，跨度7.6 m，縱向寬度3 m。除系梁段墩柱外，其他段墩柱采用翻模施工；系梁和蓋梁側模采用改制翻模，底模專門設計型鋼與鋼管樁組合支架。見圖1。

圖1 Y形橋墩

2 支架體系

2.1 支架設計

Y 形橋墩雙層系梁采用“先上后下”的施工工序，即先施工下層系梁，然后周轉下層系梁的支架材料用于上層系梁的施工，使支架材料等資源配置合理，以達到效益最大化。

支架結構自下而上由柱腳、鋼管樁、牛腿、鋼管樁縱橫向連接系、主橫梁、主縱梁、橫向分配梁等組成。鋼管樁采用φ630 mm×10 mm 鋼管，連接系平聯為2[20a 槽鋼，剪刀斜撐為單拼[20a 槽鋼，樁頂主橫梁為2I45a 型鋼。主縱梁為I20a 型鋼，橫向布置6 榀，間距為600 mm，縱梁線型分析依據系梁面層加工而成。分配梁采用I12.6型鋼，直線段橫向間距400 mm，面板采用6 mm鋼板，與分配梁焊接，打磨光滑。見圖2。

2.2 結構計算

2.2.1 模型及邊界條件

支架結構采用MIDAS Civil 有限元軟件空間整體模型，各構件均采用梁單元模擬，立柱在柱腳固結，主縱梁與主橫梁和分配梁均為鉸接。見圖3。

圖2 現澆支架設計

圖3 現澆支架計算模型

2.2.2 工況分析

工況1：澆筑混凝土。

工況2：模板安裝完成后，梁體鋼筋安裝前。

2.2.3 荷載組合

各工況分別考慮基本組合與標準組合：基本組合計算結果用于評價強度與穩定性指標，標準組合用于評價變形指標。見表1。

表1 荷載組合分項系數

2.2.4 計算結果

1）強度。在現澆混凝土荷載、施工荷載、風荷載等組合作用下，各構件強度計算結果見圖4。

圖4 現澆支架計算模型

2）變形。工況1 條件下下層支架縱梁豎向變形為-7.9 mm，上層支架縱梁最大豎向變形為-10.6 mm，滿足規范要求。

3 墩身強度計算

Y形墩身逐節澆筑過程中，由于墩身軸線傾斜，已完成的節段在上部混凝土及模板荷載的作用下承受較大彎矩。另外，上層施工過程中，下層系梁承擔荷載較大，故需對墩身強度及變形進行校核，保證其在使用過程中不出現開裂現象。采用Midas FEA建立三維靜力實體有限元模型，構件網格劃分采用進階算法，單元類型為六面體單元。

墩身澆筑到最后一節段時，在蓋梁混凝土及模板自重作用下，構件最大拉應力為1.61 MPa，發生在墩身倒角位置，滿足規范要求。見圖5。

圖5 墩身計算模型

4 系梁施工方案

4.1 支架安裝

1）預埋柱腳的錨固螺栓于承臺頂，做好標記，從標記處支起4 根φ630 mm×10 mm 鋼管立柱；預埋HPB400φ20 mm 鋼筋于墩柱里側指定標高處，焊上錨板，固定牛腿。

2）在鋼管樁頂標高向下偏移0.5 m 或1.5 m（視鋼管樁長而定）設置第一道平聯，平聯采用雙拼槽鋼，再向下4 m 設置第二道平聯；兩道相互平行的平聯間支立剪刀撐，剪刀撐采用[20a。

3）鋼管樁與主橫梁連接處、牛腿與主橫梁連接處設置砂箱，拆模時打開砂箱雙側螺栓，砂子流出后，鋼模板與支架整體下降，模板與現澆混凝土脫離，遵循先支后拆，后支先拆的順序穩步拆卸。

4）在砂箱正上方，架支主橫梁，主橫梁采用2I45a型鋼。

5）垂直于主橫梁正上方，間距600 mm布置6組主縱梁。

6）分配梁直線段間距400 mm，在分配梁上安裝6 mm厚鋼模板。

4.2 系梁與墩柱接觸面鑿毛

鑿毛的目的是清理浮漿并露出粗骨料，增加新老混凝土接觸面積，增加前后澆混凝土的黏結力，使兩個施工階段的面黏結牢固。鑿毛應輕微細致，深度控制在10 mm 即可達到要求效果，同時把混凝土表面浮漿及松軟層全部剔除掉，大部分露出粗骨料，骨料外露75%即可。通常在現澆結構中，在前一現澆段澆筑完畢后，接觸面需要鑿毛，然后用水沖洗干凈，使接觸面濕潤，方可進行下一段澆筑。

4.3 綁扎鋼筋及側模板安裝

為了使成品混凝土外光內實，采用定型鋼模，刷脫模劑確保美觀，鋼筋定位后，支立側模。側模采用大塊定型鋼模，由廠家集中制作，模板的吊裝擬選用50 t 吊車，人工配合吊車安裝。鋼模及其配件需在檢驗合格后方準使用，模板組裝前應于模板內側涂刷脫模劑，應使用同一品種脫模劑，不得使用易沾在混凝土上或使混凝土變色的油料。澆筑前模板表面應平整光滑，無污物。

4.4 預應力件

在系梁模板上預留塑料波紋管孔洞并設置封錨鋼墊板、錨具、壓漿孔。鋼束張拉時各個橫剖面上應對稱張拉，張拉順序為先張拉上層鋼束、后張拉下層鋼束。

4.5 澆筑混凝土

混凝土集中拌和，輸送泵輸送入模，分層澆筑，分層厚度≯50 cm，搗固方式采用插入式振動器振搗。蓋梁頂面標高應有明顯的控制線，保證蓋梁頂面高程和各預埋件外露部分尺寸準確。混凝土采用兩端對稱澆筑，控制合理的澆筑速度。

5 結語

本文結合道慶洲大橋Y 形橋墩的實際情況，設計了定制型鋼主梁與鋼管立柱組合支架體系，通過有限元法進行了結構分析，在各工況下，支架結構整體強度、剛度，墩身自身抗裂性能滿足規范要求；同時，優化了工程的施工工序，可實現上下兩層支架材料的周轉使用，資源配置合理。