三柱式橋墩柱系梁爬升式支架設(shè)計(jì)與施工技術(shù)探討

廉 強(qiáng) 卿啟忠

（中交第一航務(wù)工程局有限公司路橋分公司，天津 300461；中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

煙臺(tái)港西港區(qū)3#立交橋工程位于煙臺(tái)開(kāi)發(fā)區(qū)大季家鎮(zhèn)山后顧家村東側(cè)，設(shè)計(jì)起點(diǎn)與疏港高速連接，終點(diǎn)與順岸19#、20#泊位通用碼頭連接。在橋墩柱系梁的施工過(guò)程中，模板、爬升式支架、支撐系統(tǒng)及操作平臺(tái)的設(shè)計(jì)及受力核算能否滿(mǎn)足技術(shù)規(guī)范，施工工藝能否滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)適用性要求，是本工程施工的重點(diǎn)，也是本文研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

1 工程概況、地質(zhì)條件及特點(diǎn)

1.1 工程概況

本工程橋梁全長(zhǎng)240.23m，共三聯(lián)由南往北依次為：（23.5+33.23+23.5）+（4×20）+（4×20）m，采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，每聯(lián)橋由東、西2幅箱梁組成，設(shè)計(jì)寬度單幅14.5m、雙幅29m。橋梁基礎(chǔ)采用灌注樁支撐樁，上部結(jié)構(gòu)采用立柱與連系梁形成框架結(jié)構(gòu)支撐連續(xù)箱梁。橋梁橫向坡度為2%，縱向坡度為3.5%，導(dǎo)致每根立柱高度不一致，每榀蓋梁、柱系梁均有2%的坡度，如圖1所示。

圖1 聚苯板

圖1 柱系梁斷面圖

1.2 主要工程量（表1）

表1 主要工程量

1.3 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

a.立柱高度不一致，模板制作時(shí)應(yīng)詳細(xì)考慮分段模板的制作高度，以提高模板的周轉(zhuǎn)使用次數(shù)；

b.立柱高度較高，難以控制立柱軸線(xiàn)位置，導(dǎo)致柱系梁模板安裝難度較大，施工過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)考慮；

c.柱系梁模板由圓臺(tái)型側(cè)模、系梁側(cè)模及底模組成，裝、卸模板時(shí)施工難度較大，且柱系梁東西側(cè)有2%的坡度，制作模板及鋪裝底模時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮；

d.柱系梁底模承受荷載較大，底模爬升式支架設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)核算，施工技術(shù)要點(diǎn)應(yīng)重點(diǎn)考慮。

2 施工總體安排

項(xiàng)目部積極組織、詳細(xì)安排、精心編制施工方案，計(jì)劃先進(jìn)行第二聯(lián)橋灌注樁、立柱、柱系梁、蓋梁施工，再進(jìn)行第一聯(lián)、第三聯(lián)墩柱體系施工。為保證施工質(zhì)量及施工可行性，柱系梁側(cè)模采用定型組合鋼模板拼裝，底模采用爬升式鋼架的施工措施。

3 柱系梁施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 柱系梁施工工藝流程

施工前準(zhǔn)備→柱系梁模板設(shè)計(jì)→柱系梁爬升式支架設(shè)計(jì)→柱系梁爬升式支架安裝→柱系梁底模鋪裝→圓臺(tái)柱底模安裝→綁扎鋼筋→柱系梁側(cè)模安裝→鋼圈安裝→混凝土澆筑→模板、爬升式支架拆卸

3.2 柱系梁設(shè)計(jì)及施工技術(shù)要點(diǎn)

3.2.1 柱系梁施工前準(zhǔn)備

本工程墩柱施工完成后，墩柱垂直度、高度、直徑等均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，兩墩柱中心距偏差均在8mm內(nèi)，確保滿(mǎn)足上部柱系梁裝模施工要求。墩柱鋼筋調(diào)直完成，場(chǎng)地整平完畢，機(jī)械設(shè)備就位。

3.2.2 柱系梁模板設(shè)計(jì)

本工程柱系梁由圓臺(tái)柱及系梁組成，柱系梁模板制作時(shí)分為圓臺(tái)柱底模Ⅰ、圓臺(tái)柱頂模Ⅱ、系梁底模、系梁側(cè)模Ⅲ。其中圓柱底模Ⅰ與圓柱頂模Ⅱ間、圓柱頂模Ⅱ與系梁側(cè)模Ⅲ間采用法蘭連接，法蘭厚12mm、寬100mm，螺栓孔間距為200mm，孔中心距離法蘭內(nèi)邊緣40mm，孔徑為18mm便于穿50mm長(zhǎng)Φ16螺栓。因圓柱頂模Ⅱ與系梁側(cè)模Ⅲ間緊密接觸，拆模難度較大，在系梁側(cè)模Ⅲ其中一端預(yù)留30mm縫隙,便于填塞橡膠止?jié){條，并采用80mm螺栓緊固連接。系梁底模采用爬升式鋼架支撐竹膠板底模，底模坡度為2%，寬度為設(shè)計(jì)寬度，底模兩端與圓臺(tái)柱底模Ⅰ平滑接觸，縫隙間采用2mm厚止?jié){條進(jìn)行止?jié){處理。系梁底模與側(cè)模Ⅲ采用側(cè)模包底模工藝，側(cè)模Ⅲ制作時(shí)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙坡度要求設(shè)計(jì)，高度比圖紙高度高50mm便于包底模，并在底口、頂口設(shè)置雙5[槽拉條口，拉條采用Φ25圓鋼，上下各三道，如圖2所示。

圖2 柱系梁模板圖

3.2.3 柱系梁爬升式支架設(shè)計(jì)

本工程柱系梁支架由內(nèi)層支架、外層支架、頂撐塊組成，其中內(nèi)層支架采用6根10#工字鋼作支撐，并在其上、中、下設(shè)置三道10#工字鋼作橫撐及斜撐；外層支架采用4根Φ180×12mm鋼管作支撐，其上口及底口采用20#工字鋼焊接連接，并在每個(gè)底腳處焊接1個(gè)Φ30頂絲，便于調(diào)節(jié)模板高度，在頂口處采用10#工字鋼作斜撐，保證鋼架整體穩(wěn)定性；頂撐塊由2個(gè)長(zhǎng)35cm、寬25cm、高25cm楔形塊及Φ25對(duì)拉螺栓組成。

柱系梁支架安裝時(shí)，先安裝外層支架，并在其支撐桿上標(biāo)記內(nèi)層支架安裝線(xiàn)，然后吊裝內(nèi)層支架，待內(nèi)層支架就位后，在外層支架頂端四角處穿插4根20#工字鋼擱置內(nèi)層支架，再通過(guò)微調(diào)外層支架四角Φ30頂絲，檢查底模位置、頂標(biāo)高及坡度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后，在外層支架底部擺放頂撐塊，并擰緊Φ25對(duì)拉螺栓。再次查驗(yàn)系梁底模標(biāo)高，符合要求后，即可進(jìn)行柱系梁鋼筋及側(cè)模安裝施工。

3.2.4 柱系梁爬升式支架受力驗(yàn)算

3.2.4.1 內(nèi)層支架受力驗(yàn)算

本工程系梁尺寸為2775mm×1100mm×1300mm，內(nèi)層支架頂部縱、橫向各布置3根10#工字鋼，呈“田”字形布置，橫向間距為550mm，縱向間距為1200mm，支架步高為1200mm。

模板體系：1.5kN/m2，方木自重：7.5kN/m2，施工荷載：2.8kN/m2，振搗荷載：取4.0kN/m2。

⑴內(nèi)層支架頂部10#工字鋼受力驗(yàn)算

系梁混凝土自重：1.3×25=32.5(kN/m2)

線(xiàn)荷載q=0.55×（1.2×(32.5+1.5+7.5×0.1)+1.4×（2.8+4.0））=28.2(kN/m)

頂部10#工字鋼彎矩為：

圖3 頂部10#工字鋼內(nèi)力簡(jiǎn)圖

頂部10#工字鋼最大彎矩為：

圖4 頂部10#工字鋼彎矩圖

10#工字鋼截面抵抗矩W=4.88×104mm3，截面慣性矩I=244×104mm，彈性模量E=2.1×105MPa，鋼材容許應(yīng)力取215MPa。MPa=104.1MPa<215MPa，滿(mǎn)足要求。

頂部10#工字鋼最大剪力為:

圖5 頂部10#工字鋼剪力圖

頂部10#工字鋼最大剪力為：

τ剪=Qmax/A=21.15×1000/1430=14.8(N/mm2)<[τ]=125(N/mm2)，剪力強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

頂部10#工字鋼最大撓度為：

頂部10#工字鋼撓度滿(mǎn)足要求。

⑵內(nèi)層支架支撐桿10#工字鋼受力驗(yàn)算

①支撐桿軸方向荷載驗(yàn)算

σ=F/A=(21.15+21.15)×1000/1430=29.6(N/mm2)<[σ]=215(N/mm2)，滿(mǎn)足要求。

②軸心受壓穩(wěn)定性驗(yàn)算

N/（φA）≤f

N-軸心壓力

φ-軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù),長(zhǎng)細(xì)比L/b=1.2/0.1=12，查表得φ=0.968

A-工字鋼截面積

f-鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取215(N/mm2)

（21.15+21.15）×1000/(0.968×1430)=30.56(N/mm2)<215(N/mm2)，滿(mǎn)足施工要求。

3.2.4.2 外層支架受力驗(yàn)算

本工程柱系梁外層支架頂部橫向間距為1.3m，縱向間距為2.6m，支架高2.4m。因外層支架橫桿受力較小，可不作受力分析，只對(duì)支架立桿進(jìn)行受力計(jì)算即可。

外層支架最大支座反力為：

3.3 柱系梁實(shí)施效果

本工程柱系梁施工完成后，圓臺(tái)柱與立柱、系梁接縫結(jié)合緊密，無(wú)漏漿現(xiàn)象，柱系梁尺寸、坡度、頂面標(biāo)高等均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，且柱系梁混凝土色澤一致，表面光滑平整，外觀(guān)質(zhì)量美觀(guān)。

4 實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)

本工程采用爬升式支架模板設(shè)計(jì)安裝，并按現(xiàn)有施工規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算，根據(jù)典型施工的技術(shù)參數(shù)優(yōu)化，各項(xiàng)指標(biāo)能夠滿(mǎn)足規(guī)范要求，可為類(lèi)似項(xiàng)目施工提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。柱系梁模板由定型組合鋼模板拼裝而成，模板與立柱混凝土接縫處易因兩者模板尺寸不一致，出現(xiàn)模板包不住混凝土面或模板縫隙較大，影響混凝土外觀(guān)質(zhì)量。為防止類(lèi)似質(zhì)量通病發(fā)生，模板使用前需打磨光滑，并涂擦蠟油，確保柱系梁混凝土面光滑，待立柱施工完成后，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)立柱直徑，控制柱系梁模板底部比立柱直徑測(cè)量值大約4mm，且在柱系梁底模及模板拼縫處可貼止?jié){條，止?jié){條應(yīng)貼平整，接茬部位平滑，不出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象，可有效達(dá)到止?jié){處理的效果，確保混凝土質(zhì)量受控。

5 結(jié)語(yǔ)

本文采取理論與實(shí)際相結(jié)合的方法，總結(jié)了三柱式橋墩柱系梁爬升式支架設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，總結(jié)了橋墩柱施工過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，提供了寶貴的施工技術(shù)參數(shù)，對(duì)同類(lèi)項(xiàng)目的施工具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。