大跨度連續(xù)梁0#塊鋼管支架設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

李磊

摘 要：結(jié)合青榮城際鐵路跨青威高速公路特大橋（60+100+60）m連續(xù)梁工程施工，本文扼要介紹了0#塊現(xiàn)澆鋼管支架的設(shè)計(jì)與施工。文章開始就0#塊施工選擇鋼管支架方案的原因進(jìn)行了闡述，文中較大篇幅系結(jié)合工程實(shí)踐，重點(diǎn)敘述了采用MIDAS程序建立模型，進(jìn)行鋼管支架設(shè)計(jì)檢算以及支架施工情況，有可供類似工程借鑒參考之處。

關(guān)鍵詞：0#塊;鋼管支架;設(shè)計(jì);施工

1 工程概況

青榮城際鐵路跨青威高速公路特大橋連續(xù)箱梁全長為221.5 m，計(jì)算跨度為（60+100+60）m，中支點(diǎn)處梁高7.85 m，箱梁頂寬12.2 m，底寬6.7 m。0#塊長14 m，頂板厚度40 cm;腹板厚度100 cm，底板厚度120 cm，C50混凝土489.1 m3，鋼筋81 t。具體構(gòu)造圖如圖1所示。

本橋?yàn)槿蝾A(yù)應(yīng)力體系，縱向及橫向預(yù)應(yīng)力筋采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1 860 MPa的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，豎向預(yù)應(yīng)力筋采用Ф25 mm預(yù)應(yīng)力砼用螺紋鋼筋，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值830 MPa。

2 鋼管支架的設(shè)計(jì)

2.1 方案比選和設(shè)計(jì)構(gòu)思

由于0#塊面積小、體積大、重量達(dá)1 270 t，而且橋墩高度近15 m，因此施工時對地基沉降、支架變形控制提出了更高要求。采用鋼管支架法可以將鋼管直接支撐在已澆筑的承臺上，較常規(guī)的滿堂支架法和墩頂托架法施工具有基礎(chǔ)牢固、支架變形小、更穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。

考慮臨時固結(jié)措施，鋼管支架設(shè)計(jì)采用不同直徑的粗鋼管，并設(shè)計(jì)每側(cè)用兩根鋼管作臨時固結(jié)支墩。為減少地基沉降變形，鋼管支架底部均座于承臺上。

2.2 鋼管支架設(shè)計(jì)計(jì)算

2.2.1 連續(xù)箱梁0#塊支架概述

連續(xù)箱梁0#塊支架采用鋼筋混凝土臨時支墩和鋼管支架組合結(jié)構(gòu)，鋼管采用φ630×10 mm和φ529×8 mm兩種規(guī)格的螺旋焊管，材質(zhì)為Q235級。每個0#塊共設(shè)置6排鋼管，底板下面的3列為φ630×10 mm的鋼管，兩側(cè)各1列φ529×8 mm的鋼管，支架立柱系統(tǒng)包括Q235級φ820×10 mm的鋼管砼（C50砼）臨時支墩。

鋼管上橫橋向放置主橫梁，主橫梁采用Q235級I40a工字鋼，墩每側(cè)共11道;其上順橋向放置縱梁，縱梁由10#槽鋼組焊成三角桁架，底板位置處間距按照0.5 m布置，腹板位置按照0.25 m間距布置。鋼架上橫橋向滿鋪15 cm×

10 cm方木，采用15 mm厚的竹膠板。側(cè)模采用定制加工的桁架式鋼模板。

2.2.2 連續(xù)梁0#塊支架驗(yàn)算

（1）驗(yàn)算荷載：

混凝土容重：26 kN/m3

施工人員、機(jī)具堆放荷載：2 kN/m2

傾倒砼產(chǎn)生的沖擊荷載：2 kN/m2

振搗砼產(chǎn)生的荷載：2 kN/m2

模板、掛籃等荷載：以設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁?shù)據(jù)為準(zhǔn)

荷載組合：1.2×恒載+1.4×活載

A、翼緣板荷載：

翼緣板荷載主要由側(cè)模承擔(dān)，側(cè)模直接作用于主橫梁上，計(jì)算取主橫梁間距寬度0.5 m和1.2 m。

荷載組合：1.2×恒載+1.4×活載=16.75（36.86）kN/m

B、腹板荷載：

腹板荷載由縱向鋼桁架承擔(dān)，橫橋向間距0.25 m。

荷載組合：1.2×恒載+1.4×活載=65.605 kN/m

C、底板荷載：

荷載組合：1.2×恒載+1.4×活載=37.19 kN/m

（2）計(jì)算模型：

采用MIDAS Civil2010程序進(jìn)行總體計(jì)算分析，全橋共1 061個節(jié)點(diǎn)，1 333個單元，見圖4

計(jì)算說明：鋼管支架均支撐在承臺上，故未考慮支架基礎(chǔ)變形，計(jì)算中支架底部按固結(jié)考慮。鋼管與承臺連接按剛性連接考慮，鋼立柱與工字鋼分配梁、三角架相互之間的連接按照彈性連接考慮。底板和腹板位置荷載按照梯形荷載加載在相對應(yīng)的三角架上，翼緣板位置荷載按照梯形荷載加載在相對應(yīng)的橫向分配梁上。

（3）強(qiáng)度驗(yàn)算：

從以上圖示得出，支架上鋼材的最大應(yīng)力為71.2 MPa<[σ]=145 MPa。

結(jié)論：該支架系統(tǒng)強(qiáng)度滿足施工需求。

（4）支架變形計(jì)算：

支架計(jì)算變形值為1.9 mm。

結(jié)論：該支架系統(tǒng)變形值滿足施工需求。

（5）穩(wěn)定性驗(yàn)算：

一階模態(tài)穩(wěn)定系數(shù)14，滿足規(guī)范要求。

結(jié)論：該支架系統(tǒng)穩(wěn)定性滿足施工需求。

3 連續(xù)梁0#塊鋼管支架施工

3.1 施工流程

測量放樣→承臺預(yù)埋鋼板校正→鋼管下料→腳手架搭設(shè)→鋼管安裝→聯(lián)接安裝→基坑回填→縱梁安裝→落梁裝置安裝→橫梁安裝→三角桁架加工及安裝→底模安裝。

3.2 具體施工方法

3.2.1 測量放樣

根據(jù)施工示意圖的點(diǎn)位要求，對支架鋼管的位置進(jìn)行現(xiàn)場確定，打出網(wǎng)格線，采用記號筆在預(yù)埋鋼板上畫出鋼管底部的位置輪廓，并測量其標(biāo)高，按鋼管的編號分別記錄。

3.2.2 承臺預(yù)埋鋼板的埋設(shè)

承臺施工時，按設(shè)計(jì)的支架位置埋設(shè)尺寸為70 cm×70 cm

×1 cm的鋼板，鋼板上焊接4根HRB335Ф16 mm鋼筋，鋼筋伸入承臺不小于0.4 m，預(yù)埋鋼板頂部保證水平。

3.2.3 鋼管安裝及橫聯(lián)施工

安裝前先根據(jù)設(shè)計(jì)長度下好料，鋼管安裝采用汽車吊吊裝，垂球進(jìn)行豎直度檢查，確定豎直后就位。先間斷焊接四條軸線位置處，每處長不少于5 cm，然后滿焊完整，對角線位置加焊綴板。鋼管頂部應(yīng)采用纜風(fēng)繩扣緊，防止傾覆。待焊接完成2個及以上鋼管后，立即施工橫聯(lián)，橫桿安裝必須水平，橫桿及剪刀斜撐與鋼管焊接牢固。

3.2.4 縱梁安裝

縱梁由2根長6 m的I40a工字鋼雙拼而成，在拼縫兩端上下箱內(nèi)各焊5 cm焊縫加強(qiáng)其聯(lián)接，利用吊車將縱梁吊至支架鋼管頂部下放。穿越臨時支墩時，采用倒鏈或其它裝置將縱梁緩緩拉穿通過。縱梁安裝后采用HRB335Ф12 mm的鋼筋將縱梁兩側(cè)與鋼管頂端鋼板點(diǎn)焊，以利于穩(wěn)固。

3.2.5 落梁裝置的設(shè)置

落梁裝置采用在橫梁與縱梁交錯的位置放置2[10槽鋼，每根[10槽鋼長15 cm。落梁時只需將該槽鋼整體用氣割割除即可，割除時應(yīng)先由底板中間向兩側(cè)、梁體端部向根部的順序依次割除。

3.2.6 橫梁安裝

橫梁采用長12 m的I40a工字鋼，按設(shè)計(jì)間距平放在落梁裝置頂部。

3.2.7 三角桁架的加工及安裝

三角桁架安裝前后位置變化對標(biāo)高影響很大，安裝時采用掛線法檢測安裝位置，三角架橫向連接可采用鋼筋、鋼管、型鋼點(diǎn)焊的方式進(jìn)行加固，并加強(qiáng)橫向剪刀撐聯(lián)接，確保支架豎直受力。

3.2.8 底模安裝

底模肋采用15×10 cm的方木橫橋向滿鋪，方木15 cm高的方向?yàn)樨Q直方向，上面鋪設(shè)厚15 mm的竹膠板。鋪設(shè)完畢后進(jìn)行預(yù)壓。

3.2.9 支架預(yù)壓

采用預(yù)制混凝土塊進(jìn)行預(yù)壓加載。混凝土預(yù)制塊單件重量為1.08 t。預(yù)壓載荷為0→60%G（G為施工荷載）→100%G→120%G→穩(wěn)定觀測→100%G→60%G→0。加載時應(yīng)在0#塊前后、左右對稱加載，載荷布置形式應(yīng)與梁體荷載分布相同。分級載荷只考慮懸臂壓重重量，墩頂部分壓重僅為消除墩頂?shù)啄７菑椥宰冃巍?/p>

預(yù)壓前在底模上設(shè)好觀測點(diǎn)，測點(diǎn)共布置13個。其中底模端部測點(diǎn)6個，分別布置在懸臂端端頭中線、左右底模邊緣位置;中測點(diǎn)6個，布置在墩頂部分和懸臂部分接頭處中線、左右底模邊緣位置;中心測點(diǎn)一個，布置在0#塊中心。端部測點(diǎn)底部懸掛測繩及垂球，垂球距地面30 cm，在測點(diǎn)于地面上的投影位置點(diǎn)做標(biāo)記，量測高差并記錄，作為初始數(shù)據(jù)。根部及中心測點(diǎn)采用水準(zhǔn)儀觀測。

懸臂段底模預(yù)壓分級載荷達(dá)到60%G、100%G、120%G時均對所有測點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)高觀測記錄。每級加載完畢1 h后進(jìn)行支架的變形觀測。第三級加載后靜停24 h后開始分級卸載，并逐級觀測彈性變形值。卸載完畢再對所有測點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)高觀測記錄，并與預(yù)壓前、預(yù)壓穩(wěn)定標(biāo)高值進(jìn)行比較，確定非彈性變形量和彈性變形量，并與理論值進(jìn)行比較。彈性變形量加入0#塊調(diào)模預(yù)拱度中，指導(dǎo)0#塊后續(xù)施工。測量成果備檔用于其他連續(xù)梁施工參考。

支架預(yù)壓監(jiān)測結(jié)果如下表所示：

由上表可以計(jì)算，支架最大的彈性形變?yōu)? mm，最小彈性變形為0 mm;非彈性形變的最大值為8 mm，最小值為0 mm;預(yù)壓加載至120%后，支架結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，根據(jù)上表形變數(shù)據(jù)分析，擬將0#塊底模模板的預(yù)拱度均10 mm設(shè)置。

4 結(jié)束語

目前跨青威高速公路特大橋連續(xù)梁0#塊已經(jīng)施工完畢，懸臂塊段施工正在進(jìn)行，該方案運(yùn)用比較成功，實(shí)踐證明鋼管支架具有變形小、承載力大、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，充分確保了施工安全質(zhì)量，而且鋼管可進(jìn)行多次周轉(zhuǎn)使用，節(jié)省了成本。此0#塊施工方案已在青榮城際鐵路得到推廣使用，取得了較好的效果。

參考文獻(xiàn)：

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[2]TZ324-2010，鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁（剛構(gòu)）懸臂澆筑施工技術(shù)指南[S].14-16.