淺議窄橋高墩支架施工安全性控制要點

王美寬， 潘玲瓏， 王榮慶

(江蘇省揚州技師學院，江蘇 揚州 225002)

0 引 言

連鎮鐵路客運專線LZZQ-7標段跨寧啟鐵路大橋位于江蘇中部,地勢平坦開闊,平原區地貌,橋址范圍屬于里下河沖積平原,橋址位于DK239+419.140～DK239+459.840，設計為40 m雙線簡支梁。采用單箱單室直腹板、等高度、等截面結構作為主梁梁體,單跨梁體全長40.6 m,梁高3.3 m。全橋頂板厚35 cm,底板厚度30 cm,腹板厚度分為50～80 cm,按折線變化。梁體混凝土體積463.6 m3,梁體總重1 228.54 t。梁體在支座處設置墩定橫隔板,橫隔板厚度1.25 m;箱梁設置跨中橫隔板,跨中橫隔板厚度0.3 m。全聯共設墩頂橫隔板2道、跨中橫隔板1道,其中橫隔板設有孔洞,供檢查人員通過。箱梁兩側腹板與頂、底板相交處采用圓弧倒角的形式過渡。橋面寬度:橋梁頂面全寬12.2 m,具體布置為:1.35 m人行道寬度+0.25 m擋砟墻+9.0 m道砟寬+0.25 m擋砟墻+1.35 m人行道寬度。

該橋寬跨比B/L=12.2/40.6=0.3<0.5,為窄橋。橋墩高度為23.23 m,也可稱為高墩橋梁。橋梁上部結構采用的是現澆箱梁結構形式,施工時搭設施工支架,且支架的高度高。因此,高墩窄橋施工安全性必須予以高度重視。

1 橋梁支架類型的選擇

梁式支架、柱式支架和梁柱式支架是橋梁施工常見的三種支架類型,考慮到上部結構自重、施工荷載、風力、地基承載力等因素,該橋選用對地基要求不高和橫向風阻較小的梁柱式支架的施工工藝方案。

2 梁柱式支架安全性驗算

2.1 梁柱式支架設計

現澆梁底模模板采用1.5 cm竹膠板,下設10 cm×10 cm縱向方木,腹板區域間距15 cm、底板區域間距25 cm;10 cm×10 cm縱向方木下墊I14工字鋼作為橫向分配梁,間距50 cm,中隔墻處加密,分配梁下放置貝雷梁,貝雷梁跨度(7.5+9+9+7.5)m,橫向方向布置14排貝雷梁;貝雷梁下設三榀I40工字鋼做墊梁;墊梁下設置砂箱連接螺旋管;螺旋管坐落在條形基礎上。條形基礎采用長×寬×高=15×2.0×1.0 m的C30鋼筋混凝土條形基礎,條形基礎上按照設計位置布置直徑630 mm壁厚8 mm螺旋焊管5根,作為豎向支撐。螺旋焊管之間進行橫向和縱向連接,連接方式采用焊接,螺旋管與墩身之間采用[20槽鋼進行焊接。

2.2 荷載和材料參數的取用

人員、機械、設備荷載:2.5 kN/m2;混凝土振搗力:2 kN/m2;混凝土澆筑的沖擊荷載:2 kN/m;碗扣支架6 kg/m。計算永久荷載分項系數:1.2；可變荷載分項系數:1.4。

支架采用630 mm螺旋管,壁厚8 mm;底板模板采用18 mm厚竹膠板;縱橫向分配梁均采用10 cm×10 cm方木,實際選用強度等級超過TC13A組的樹種,計算按TC13A組的強度等級和彈性模量執行,材料參數參照《路橋施工手冊》《鋼結構設計規范》及相關工具書選用。

2.3 梁柱式支架驗算

貝雷梁支架是(7.5+9+9+7.5) m的四跨連續梁。

2.3.1 底模板驗算

模板厚1.5 cm,方木間距15 cm,取1 m板帶為計算單元,EI=1.9 kN·m2,W=3.75×10-5m3,[σ]=14.84 N/mm2按單跨簡支梁計算。

綜上所述,底模板抗彎、抗剪和撓度驗算符合設計要求。

2.3.2 縱向方木驗算

縱向方木取最不利截面1-1進行計算,縱向支撐采用10 cm×10 cm方木,腹板區中心間距0.15 m,底板區中心間距0.25 m,支撐方木間距0.5 m,EI=83.3 kNm2,W=1.667×10-4m3,按照三跨連續梁進行計算。

綜上所述，縱向方木抗彎、抗剪和撓度驗算符合設計要求。

2.3.3 I14工字鋼橫梁

工字鋼橫梁隨支架布置,12m工字鋼間距50 m,按傳遞均布荷載計算,EI=1 495.2 kN·m,W=712 cm3,采用四跨連續梁計算圖式計算,取最不利荷載進行驗算如下:

綜上所述，I14工字鋼橫梁最不利截面正應力、剪應力和撓度驗算符合設計要求。

2.3.4 貝雷梁驗算

腹板下方的貝雷梁承受的荷載按照80 cm的腹板寬度進行計算,底板下方的貝雷梁按照500 cm的寬度進行計算,翼緣板下方的貝雷梁按照250 cm的寬度進行計算。共選取五個截面進行受力分析,計算施工階段的活載和自重,確定四跨連續貝雷梁上的均布荷載q。

腹板區貝雷梁q=33.1 kN/m,繪制彎矩圖、剪力圖和撓度圖,得Mmax=225.87 kN·m<[M]=788.2 kN·m;Qmax=149.77 kN<[Q]=245.2 kN·m;fmax=0.29 mm<[f]=L/400=7 500/400=18.75 mm,三項指標均滿足驗算要求。

底板區貝雷片q=38.65 kN/m,繪制彎矩圖、剪力圖和撓度圖,得Mmax=267.54 kN·m<[M]=788.2 kN·m;Qmax=202.22 kN<[Q]=245.2 kN·m;fmax=0.34 mm<[f]=L/400=7 500/400=18.75 mm,三項指標均滿足驗算要求。

翼緣板貝雷梁q=34.10 kN/m,繪制彎矩圖、剪力圖和撓度圖,得Mmax=232.70 kN·m<[M]=788.2 kN·m;Qmax=154.29 kN<[Q]=245.2 kN·m;fmax=0.30 mm<[f]=L/400=7 500/400=18.75 mm,三項指標均滿足驗算要求。

2.3.5 墊梁

墊梁采用三榀I40工字鋼,通過支反力計算可得最不利截面位置為3-3截面,并取該截面驗算,每一片工字鋼所受力腹板區為299.53/3=99.84 kN,底板區為134.81 kN,翼板區為102.86 kN.繪制彎矩圖、剪力圖和撓度圖得Mmax=107.82 kN·m<[M]=233.4 kN·m;τmax=1.5×200.49×10/86.07=58.0 MPa<[τ]=125 MPa,fmax=0.6 mm<[f]=L/400=2 900/400=7.25 mm,墊梁抗彎、抗剪和撓度三項指標均滿足驗算要求。

2.3.6 鋼管支墩

綜上所述，鋼管柱強度和穩定性驗算符合要求。

2.3.7 地基

經計算,1-1、5-5截面N1=483.69 kN,2-2、4-4截面N2=1 239.39 kN,3-3截面N3=1 202.97 kN。

混凝土局部承壓的最小容許承載力[N]=w×β×fcc×Ac=0.75×12 155×0.312=2 844.27 kN,故:

基礎局部承壓驗算:Nmax=1 202.97 kN<[N]=2 844.27 kN。

混凝土條形基礎局部承壓滿足要求。

故條形基礎下方的地基承載力要達到至少150 kPa。

2.3.8 條形基礎配筋驗算

基礎采用長×寬×高=15 m×2 m×1m的條形基礎,C30鋼筋混凝土,采用理正結構工具箱計算,根據計算的地基承載力轉換成均布線荷載進行加載,驗算結果見表1。

表1

經驗算條形鋼筋混凝土基礎裂縫和撓度均滿足設計要求。

上述驗算,該窄橋高墩采用梁柱式支架施工設計方案,能滿足在施工工況情境條件下支架的強度、穩定性等安全施工要求。

3 梁柱式支架關鍵施工工序的安全性

3.1 支架搭設規范與常規檢查

檢查工字鋼有無變形。檢查支架的垂直偏差,尤其注意轉角處和斷口處的垂直度。如垂直度有異常一經發現,應及時加固維護,消除隱患。檢查螺旋管垂直度是否有變化,有異常情況及時分析原因處理。檢查支架連接是否全部滿焊并滿足要求,如發現問題及時糾正。檢查支架的荷載情況,嚴禁存在超荷載情況發生,并定期清理垃圾。支架日常需安排專人進行管理及檢查,并及時做好記錄。支架施工過程中時刻關注支架變形及地基沉降情況。

3.2 地基處理穩固

根據施工圖中的設計地質情況,地面下為粉質黏土層,基礎承載力較好,條形基礎施工前,清除表面種植土,下挖基礎1 m,回填碎石類土,地基觸探、分層夯實碾壓、每層夯實厚度為30 cm,回填至原地面,做地基承載力試驗,根據設計計算結果可知:確保立柱式支架地基承載力不小于150 kPa。如不滿足要求,則采用小型夯實機夯填密實。

3.3 鋼管柱與條形基礎焊接可靠

施工時應在條形基礎頂部埋設90 cm×90 cm×1 cm鋼板,并與鋼管滿焊,在螺旋管支墩上下口采取補強措施,在螺旋管頂與砂箱周邊采用對稱焊接的方式,三角鋼板加勁肋需要加固,螺旋管底部焊接鋼板與基礎預埋鋼板加強連接,沿四周焊接三角鋼板加勁肋對底座進行加固。

3.4 支架預壓

支架安裝完成后,經監理檢查驗收合格后,對其進行預壓,預壓方式為實物重載。澆段橫截面面積為預壓的重物選用預壓塊,預壓重量為梁體重量的1.2倍,每塊預壓塊2.4 t。預壓采用五級進行,第一級為設計值的2%,第二級為設計值60%,第三級為設計值80%,第四級為設計值100%,測量穩定后,再緩慢加載到梁重的120%,確保安全。嚴禁集中加載,加載重量誤差應控制在±3%范圍以內。每級加載完畢1 h后進行支架的變形觀測,全部加載完畢后宜每6 h測量一次變形值。最后兩次沉落量觀測平均值之差不大于2 mm時終止預壓。為避免傾斜倒塌,預壓塊應堆碼整齊。預壓塊應堆碼整齊,避免傾斜倒塌。澆段橫截面面積為預壓的重物選用預壓塊,混凝土總重量為1 228.54 t,預壓重量為梁體重量的.2倍即1 474.25 t,每塊預壓塊2.4 t,共需預壓塊615塊。每級加載完畢1 h后進行支架的變形觀測,全部加載完畢后宜每6 h測量一次變形值。最后兩次沉落量觀測平均值之差不大于2 mm時終止預壓。當支架預壓穩定后,卸除全部壓預塊,立即對沉降觀測點進行測量,整理數據。

3.5 模板及支架拆除

3.5.1 模板拆除

通過對梁體同條件養護試件進行抗壓試驗,當簡支現澆梁梁體混凝土強度達到。5 MPa時且其表面及棱角不因拆模受損時,拆除梁體端模、腹板內外側模。當梁體混凝土強度達到設計要求且不小于7 d齡期,張拉預應力筋,完成壓漿作業,混凝土強度達到設計強度100%,進行梁體底模、內箱頂模板拆除工作。

3.5.2 梁柱式支架拆除

縱向鋼束B1張拉結束后進行支架拆除。

4 結束語

窄橋高墩采用梁柱式支架具有承載力大、風阻小、穩定性好的特點,經過科學合理性的設計驗算,該橋梁柱式支架能滿足強度、剛度和穩定性要求。同時做好施工過程中關鍵工序的安全性控制。設計和施工環節的有效控制是窄橋高墩支架施工安全性的根本保障,具有較好的推廣價值。