跨堤橋現澆梁支架施工技術及安全性研究

鄒森，逄海洋，楊雙全 （中國建筑第八工程局有限公司上海分公司，上海 200125）

0 引言

在基礎建設日新月異的今天，現澆梁的形式與安全得到了專家學者的關注[1-2]。由于不同的環境因素，對現澆梁的施工影響極大，橋梁的質量也因此出現安全隱患[3-5]。為保證橋梁施工質量，本文以潁河大橋主橋為例，對跨堤橋現澆梁進行施工及支護設計，并采用Al?tair hypermesh聯合有限元ANSYS軟件，對該跨堤橋現澆梁支架進行計算，從而確定其安全性，為實際工程提供理論指導。

1 工程概況

潁河大橋，跨堤橋采用50m+60m+50m三跨等截面現澆箱梁結構，堤內引橋采用40m預制組合T梁，堤外引橋采用30m預制組合T梁結構，橋梁全長1832m。28#～31#墩設計為三跨160m現澆簡支箱梁，橋式布置情況如圖1所示。

圖1 現澆簡支箱梁橋式布置圖

現澆梁高3.5m，單幅單箱結構，底板寬6.0m，底板厚30cm，頂板單幅全寬13.5m，頂板厚30cm，懸臂2.75m。

2 現澆梁支架施工

2.1 支架結構設計

選擇鋼管貝雷落地支架作為現澆箱梁支架形式，并采用鋼管樁基礎，支架上部結構自上而下依次為I10分配梁、貝雷桁片、2H40承重梁、630mm×10mm鋼管立柱。

①貝雷支架邊支墩直接放置在承臺上，中支墩放置在擴大基礎上。擴大基礎采用C30混凝土，尺寸為28.5m(橫橋向)×2m(順橋向)×1m(高)。通過換填碾壓等處理后地基承載力不小于250kPa，擴大基礎設置在處理后土層上，其余各跨擴大基礎底面在原土標高以下。

②承臺及擴大基礎頂面，鋼管立柱位置預埋700mm×700mm×20mm鋼板，每塊預埋板采用8根Φ25mm錨筋埋入承臺及擴大基礎內。

③鋼管立柱采用Φ630×10mm鋼管，每排鋼管長度根據貝雷梁底至承臺或鋼管樁入土深度確定。每排4根鋼管，立柱之間設置一道[20槽鋼平聯。放置在承臺上的鋼管立柱，沿豎向每隔2m與墩身用[20槽鋼進行連接。

④將承載力≥120t的卸架砂箱放置于鋼管立柱的頂部，二者間應采取措施穩定連接。

⑤貝雷梁底選擇長度為30.5m的雙拼I40a為其大橫梁，上部采用楔形塊體，二者之間通過尺寸較小的型鋼進行焊接。

⑥在橫向上，一共布置22榀貝雷梁，通過布置的間距設定2榀/組（或3榀/組）進行吊裝，嚴格按要求放置。

⑦為確保支架整體處于穩定狀態，通過U型螺栓將貝雷梁和大橫梁之間接觸的位置進行加固。

⑧貝雷梁上選擇長度為30.5m的I10工字鋼做為橫向分配梁，順橋向間距為0.5m（調整后間距不大于1m）。

2.2 支架搭設施工

現澆箱梁支架搭設從陸上逐孔搭設，陸上支架采用汽車吊搭設，水中支架采用80t履帶吊搭設，在支架施工時，應選擇吊裝重量約為14.2t的DZ-150振樁錘，利用現有的墩側平臺進行鋼管樁施工，80t履帶吊在15m吊裝幅度以內最小額定吊重為15.7t>14.2t，滿足施工要求。后續鋼管樁搭設貝雷桁架最大重量不超過4t，汽車吊可以在棧橋或墩側平臺上進行支架搭設。

①鋼管樁施工插打

通過懸臂導向支架確定鋼管樁位置，測量后樁位與樁之間的垂直度符合標準后，利用振樁錘將樁振入地下，在此期間需要不斷地檢測樁位與樁的垂直度，保證出現偏差可以及時糾正。在樁下沉到一定深度后，出現下沉速度緩慢或下沉較為困難時，應增加振動頻率或增加配重。

②鋼管樁接長施工

根據鋼管底板及鋼管立柱頂的標高，后場下料加工立柱。鋼管的前后場接長全部通過對接焊接形式相連，其外側部分焊接6塊尺寸為300mm×150mm×12mm的連接板。

③平聯和斜撐施工

在后場按照設計加工平聯和斜撐，在現場采用履帶吊逐跨施工。在平聯吊裝前，需通過圖紙來確定平聯標高的位置，在施工時，應按照要求嚴格控制平聯與鋼管及斜撐之間的焊縫質量與厚度。

④承重梁、貝雷梁施工

承重梁有貝雷梁和雙拼I40a型鋼兩種，均通過履帶分節吊裝在棧橋上。在安裝承重梁前，應現場切割樁頂的槽口，需安排施工人員測量各個位置樁頂槽口的標高，此時需嚴格控制所切割槽口的標高，槽口割完以后，焊接牛腿。貝雷梁每12m或者9m一節在岸上組拼完成后，用花架連成整體，使用板車運至施工現場，人工配合履帶吊起吊安裝。貝雷梁通過限位器分別與分配梁和承重梁連接成整體，與分配梁限位器采用[10型鋼，分配梁與限位型鋼焊接固定。分配梁與模板之間設置調高墊塊，既作為支架高程的調節裝置，又作為模板拆除時的落模裝置。貝雷梁底部限位采用[10槽鋼做成的限位裝置將貝雷梁和承重梁連成整體，限位和承重梁之間滿焊，角焊縫厚度不小于8mm。

⑤分配梁施工

分配梁與貝雷梁之間采用“U”型螺栓相連，且按照設計間距擺放完成后及時焊接限位裝置。

2.3 支架預壓施工

為保證支架系統具有足夠的安全性及承載能力，應在上述施工過程結束后，對支架進行預壓。支架預壓采用混凝土預制塊預壓的方式，堆載位置為箱梁腹板、底板及翼緣板。堆載荷載為預壓范圍內支架所承受最大施工荷載的1.1倍，共分為3級進行，加載比例分別為60%、100%、110%。縱橋向應在分配梁頂端、支架的跨徑為1/4、1/2、3/4等截面位置布置測點，橫橋向布置5個觀測點。

2.4 支座安裝

現澆箱梁采用QZ7000SX、QZ7000DX、QZ15000SX、QZ15000DX、QZ15000GD型球型支座。通過地腳螺栓將支座與箱梁底面以及橋墩頂面之間連接，在安裝前應用丙酮或酒精清理各滑移面及支座其它構件。為保證支座的質量，其標高及水平應符合要求。支座處梁底應嚴格調平，消除受縱坡影響的高差。

2.5 模板施工

模板均在專業加工廠分塊加工制造，運輸至現場拼裝成型。模板在現場分部位分段組裝，然后分別吊裝形成整體。模板應嚴格按照設計圖紙進行制作，檢查驗收合格后方可使用。模板在安裝過程中需與梁體結構鋼筋、預應力鋼束安裝等工序交叉作業，其基本安裝順序為底模→外模→內模→端模。模板拆除時遵循先支后拆、后支先拆的原則依次進行。梁體外模及頂板底模等承重模板拆除應在縱向預應力張拉完成后進行，端模及腹板內側模等非承重側模板應在混凝土強度能保證其表面及棱角不致因拆模而受損壞時方可拆除，一般應在混凝土抗壓強度達到2.5MPa時拆除。拆除模板時，注意保護梁體混凝土，防止損毀或碰傷混凝土。內模材料經箱梁頂板預留的施工人孔轉出，待模板拆除后，焊接割斷的鋼筋，重新補澆混凝土。

2.6 鋼筋與混凝土施工

箱梁鋼筋綁扎順序為底板鋼筋綁扎→底板預應力管道安裝→腹板及隔墻鋼筋綁扎→腹板預應力管道安裝→內模安裝→頂板及翼緣板鋼筋綁扎。鋼筋綁扎應橫平順直、間距均勻，并按設計要求施工。無特殊說明，箍筋應垂直于主筋，應縱向將箍筋彎鉤迭合的位置交錯布置在梁中。鋼筋間交錯的位置應通過直徑在0.7mm～2.0mm 范圍內的鐵絲固定，在必要時，可以通過點焊將其焊牢。為避免模板緊貼鋼筋，應采用墊塊將模板與鋼筋隔離，采用強度高于C50的混凝土制作墊塊，墊塊按照梅花形放置在鋼筋與模板中，在結構或構件側面和底面每平米應布置大于等于4個墊塊，其他位置按需增加數量。混凝土墊塊表面需要處理干凈，與用于外部結構的混凝土顏色保持一致，需要牢固地固定在鋼筋與模板之間。

兩臺汽車泵從箱梁的兩端向中間澆筑箱梁混凝土時，需采用斜向分段、水平分層并且左右對稱的方式，其傾角應在30°～45°之間，斜向分段的長度保證在4m～5m之間，水平分層的厚度在30cm以內，保證先后澆筑的兩層混凝土之間的時間間隔在初凝時間以內。豎向澆筑順序為底板倒角→底板→腹板→頂板→翼緣板。

2.7 支架拆除

在梁體預應力施工完成后方可進行支架拆除。拆除應按照“從梁體跨中向梁端”的順序和“縱橋向對稱均衡、橫橋向基本同步”原則分階段循環進行落架。預應力施工完成后支架拆除，將楔形墊塊拆除，利用模板自重，使底模脫離混凝土進行拆除。拆除按照由上往下的順序依次拆除底模、I10分配梁、貝雷片、2H400鋼承重梁、Ф630×10mm鋼管支架及預埋件，利用汽車吊將構件拆除至地面。拆除貝雷片上弦桿限位與分配梁間的限位連接，利用汽車吊整體吊裝至運輸平板車上。割除貝雷片與承重梁上的［10限位器，利用汽車吊整體吊裝至運輸平板車上。支架拆除前，拆除墩身及承臺與鋼管之間的所有連接，利用汽車吊整體吊裝至運輸平板車上。

3 三維有限元數值計算

3.1 有限元模型建立

現澆箱梁支架結構采用Altair hy?permesh聯合ANSYS程序進行計算，現澆箱梁臨時支架結構中鋼鐵材料只有兩種為Q235a和Q345b（16Mn）。Q235a楊氏模量取200GPa，泊松比取0.3；Q345b（16Mn）楊氏模量取210GPa，泊松比取0.3；密度均為7.85g/cm3。分別將Q345b（16Mn）材料屬性賦予貝雷梁，將Q235a材料屬性賦予鋼管立柱、分配梁、承重梁及平聯連接件。鋼管立柱以及鋼管平聯結構邊界條件設置為固定端，單獨計算分配梁、承重梁、貝雷梁時與整體結構連接位置處設置簡支約束條件。貝雷梁建模過程中完全按照貝雷片標準連接自由度建立貝雷梁模型。有限元模型如圖2所示。

圖2 有限元模型

3.2 現澆簡支箱梁支架安全性驗算

①鋼管立柱驗算

如圖3所示，鋼管立柱最大vonMis?es 應力145.8MPa<215MPa，最大剪應力 72.69MPa<125MPa，最大變形12.5mm

圖3 鋼管立柱受力圖

②鋼管平聯及斜撐驗算

如圖4所示，鋼管平聯及斜撐最大vonMises應力73.9MPa<215MPa，最大剪應力34.3MPa<125MPa，滿足施工和規范要求。

圖4 鋼管平聯及斜撐受力圖

③承重梁驗算

如圖5所示，承重梁最大vonMises應力 140.8MPa<215MPa，最大剪應力59.85MPa<125MPa，滿足施工和規范要求。

圖5 承重梁受力圖

④貝雷梁驗算

如圖6所示，貝雷梁最大vonMises應力 59.21MPa<310MPa，貝雷梁最大剪應力為 21.75Pa<180MPa，滿足施工和規范要求。

圖6 貝雷梁受力圖

⑤分配梁驗算

如圖7所示，分配梁最大vonMises應力 90.39MPa<215MPa，最大剪應力為 37.25MPa<125MPa，最大變形為0.3778mm

圖7 分配梁受力圖

4 結語

本文以潁河大橋的跨堤橋為工程背景，研究現澆梁結構的施工技術及安全性，經有限元數值建模計算可知，現澆梁結構的安全性能滿足要求。經計算，支架安全可靠，鋼管立柱安全系數為1.5，平聯及斜撐安全系數為2.9，承重梁安全系數為1.52，貝雷梁安全系數為3.5，分配梁安全系數為2.38，符合現澆簡支箱梁支架安全系數大于1.4的施工要求，為橋梁現澆梁施工及安全性驗算提供一定的參考依據。