圓柱墩現澆箱梁抱箍支架法及整體落架施工關鍵技術

胡龍泳, 何良玉, 劉 志, 劉國明, 伍志堅

(湖北交通投資集團有限公司,湖北 武漢 430050)

0 引 言

隨著經濟高速發展,國家在大力投資交通領域工程建設。截至2021年末,國家高速公路里程為117 000km,全國公路橋梁96.11萬座、7 380.21萬延米,越來越多新建項目投入到山區、高原等交通不便的地方。山區地形復雜,溝壑縱橫,橋梁建造難度大,安全風險高。當前,常規橋梁施工標準化程度高,多采用30m、40m預制T梁或小箱梁架設施工,工藝成熟且造價經濟[1],對于曲率半徑較小的彎橋(如匝道橋)、跨河、跨路及特殊跨徑的中小橋,一般采用滿堂支架現澆[2-5]施工。但山區地形陡峭,地質復雜,采用支架現澆法對地基承載力有較高要求,且支架拆除安全風險大。相比之下,抱箍支架法節約材料,施工便捷,尤其適用于墩高梁輕、地形復雜或地質特殊的山區橋梁。[6-8]

本文以鄂西北山區某新建高速公路匝道橋為背景,介紹一種橋梁雙抱箍復合支架現澆施工方法,輔之支架模板整體落架工藝,具有臨時設施材料用料省、施工效率高、安全風險低等特點,對山區橋梁現澆施工具有借鑒意義。

1 工程概況

某高速公路樞紐互通B匝道橋全長439.03m,現澆箱梁跨徑布置為6×19.6m+6×19.6m+4×20m+3×40m,共4聯。上部結構采用普通鋼筋混凝土連續現澆箱梁,19.6m與20m跨徑為單箱雙室斷面,標準段箱梁頂寬10.5m,底寬6.5m,懸臂長2.0m,高1.4m,為最大跨徑的1/14;40m跨徑為單箱雙室斷面,標準段箱梁頂寬10.5m,底寬6.5m,懸臂長2.0m,高度2.1m。

2 抱箍支架及整體落架設計與計算

2.1 支架設計與計算

B匝道橋第一、二聯采用抱箍型鋼支架,第三、四聯采用抱箍貝雷支架。本文以第三聯4×20m現澆箱梁為例,如圖1所示,支架跨徑為17.8m,每一聯的邊跨邊墩采用P630×10mm鋼管立柱支撐,中間墩均安裝抱箍支撐;枕頭梁采用雙拼H700×300型鋼,主梁采用321型貝雷主梁,主梁在枕頭梁處增設I12.6工字鋼加強立桿,分配梁采用I25工字鋼,沿順橋向按貝雷梁節點(80+2×70+80)cm間距布置,分配梁上橫橋向按30cm(腹板區加密至15cm)間距布置10×10cm方木后布設模板。

圖1 第三聯抱箍貝雷支架設計圖

2.1.1 材料參數

鋼材采用Q345和Q235鋼,根據相關規范,Q345鋼抗拉、抗壓和抗彎強度設計值[σ]=305MPa,彈性模量E=2.1×105MPa;Q235鋼抗拉、抗壓強度設計值[σ]=215MPa,彈性模量E=2.1×105MPa。貝雷梁采用321型貝雷梁支架。

2.1.2 荷載及荷載組合

第三聯型鋼貝雷支架采用有限元軟件建模,如圖2所示。荷載考慮如下:①自重(支架、模板);②人群與施工機具荷載;③混凝土荷載。其中,混凝土荷載根據箱梁典型斷面,按照荷載集度分布圖(圖3),施加梁單元荷載。

圖2 支架計算模型

圖3 箱梁混凝土荷載集度分布圖

根據《建筑施工模板安全技術規范》(JGJ162—2008),荷載組合分應力荷載組合和位移荷載組合,荷載按照最不利荷載考慮。應力荷載組合:1.2×①+1.4×②+1.2×③;位移荷載組合:1.0×①+1.0×②+1.0×③。

2.1.3 支架結構驗算

根據如上計算,支架有限元分析計算結果見表1,各構件應力小于對應鋼材的設計值,強度滿足要求;貝雷支架最大相對位移為39mm,小于L/400=18 000/400=45mm,變形滿足要求;根據屈曲分析結果,臨界荷載系數為13,整體穩定性滿足要求。

表1 貝雷支架各構件計算結果匯總表

2.2 抱箍設計與計算

圖4 主抱箍平面布置圖

抱箍需承受豎向壓力,偏安全的取N 值為2 000kN,按照最不利原則,全部由高強螺栓的抗剪力承擔,采用允許應力法[9]驗算高強螺栓抗剪承載力如下:M30螺栓允許承載力[NL]=P*μ*n/K,式中,P為高強螺栓的預拉力,取355kN;μ為摩擦系數,取0.3;n為傳力摩擦面數,取1;K為安全系數,取1.3。故[NL]=82kN。螺栓需求數m=N/[NL]=2000/82=25個,故主抱箍48個高強螺栓滿足要求。

2.3 整體落架工裝設計與計算

圖5 精軋螺紋鋼分析計算

3 關鍵施工技術與操作要點

抱箍支架搭設施工與常規滿堂支架施工類似,且操作更加便捷,其詳細流程在此不做贅述,本節僅對搭設施工及支架整體落架過程中的關鍵技術進行闡述。

(1) 試拼。抱箍安裝前,要嚴格檢查抱箍尺寸、焊縫質量等,尤其內徑偏差,且應進行試拼。

(2) 承載力試驗。正式施工前,隨機調選2組抱箍安裝在同一根墩柱上,根據試驗用千斤頂尺寸確定二者間距;抱箍與墩柱之間設置一層橡膠墊,每組抱箍用48個10.9級M30高強螺栓連接牢固,采用定矩扭力扳手兩邊對稱擰緊螺栓,扭力值為1 385N·m;安裝完成后同時打開兩臺油泵進油閥,分7級(10%,20%,30%,40%,60%,80%,100%)施加荷載。分別記錄各個分級荷載下抱箍的溫度、位移、上下抱箍間距。驗證抱箍承載力滿足設計要求后,方可正式開始施工。

(3) 抱箍升溫處理。溫度對抱箍承載力有著較大的影響,隨著溫度的升高,抱箍由于鋼材良好的熱脹冷縮性能,會導致抱箍的承載力逐漸下降,故抱箍高強螺栓終擰前,可預先對抱箍進行升溫處理。

(4) 抱箍位移觀測。抱箍安裝完成時,應精確控制安裝精度;安裝完成后,應及時布設位移觀測點,高度不高時,可采用與上述試驗時相同位移觀測方法;墩柱較高時,應布設測量反光貼,并進行全過程位移監測。在支架模板安裝、預壓、澆筑施工及溫度梯度較大時,應加強位移監測。

(5) 支架整體落架工藝。操作流程在上文2.3中已有描述,需要補充的是,如現澆箱梁單跨跨徑較大,可適當對稱增加卸落預埋點;在支架整體卸落時,應保證多點同步;卸落后,要及時對預留孔洞進行封堵。

4 結束語

本文以山區某新建高速公路匝道橋為背景,對抱箍支架及整體落架的設計進行了計算分析,各參數均滿足要求,且安全儲備較高;闡述了抱箍支架搭設施工和支架整體落架工藝的關鍵技術。工程實踐表明,該施工方法安全可靠,可有效解決山區橋梁施工中地形陡峭、地質復雜的問題,避免了軟基處理,同時可節約施工成本,縮短施工周期,對同類橋梁施工具有一定的參考和借鑒意義。