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        灘頭地段現(xiàn)澆預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁支架施工技術(shù)

        2011-09-04 08:26:10劉興文劉幫新
        鐵道建筑 2011年9期
        關(guān)鍵詞:立桿現(xiàn)澆箱梁

        劉興文,劉幫新

        (1.西安鐵路職業(yè)技術(shù)學院 土木工程系,西安 710600;2.中鐵一局集團 橋梁公司,重慶 401121)

        1 工程概況

        灣邊特大橋位于福州市接線公路工程的烏龍江上,大橋全長1 242.5 m,主要由灣邊接線、北引橋、主橋、南引橋等四部分組成。北引橋上部結(jié)構(gòu)橋式布置為2×40 m等截面預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,南引橋橋式布置為5×40 m等截面預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,箱梁均采用等高度單箱單室斜腹板結(jié)構(gòu),梁高2.4 m,梁頂面寬度16 m,底板寬度7 m,頂板和底板厚度均為26 cm,腹板厚度48~126 cm,箱梁混凝土設(shè)計強度等級為C50。基礎(chǔ)設(shè)計為鉆孔灌注樁,樁徑為 φ1.5 m,設(shè)計樁長60 m。承臺為矩形,設(shè)計厚度2.5 m,承臺混凝土設(shè)計強度等級為C20。

        橋址范圍內(nèi)地層結(jié)構(gòu)自上而下依次為砂類土、淤泥夾砂、淤泥與砂互層、淤泥質(zhì)黏土、礫石、卵石、全風化層、燕山期侵入花崗巖、花崗閃長巖及侏羅系南園組凝灰熔巖,局部可見花崗斑巖和輝綠巖巖脈。

        橋址范圍地貌屬福州沖海積平原,西南部與剝蝕丘陵接觸,整個地勢北東高南西低,剝蝕丘陵高程在5.0~21.0 m之間,地形起伏較大,沖海積平原高程在-10.0~5.0 m范圍內(nèi),地勢平坦,地表水系發(fā)育。

        全橋除0#、1#墩位于灣邊岸以外,其余橋墩位均位于水中。主橋位于烏龍江主河槽中,南引橋位于烏龍江南岸河灘上,地面平均高程為0。灣邊特大橋距出海口較近,施工受潮水影響較大,每天漲落潮各2次,最高漲潮水位高程4.0 m,最低水位高程0,最大潮水位差達4.0 m,漲潮時河灘全部被水淹沒。

        根據(jù)設(shè)計要求,將每聯(lián)連續(xù)箱梁分為 A,B,C,D,E五個節(jié)段,A節(jié)段長度為48 m,混凝土方量為600 m3;B,C,D節(jié)段長度均為40 m,每段混凝土方量為497.4 m3;E節(jié)段長度為32 m,混凝土方量為380.0 m3。第一孔箱梁混凝土澆筑完工之后,等待混凝土強度達到設(shè)計要求之后,進行預應(yīng)力張拉工作。然后將支架移到下一孔,進行下一孔箱梁現(xiàn)澆施工,依次循環(huán)現(xiàn)澆全部箱梁。

        2 施工方案比選

        綜合考慮灘頭地段的地質(zhì)條件、水文條件和潮水影響等因素,結(jié)合施工單位的設(shè)備條件和施工技術(shù)水平,提出灘頭地段現(xiàn)澆預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工方案如下:

        方案一:移動模架現(xiàn)澆施工方案。根據(jù)該橋的實際情況和工期要求,如采用移動模架逐孔現(xiàn)澆施工方案,必須同時投入2套移動模架。移動模架每套質(zhì)量約為600 t,每套造價為609萬元,模架一次性投資為1 218萬元,投資費用大;如采用移動模架施工方案,每孔箱梁施工周期為20 d,單幅15孔箱梁最短工期為10個月,施工工期長,施工受潮水影響較大,故該方案被否定。

        方案二:鋼管樁支墩+貝雷梁縱梁方案。該方案以貝雷梁作為縱梁承受箱梁施工的全部荷載,兩端支墩采用鋼管立柱,其特點是承載力大,支架裝拆方便、速度快。但鋼管支柱對地基承載力要求高,鋼管樁支墩位置設(shè)置位于跨中,基礎(chǔ)處理比較困難。

        方案三:滿堂腳手架現(xiàn)澆方案。采用碗扣式腳手架作為現(xiàn)澆箱梁的支架,以方木為承重梁,支架底部鋪設(shè)枕木,擴大支架立桿的支承面積,降低支架基礎(chǔ)的壓應(yīng)力。該方案對地基承載力要求較低,施工方便,成本較低。采用滿堂腳手架現(xiàn)澆方案,如同時使用8套支架,支架使用費約420萬元,可同時開設(shè)4個工作面施工。方案三具有支架使用費用小,施工工作面多,拆裝簡單,施工進度快等特點,是首選施工方案。

        3 施工方法

        3.1 灘頭地段地基概況

        設(shè)計院提供的地質(zhì)資料顯示,灣邊特大橋灘頭地段天然地基承載力為110 kPa,天然坡角28°;現(xiàn)場工程實驗測定的天然地基承載力在42~70 kPa之間。計算結(jié)果表明,支架基礎(chǔ)的地基承載力要求≥150 kPa,天然地基承載力不滿足現(xiàn)澆預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁支架對地基的要求,必須對天然地基進行處理,保證處理后的地基承載力≥150 kPa,在潮水、江水的沖刷、預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁重量和施工荷載的共同作用下,保證支架基礎(chǔ)穩(wěn)定和施工的安全。

        3.2 地基處理方法

        1)為保證支架基礎(chǔ)在漲潮時的穩(wěn)定性,基礎(chǔ)頂面在漲潮時不能被水淹沒,支架基礎(chǔ)頂面設(shè)計高程為5.0 m,比最高漲潮水位高出100 cm。

        2)為保證支架基礎(chǔ)邊坡在荷載作用下的穩(wěn)定性,支架基礎(chǔ)設(shè)計邊坡坡度為1∶2,為防止潮水的侵蝕和沖刷,在支架基礎(chǔ)外側(cè)邊坡上采用堆碼砂袋方法進行防護。并在支架外側(cè)設(shè)計護道,護道寬度為5.0 m。

        3)為了防止在施工期間雨水和養(yǎng)生水侵害支架基礎(chǔ),對基礎(chǔ)頂面及邊坡進行水泥砂漿抹面處理,砂漿抹面層厚度為3 cm。

        為提高砂子的密實度,采用分層灌水密實的地基處理方法,分層厚度為50 cm,在灌水的同時使用振動棒進行振搗,振動棒的插入間距為60 cm。在基礎(chǔ)頂面鋪設(shè)厚度為30 cm的碎石,碎石規(guī)格為5~40 mm,碎石鋪設(shè)完工后,再用15 t振動壓路機碾壓6遍,最后進行水泥砂漿抹面。

        3.3 檢測地基承載力

        灘頭地段地基按上述方法處理完工之后,由福州市交通工程試驗中心對地基的承載力進行了檢測,地基承載力檢測點位置如圖1所示,檢測結(jié)果見表1。

        圖1 檢測位置示意

        由表1中地基承載力檢測結(jié)果可見:①21#~22#墩之間的地基承載力標準值為170~320 kPa,經(jīng)過處理后的地基承載力符合現(xiàn)澆預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁支架對地基承載力的要求。②在灘頭地段按上述工藝和施工方法處理現(xiàn)澆預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁支架的基礎(chǔ),處理之后的地基承載力≥170 kPa,保證現(xiàn)澆預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工期間支架的穩(wěn)定和可靠。③上述地基處理方法和工藝,可用于灘頭地段其它墩臺之間的地基處理。

        表1 地基承載力檢測結(jié)果表

        3.4 支架結(jié)構(gòu)與拼裝

        3.4.1 支架結(jié)構(gòu)

        滿堂腳手架支架采用碗扣式腳手架作為支架的承力體系,在箱梁底板下部,支架立桿縱橫向間距均為90 cm;腹板和墩頂橫梁下部,支架立桿的縱向間距為90 cm,橫向間距為60 cm;翼緣板下部,支架立桿的縱向間距為90 cm,橫向間距為120 cm;橫桿間距均為120 cm。為保證立桿接頭不在同一斷面上,采用不同長度的立桿進行調(diào)節(jié)。立桿接頭必須采用對接形式,不得搭接。支架縱向布置如圖2所示。

        圖2 支架縱向布置(單位:cm)

        3.4.2 支架的拼裝

        1)支架定位測量放線。首先清理支架基礎(chǔ)頂面上的雜物,根據(jù)支架的設(shè)計間距,測定支架的縱橫向軸線,并在基礎(chǔ)頂面上彈出墨線。

        2)鋪設(shè)支架底部支承層。立桿支承層采用舊木枕,支承層的作用是擴大立桿與基礎(chǔ)頂面之間的接觸面積,降低立桿對支架基礎(chǔ)的壓應(yīng)力,保證支架基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。木枕按平行于支架橫向軸線方向鋪設(shè)。

        3)擺設(shè)底托。根據(jù)支架軸線,在木枕頂面上擺設(shè)立桿底托,要求底托的底面與木枕頂面之間密貼,避免形成底托的點狀受力狀態(tài)。

        4)安裝支架。在底托上安裝支架,第一層支架安裝完工之后,通過抄平檢查第一層支架頂面的平整度,要求同一水平面上的立桿頂面高差≤±3 mm,如果高差不符合要求,用底托調(diào)平。在支架的安裝過程中,要求經(jīng)常用線錘檢查立桿的垂直度,立桿垂直誤差不大于1%,防止立桿偏心受壓;用水平尺檢查橫桿的水平,橫桿的水平誤差不大于1%。碗扣式腳手架的立桿長度是定型尺寸,安裝前應(yīng)根據(jù)支架基礎(chǔ)頂面高程及箱梁底面的設(shè)計高程,合理選用立桿長度,避免出現(xiàn)支架安裝完工之后,支架高度無法調(diào)整的困難,在調(diào)整支架高度時,規(guī)定頂托和底托的外露部分不得超過30 cm,當超過30 cm時,必須加套管進行加固,并用水平桿進行鎖定。

        5)安裝頂托。當支架立桿安裝到設(shè)計高度后,在支架立桿上安裝頂托。

        6)鋪設(shè)方木。在頂托上與橋長垂直方向鋪設(shè)方木,方木橫斷面寬度為10 cm,高度為15 cm,間距為90 cm。在橫向方木上鋪設(shè)縱向方木,縱向方木橫斷面尺寸為10 cm ×10 cm,間距為40 cm,用以直接支撐竹膠模板。

        7)鋪設(shè)底模板?,F(xiàn)澆預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的底模采用244.0 cm×122.0 cm×1.8 cm的復合竹膠模板,鋪設(shè)底模板時,按要求設(shè)置預拱度。

        8)安裝剪刀撐。為保證支架的整體穩(wěn)定性,用剪刀撐對支架進行加固,剪刀撐沿縱橫向分別設(shè)置,每隔4排立桿設(shè)置一道。設(shè)置要求如下:①剪刀撐與水平面的夾角控制在45°~60°之間;②剪刀撐的鋼管接頭采用搭接的形式,搭接長度≥60 cm,每個接頭安裝的扣件數(shù)量不少于3個;③同一個剪刀撐設(shè)置在立桿的兩邊,使剪刀撐和立桿之間有更多的接觸點,以便安裝更多的扣件。

        3.5 支架預壓

        為保證支架在現(xiàn)澆預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工期間穩(wěn)定,檢驗支架基礎(chǔ)處理方案和工藝是否符合要求,支架安裝完工之后,對支架進行相當于支架承受的均布荷載120%的堆載預壓,消除支架的非彈性變形。

        3.5.1 支架預壓荷載計算

        現(xiàn)澆預應(yīng)力混凝土自重按25 kN/m2計算,支架荷載主要包括箱梁混凝土自重19.7 kN/m2、模板重量2.0 kN/m2、施工人員及機具荷載為2.5 kN/m2、振搗混凝土產(chǎn)生的荷載為2.0 kN/m2,支架承受的均布荷載為26.2 kN/m2。支架預壓120%的均布荷載為31.4 kN/m2[2]。

        3.5.2 設(shè)置支架預壓沉降觀測點

        支架預壓加載前,在底模上設(shè)置27個觀測點,支架鋼管上設(shè)置10個觀測點,為檢測基礎(chǔ)的穩(wěn)定性,在支架基礎(chǔ)邊坡平臺上設(shè)置6個水平位移觀測點。觀測點位置如圖3所示。

        圖3 沉降觀測點布置(單位:cm)

        3.5.3 支架預壓加載方法

        預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁底模板鋪設(shè)完工之后,就可以進行支架的預壓加載,加載方法采用在箱梁底模板上堆碼砂袋的方法。

        支架預壓分4次加載,每隔2 d加載一次。第一次加載荷載支架承受均布荷載的60%,即15.72 kN/m2;第二次加載支架承受均布荷載的 80%,即20.96 kN/m2;第三次加載支架承受均布荷載的100%,即26.20 kN/m2;第四次加載支架承受均布荷載的120%,即31.40 kN/m2。

        支架預壓觀測數(shù)據(jù)表明:底模板沉降量為10~15 mm;鋼管支架沉降量為8~12 mm;支架基礎(chǔ)邊坡平臺的水平位移量均在5 mm以內(nèi)。支架基礎(chǔ)沉降量滿足現(xiàn)澆預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工要求。根據(jù)支架預壓觀測結(jié)果分析,確定底模板的預抬高值為15 mm。

        3.6 橋梁復測結(jié)果

        現(xiàn)澆預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工完工后,沿橋梁縱向每10 m一個斷面對灣邊特大橋箱梁進行了復測,復測結(jié)果表明:高程誤差均在10 mm以內(nèi),箱梁軸線偏離設(shè)計軸線位置在10 mm以內(nèi),施工誤差符合公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范要求。

        4 結(jié)語

        1)灘頭地段現(xiàn)澆預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁支架基礎(chǔ)地基的處理方法和施工工藝,可以保證地基處理之后的地基承載力≥170 kPa,滿足現(xiàn)澆預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工期間支架對地基承載力的要求。

        2)灣邊特大橋的工程實踐表明,現(xiàn)澆預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁支架在各種施工荷載和潮水的共同作用下,基礎(chǔ)穩(wěn)定可靠,支架基礎(chǔ)沉降量小,箱梁底面高程和軸線誤差均在±10 mm以內(nèi),施工誤差符合施工技術(shù)規(guī)范要求。該項施工技術(shù)可供灘頭地段其它類似橋梁施工時參考。

        [1]中華人民共和國交通部.JTJ041—2000 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2000.

        [2]鐵道部第三工程局.鐵路工程施工技術(shù)手冊(橋涵)[M].北京:中國鐵道出版社,1992.

        [3]齊紅軍.跨越京杭運河特大橋現(xiàn)澆箱梁門式支架設(shè)計與受力分析[J].鐵道建筑,2009(5):9-11.

        [4]張麒.武廣鐵路客運專線變截面道岔連續(xù)箱梁施工技術(shù)[J].鐵道建筑,2010(1):86-88.

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