嚴(yán)少波
(湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院 武漢 430051)
107國(guó)道赤壁陸水二橋重建施工方案研究
嚴(yán)少波
(湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院武漢430051)
摘要結(jié)合赤壁市陸水二橋拆除重建工程,介紹了工程主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),以及施工方案,從支架的充分利用、工期、造價(jià)等因素對(duì)主橋的掛籃施工方案和滿堂支架施工方案進(jìn)行了比較,并通過(guò)有限元軟件對(duì)該橋進(jìn)行受力計(jì)算,分析預(yù)應(yīng)力鋼束的布置對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)受力的影響。結(jié)果表明,滿堂支架法施工方案能縮短建設(shè)工期,充分利用既有設(shè)施,在一定條件前提下有其優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞滿堂支架法掛籃施工結(jié)構(gòu)受力分析
1工程概況
陸水二橋位于107國(guó)道湖北省咸寧市赤壁市境內(nèi),跨越陸水河。陸水二橋建成于1989年,全長(zhǎng)226m,橋面寬18m,橋型為4孔凈跨徑50m的剛架拱橋,設(shè)計(jì)荷載:汽-20、掛-100。上部結(jié)構(gòu)為剛架拱片組成,下部結(jié)構(gòu)為空腔重力式橋墩,鉆孔灌注樁基礎(chǔ),重力式U形橋臺(tái)。陸水二橋地處城區(qū)附近,重載車(chē)輛多,交通量大,其實(shí)際承載能力不滿足現(xiàn)有交通量的需求,導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)較嚴(yán)重病害。為保證橋梁正常運(yùn)營(yíng),需對(duì)陸水二橋進(jìn)行危橋改造。
經(jīng)初步設(shè)計(jì)比選,確定采用20mT梁+(34m+2×54m+34m)預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁+20mT梁方案。新建主橋上部構(gòu)造為34m+2×54m+34m四跨一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力混凝土截面連續(xù)箱梁,箱梁采用單箱雙室直腹板截面。下部構(gòu)造利用老橋承臺(tái)及基礎(chǔ)(老橋拆除上部結(jié)構(gòu)及主墩),新建2~4號(hào)主墩墩身采用整體式空心墩,1及5號(hào)墩為過(guò)渡墩,采用柱式墩。新老橋梁橋型方案對(duì)比情況見(jiàn)圖1。
圖1新老橋梁橋型方案對(duì)比圖(單位:cm)
2主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
設(shè)計(jì)速度:60km/h。
汽車(chē)荷載:公路-I級(jí)。
橋面布置:全寬20m。
地震:工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g,按7度設(shè)防。
3主橋施工方案
本橋主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁。隨著橋梁建設(shè)技術(shù)的發(fā)展,在中等跨徑的連續(xù)梁橋施工中,滿堂支架施工逐漸被懸臂現(xiàn)澆施工工藝所代替[1]。但在本項(xiàng)目中,由于老橋拆除采用滿堂支架方案,老橋拆除后滿堂支架稍加改造,可以作為新橋施工的支架,因此主橋施工圖階段針對(duì)利用滿堂支架和采取掛籃施工進(jìn)行了同等深度比較。
3.1掛籃施工方案
箱梁0號(hào)塊件采用支架施工,0號(hào)段兩端分別用鋼管作為懸臂施工狀態(tài)的臨時(shí)固結(jié)支撐體系(待全橋合龍后,拆除臨時(shí)支撐體系)[2]。箱梁0號(hào)節(jié)段施工完成后,在其上面拼裝懸澆掛籃。主橋箱梁采用先邊跨后中跨的合龍順序,邊、中跨合龍段采用吊架施工。箱梁0號(hào)節(jié)段長(zhǎng)11m,每個(gè)懸澆“T”縱向?qū)ΨQ劃分為6個(gè)節(jié)段,梁段數(shù)及梁段長(zhǎng)從根部至跨中分別為3.0m,5×3.5m(見(jiàn)圖2)。邊、中跨合龍段長(zhǎng)均為2m,邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)6m。
圖2 掛籃懸澆施工方案示意圖
3.2滿堂支架施工方案
滿堂支架施工方案箱梁截面尺寸沒(méi)有變化,節(jié)段長(zhǎng)度及預(yù)應(yīng)力布置張拉位置較原方案不同。箱梁0號(hào)節(jié)段長(zhǎng)11m,每個(gè)滿堂支架現(xiàn)澆“T”縱向?qū)ΨQ劃分為A0,A1,A2 3個(gè)節(jié)段(見(jiàn)圖3),梁段長(zhǎng)分別為11.0,10.0,10.5m。中跨合龍段長(zhǎng)為2m。
圖3 滿堂支架施工方案示意圖(單位:cm)
滿堂支架施工方案節(jié)段數(shù)較掛籃施工由7個(gè)節(jié)段減少為3個(gè)節(jié)段,除0號(hào)節(jié)段長(zhǎng)度不變外,其余分段長(zhǎng)度都增加。
3.3結(jié)構(gòu)受力及造價(jià)情況
3.3.1結(jié)構(gòu)受力
掛籃施工方案,混凝土主梁在施工階段出現(xiàn)的最大壓應(yīng)力為11.1MPa,持久狀況下,混凝土主梁上緣的最大壓應(yīng)力為15.86MPa,下緣的最大壓應(yīng)力為10.15MPa,主梁截面最大主壓應(yīng)力值為9.9MPa[3]。滿堂支架施工方案,混凝土主梁在施工階段出現(xiàn)的最大壓應(yīng)力為12.7MPa,持久狀況下,混凝土主梁上緣的最大壓應(yīng)力為16.2MPa,下緣的最大壓應(yīng)力為12.0MPa,主梁截面最大主壓應(yīng)力值為16.2MPa。
從結(jié)構(gòu)受力對(duì)比看,掛籃施工略優(yōu)于滿堂支架施工,但相差不大,都能滿足規(guī)范要求。2種施工方案結(jié)構(gòu)受力對(duì)比見(jiàn)表1。
表1 掛籃施工方案與滿堂支架施工
3.3.2材料和造價(jià)
掛籃施工方案,主梁C55混凝土用量3 064m3,普通鋼筋用量748.3 t,鋼絞線用量128.5 t。滿堂支架施工方案,主梁C55混凝土用量3 146 m3,普通鋼筋用量881.1 t,鋼絞線用量149.4 t。在建安費(fèi)上,相比滿堂支架施工,掛籃施工方案具有一定優(yōu)勢(shì)。2種施工方案施工材料用量對(duì)比見(jiàn)表2。
表2 掛籃施工方案與滿堂支架施工
3.4結(jié)構(gòu)受力差異分析
利用橋梁博士結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)陸水二橋2種施工方案建模分析,2種施工方案對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響主要體現(xiàn)在頂板預(yù)應(yīng)力鋼束的布置,對(duì)荷載短期效應(yīng)組合下截面上緣拉應(yīng)力及荷載標(biāo)準(zhǔn)值組合下截面上緣壓應(yīng)力的影響。2種施工方案頂板預(yù)應(yīng)力布置差異如下。
(1) 選用掛籃施工方案時(shí),每個(gè)懸臂施工節(jié)段長(zhǎng)3~5m,頂板預(yù)應(yīng)力鋼束可以直接錨固于箱梁節(jié)段截面內(nèi),錨固點(diǎn)距離截面上緣0.33m,見(jiàn)圖4。
圖4 掛籃施工方案縱向預(yù)應(yīng)力鋼束錨固斷面示意
選用滿堂支架施工時(shí),部分施工節(jié)段較長(zhǎng)圖(10~11m),如果預(yù)應(yīng)力鋼束僅錨固在每個(gè)箱梁節(jié)段截面內(nèi),其結(jié)構(gòu)受力不能滿足規(guī)范要求,為了改善結(jié)構(gòu)受力情況,需要在箱梁節(jié)段內(nèi)每隔3~5m設(shè)置齒板,用于錨固預(yù)應(yīng)力鋼束[4],錨固點(diǎn)距離截面上緣0.825m,見(jiàn)圖5。
圖5 滿堂支架施工方案縱向預(yù)應(yīng)力鋼束錨固斷面示意圖
取頂板鋼束T2錨固點(diǎn)位置進(jìn)行比較分析,當(dāng)頂板鋼束T2錨固于齒板時(shí),錨固點(diǎn)距離截面上緣0.825m,荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下截面上緣最大應(yīng)力為15.8MPa,荷載短期效應(yīng)組合下最小應(yīng)力為4.1MPa,見(jiàn)圖6。
圖6 T2鋼束錨固于齒板時(shí)上下緣應(yīng)力示意圖
調(diào)整頂板鋼束T2錨固點(diǎn)至箱梁截面內(nèi),距離截面上緣0.33m,其他預(yù)應(yīng)力鋼束位置不變,此時(shí),荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下截面上緣最大應(yīng)力為16.2MPa,荷載短期效應(yīng)組合下最小應(yīng)力為4.5MPa,見(jiàn)圖7。
圖7 T2鋼束錨固于箱梁截面時(shí)上下緣應(yīng)力示意圖
當(dāng)改變其他頂板鋼束錨固點(diǎn)位置時(shí),都可得到如下結(jié)論:預(yù)應(yīng)力錨固點(diǎn)距離箱梁截面上緣越近,則截面上緣應(yīng)力越大。故相較于懸臂施工,用滿堂支架法施工時(shí),箱梁截面上緣在荷載短期效應(yīng)組合下,更容易出現(xiàn)拉應(yīng)力,需要布置更多的預(yù)應(yīng)力鋼束,使結(jié)構(gòu)受力滿足規(guī)范要求。由于增加了齒板等構(gòu)造的原因,混凝土及普通鋼筋數(shù)量也相應(yīng)地增加。
3.5方案選定
本項(xiàng)目地處城區(qū)附近,交通量大,工期要求較高。由于滿堂支架方案澆注節(jié)段少,工期遠(yuǎn)小于掛籃施工方案(可縮短工期2個(gè)月,總工期21個(gè)月),社會(huì)效益顯著。且滿堂支架是為拆除舊橋搭建,支架周轉(zhuǎn)次數(shù)多,周轉(zhuǎn)時(shí)間短,設(shè)備利用率高,使用輔助設(shè)備少(無(wú)需大型吊裝設(shè)備)[5]。掛籃施工方案在結(jié)構(gòu)受力和材料用量方面略有優(yōu)勢(shì),但為其特制的20m寬掛籃(2對(duì))為非標(biāo)準(zhǔn)寬度,制作費(fèi)用高,后期利用率低。
兩施工方案總造價(jià)基本相當(dāng),綜合考慮社會(huì)效益和社會(huì)資源利用,選定滿堂支架方案為本項(xiàng)目實(shí)施方案。項(xiàng)目現(xiàn)處于施工實(shí)施階段。
4結(jié)語(yǔ)
滿堂支架施工方案在結(jié)構(gòu)受力和材料用量上不如掛籃施工方案,但具體到本項(xiàng)目,由于支架的再利用和節(jié)省特制掛籃的費(fèi)用,其總造價(jià)基本相當(dāng)。而且由于可以節(jié)省工期,有效利用社會(huì)資源,施工方案比選效果顯著。
由于掛籃施工工藝的成熟,中等跨度連續(xù)梁橋滿堂支架施工方案在設(shè)計(jì)中幾乎被擯棄。 但本項(xiàng)目滿堂支架在方案比選中顯示出的合理性,在橋梁跨徑不大的情況下,與老橋拆除方案相結(jié)合,是其他工程可參考的經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)
[1]任翔,李浩,黃平明.支架現(xiàn)澆混凝土連續(xù)梁施工方案比選及監(jiān)測(cè)成果分析[J].公路,2012(10):57-60.
[2]周衛(wèi),覃輝鵑.橋梁懸澆施工技術(shù)問(wèn)題的探討[J].公路,2004(8): 278-280.
[3]賈金青,余芳,閆長(zhǎng)旺,等.連續(xù)梁橋懸臂施工截面應(yīng)力分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2011(23):334-335.
[4]王依蘭.支架法現(xiàn)澆連續(xù)梁施工方法及工藝[J].黑龍江交通科技,2010(8):143-145.
[5]梅軍,王新偉,梁華.滿堂支架在現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工技術(shù)中的應(yīng)用[J].江西建材, 2009(3):82-83,86.
收稿日期:2014-10-19
DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.015