高 軍

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

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雙肢變截面空心薄壁墩施工關(guān)鍵技術(shù)探討

高 軍

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

我國西部地區(qū)，因山區(qū)地形復(fù)雜、溝壑多且深等特點，在橋梁建設(shè)過程中需采用高墩。因雙肢變截面空心薄壁墩的諸多優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用。橋墩施工技術(shù)是橋梁施工的關(guān)鍵技術(shù)之一，雙肢變截面空心薄壁墩的施工主要分為實心段墩柱施工、空心段施工和系梁的施工；每一個階段施工關(guān)鍵技術(shù)的控制將直接影響到橋墩的建設(shè)質(zhì)量。重點研究了實心段墩柱施工、空心段施工和系梁施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)，供相關(guān)工程技術(shù)人員參考。

橋墩施工;薄壁空心墩;系梁;支架計算

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷深入發(fā)展,在今后數(shù)年里,西部地區(qū)將是國家戰(zhàn)略發(fā)展的重點;西部公路建設(shè)必然將迎來前所未有的發(fā)展機(jī)遇。西部地區(qū)多為高山深谷,橋梁要跨越這樣的深谷,對橋墩的要求就相應(yīng)地提高了;橋墩的形式多樣,其中單肢薄壁箱型墩和雙肢薄壁空心墩為兩種最常采用的形式。研究表明:在橋墩的截面面積相同時,雙柱墩的抗推剛度是單柱墩的1/4[1-2],所以雙柱式橋墩能更有效地適應(yīng)溫度、混凝土收縮徐變和順橋向的位移影響。雙薄壁空心墩,還可有效削減墩頂彎矩的峰值[3-5]。本文將以牛家溝特大橋為背景工程,針對雙薄壁空心墩在施工中的關(guān)鍵技術(shù)展開研究。

1 工程概況

牛家溝特大橋(左右線)為麻昭高速公路上跨牛家溝的一座特大橋,該特大橋位于昭通市大關(guān)縣悅樂鎮(zhèn)青林村,屬低中山地貌,沖溝發(fā)育,地形起伏較大,橋梁范圍內(nèi)中線地面高程1 261～1 478 m,橋面與溝底最大相對高差217 m。橋梁總長556 m,跨徑布置為3.0 m(橋臺)+2×30 m(先簡支后連續(xù)T梁)+95 m+180 m+95 m(連續(xù)剛構(gòu)橋)+4×30 m(先簡支后連續(xù)組合T梁)+3.0 m(橋臺)。橋梁平面位于直線上,橫坡為單向2%,最大縱坡為2.9%。如圖1所示。

圖1 橋型立面圖

牛家溝特大橋主墩均采用雙肢變截面矩形空心薄壁墩,其中右線3號和4號主墩高度為136.0 m,左線3號主墩和4號主墩高度為131.0 m,順橋向雙肢間凈距7.0 m,墩頂單肢寬度3.5 m,橫橋向墩寬8.5 m,縱向每墩雙肢內(nèi)側(cè)采用豎直截面,外側(cè)均按100∶1放坡,橫向根據(jù)墩高采用分段放坡方式,由上至下分別采用100∶1和50∶1兩種坡度,變坡點設(shè)置在距墩頂100 m位置處。主墩雙肢間在距墩頂50 m、100 m位置處各設(shè)置一道中系梁,為單箱單室箱梁結(jié)構(gòu),梁高3.0 m,壁厚50 cm,寬度根據(jù)其位置處的墩寬確定,主墩中系梁按預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計。每個單肢內(nèi)部隔25 m設(shè)置一道橫隔板,厚度50 cm。主墩底位置處設(shè)置Φ10 cm排水孔,側(cè)壁每隔5 m設(shè)置一道Φ10 cm通氣孔,中系梁及橫隔板位置均設(shè)置人孔。主墩承臺長19.2 m,寬15.2 m,厚4 m。主墩墩身采用C55混凝土。如圖2所示。

圖2 主墩構(gòu)造示意圖

2 橋墩施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 實心段墩柱施工

主墩底部實心段施工為大體積混凝土施工,其關(guān)鍵施工步驟為:① 對承臺混凝土結(jié)合面進(jìn)行鑿毛。② 準(zhǔn)確放樣出墩身周邊線。③ 并調(diào)好模板底面水平。④ 搭設(shè)支架和模板[5-6]。具體施工流程見圖3所示。

圖3 墩柱實心段施工工藝流程圖

支架和模板的搭設(shè)質(zhì)量將直接影響到工程建設(shè)的質(zhì)量和工程的進(jìn)度。因此,必須對支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算分析,計算過程如下:

(1) 荷載取值。鋼筋混凝土自重P1:混凝土分兩次澆筑,支撐系統(tǒng)只承受1 m高的混凝土(35 m3)自重荷載。

P1=35m3×26kN/m3=910kN。

模板及支撐材料自重P2:該部分荷載包括模板重P21=7.15 kN、上層工字鋼P22=15.96 kN、下層工字鋼P23=4.6 kN。

P2=P21+P22+P23=

7.15+15.96+4.6=27.71kN

人員、振搗設(shè)備重P3:荷載集度取2.5 kN/m2。

P3=(3.14×2.2232+4.4×2.223×2)×2.5=

35kN

振動棒振搗產(chǎn)生荷載P4:荷載集度取2 kN/m2。

P4=(3.14×2.2232+4.4×2.223×2)×2=

28kN

(2) 計算分析。鋼棒計算分析:鋼棒選用Φ90 mm的A3鋼。[σ]=170 MPa,[τ]=85 MPa; 面積A=π×92/4=63.62 cm2;抵抗拒W=π×92/32=71.57 cm3。

計算可知:Mmax<[M];Qmax<[Q]。

上層工字鋼計算分析:上層工字鋼為10根3.4 m長,2根3.33 m長,2根3.12 m長,2根2.76 m長,2根2.4 m長的20a型普通工字鋼。簡化為18根3.18 m長,承受由模板傳遞的豎向荷載。受力簡圖見圖4所示。

圖4 受力簡圖

材料特性及截面幾何特性:E=210 GPa、[σ]=170 MPa、W=237 000 mm3、I=23 700 000 mm4。

計算可知:強(qiáng)度驗算,σmax<[σ];剛度驗算,fmax<[f]。

下層工字鋼計算分析:承受由上層工字鋼傳遞而至的豎向荷載。簡化為均布荷載。材料特性及截面幾何特性為:E=210 GPa、[σ]=170 MPa、W=237 000 mm3、I=23 700 000 mm4。[σ]=L/400=2 060/400=5.15 mm。

計算可知:強(qiáng)度驗算,σmax<[σ];剛度驗算,fmax<[f]。

做好上述關(guān)鍵步驟,將有效保證橋墩的施工質(zhì)量。

2.2 空心段施工

橋墩空心段施工的關(guān)鍵技術(shù)在于內(nèi)外模板的架設(shè),根據(jù)墩身構(gòu)造特點、全橋施工工期安排及現(xiàn)場實際情況,主墩外模采用液壓自動爬升模板,內(nèi)模采用碗扣腳手架施工。右線主墩高136 m,受隔板及中系梁影響,共劃分成36個施工節(jié)段,為保證施工節(jié)點的順利完成,根據(jù)施工應(yīng)力分析,對第一道中系梁采用后澆法,即先施工墩柱及墩柱內(nèi)系梁部分,待模板爬升后采用搭設(shè)平臺后澆雙肢間中系梁并張拉的方法;對第二道中系梁采用同步澆筑方法,即利用液壓爬模體系,采用墩柱與中系梁同時施工的方法。由下往上節(jié)段長度為:

3.0 m+2×6.0 m+(1.0 m+0.5 m+1.0 m)+3.5 m+2×6.0 m+(0.5 m+1.5 m+2.0 m+1.5 m)+3×6.0 m+3.25 m+2.5 m+3×6.0 m+3.25 m+(1.5 m+2 m+1.5 m)+3×6.0 m+(3.25 m+1.5 m+1 m)+3×6.0 m+2.25 m+3.5 m。

由于系梁、橫隔板、墩壁的鋼筋較為密集,為方便施工,保證混凝土搗固質(zhì)量,系梁分兩次灌注,第一次灌注底板,第二次灌注腹板和頂板。系梁頂板采用內(nèi)腳手架作支架施工。

2.3 系梁施工

系梁將兩肢薄壁墩連接成一個整體,使得橋墩整體性更好,增加了橋墩的抗彎性能[6-8]。本項目共設(shè)置兩道橫系梁。

(1) 第一道系梁施工。根據(jù)自動液壓爬模的構(gòu)造要求,當(dāng)模板全部爬升出中系梁位置后,即可開始中系梁的施工。為保證中系梁的正常施工,需在主墩兩分肢的內(nèi)側(cè)提前埋設(shè)Φ114 mmPVC管作為穿心鋼棒的預(yù)留孔。系梁整體支架體系自上而下為:1.5 cm厚竹膠板 →10 cm×10 cm方木次楞(橫向) →10 cm×15 cm方木主楞(縱向立放) →120 cm碗扣支架(含頂、底托座) →20槽鋼(橫放、開口向上) →2 cm厚木板(平鋪)→工32a工字鋼(立放) →工40a工字鋼(立放)→Φ100 mm鋼棒(穿心管114 mm)。支架體系安裝完成后,根據(jù)施工圖紙綁扎底板鋼筋并安裝預(yù)應(yīng)力錨具及預(yù)應(yīng)力波紋管。施工過程嚴(yán)格按設(shè)計及規(guī)范要求準(zhǔn)確定位波紋管坐標(biāo),如果普通鋼筋與波紋管位置沖突,可適當(dāng)調(diào)整普通鋼筋位置。底板鋼筋綁扎完成后,準(zhǔn)確安裝腹板箍筋并固定后,即可澆筑底板混凝土;底板混凝土澆筑完成后,待混凝土強(qiáng)度達(dá)到15 MPa以上后,在底板上搭設(shè)中系梁內(nèi)腳手架,施做腹板及頂板鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道;腹板及頂板鋼筋綁扎完成、波紋管準(zhǔn)確定位后,經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格,澆筑腹板及頂板混凝土。腹板澆筑方式采用兩側(cè)對稱澆筑,頂板澆筑采用沿長邊(橫橋向)從左到右一次澆筑成型;中系梁混凝土澆筑完畢后,待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的100%,立即安排預(yù)應(yīng)力張拉及壓漿施工;待孔道壓漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的100%后,方可進(jìn)行支架體系的拆除工作。

(2) 第二道系梁施工。主墩第二道中系梁位于距墩頂50 m高度處,為便于施工,采用液壓爬模和內(nèi)爬架作為支撐體系,與主墩同步澆筑方式完成。

爬模上設(shè)有6層操作平臺,由上往下,第一層和第二層平臺用于鋼筋綁扎和混凝土灌注;第三層平臺用于模板安裝、脫模和模板表面清理;第四層平臺用于導(dǎo)軌和爬架的爬升;第五層和第六層用于墩身表面修整和錨掛組件的倒用。

外?？v向圍檁一端可伸縮,以適應(yīng)墩身縱向收坡[9]。內(nèi)模橫向圍檁兩端可伸縮,內(nèi)?？v向圍檁單端伸縮。

3 結(jié)束語

在大跨徑橋梁中, 連續(xù)剛構(gòu)由于造價上具有優(yōu)勢而得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)跨越深溝峽谷和河流時, 即使需要修建超高墩, 其造價優(yōu)勢依然可以體現(xiàn)。在修建超高墩時, 雙薄壁墩和單肢薄壁空心墩這兩種形式的橋墩都是可以采用的[10],本文根據(jù)施工中經(jīng)驗,對雙薄壁墩施工過程中的注意事項進(jìn)行了總結(jié)和研究,分析了實心段墩柱施工、空心段施工和系梁的施工。

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U443.22;U445.4

A

1673-5781(2016)03-0398-03

2015-12-09；修改日期：2016-05-12

孫 新(1985-)，男，山東濟(jì)南人，中建八局第二建設(shè)有限公司合肥分公司工程師．