文/強偉亮 李 飛 陶 波

雙層系梁Y 形橋墩廣泛地應用于城市交通，特別是在公軌結(jié)合梁橋中的應用尤為廣泛。Y形橋墩結(jié)構(gòu)勻稱、受力簡單、整體效果好；但其橫梁的跨徑一般較大，導致橫梁跨中彎矩較大，需要配置大量預應力束，同時端頭的錨固也復雜[1]，因此，Y 形橋墩施工技術的研究顯得尤為重要。

陳鵬凱[2]對橋墩施工中的墩模制作、鋼筋施工及其混凝土澆筑等環(huán)節(jié)進行研究，通過結(jié)合工程實踐總結(jié)出相應環(huán)節(jié)的施工技巧，有效地提高施工質(zhì)量。對于大型V 形墩施工，采用碗扣式鋼管支架和扣件式鋼管支架的施工方案，滿足了橋墩在施工過程中的受力要求[3]，該方案取材方便，拼裝簡單，回收率高，節(jié)省材料，經(jīng)濟效益明顯。嚴任苗[4]基于某橋梁墩柱橫系梁施工案例，介紹了墩柱橫系梁的施工技術及其方案的穩(wěn)定性驗算，墩柱橫系梁采用從墩頂用精軋螺紋鋼筋下掛橫梁，在橫梁下部布置鋼管樁直接從承臺上支撐進行施工。

既有的研究成果中，對于Y 形橋墩雙層系梁現(xiàn)澆施工技術研究較少，故本文在以上實踐的基礎上，以福州市道慶洲大橋工程為背景，對其施工技術方案進行研究，設計了定制型鋼與鋼管組合支架體系并通過有限元法進行空間結(jié)構(gòu)分析，為今后類似工程提供一定的實踐經(jīng)驗和參考價值。

1 工程概況

福州市道慶洲大橋是福州主城與長樂連接的一條快速通道，為公軌兩用橋梁，總長約6.82 km，公軌共線長約4.4 km。上層公路橋6 車道，城市主干道兼一級公路；下層為雙線地鐵6號線。SR17#～SR36#橋墩設計為Y 形墩，有蓋梁和系梁。蓋梁混凝土澆筑高度1.8～2.4 m，跨度14.705 m，縱向?qū)挾? m；系梁混凝土高度2.5～4 m，跨度7.6 m，縱向?qū)挾? m。除系梁段墩柱外，其他段墩柱采用翻模施工；系梁和蓋梁側(cè)模采用改制翻模，底模專門設計型鋼與鋼管樁組合支架。見圖1。

圖1 Y形橋墩

2 支架體系

2.1 支架設計

Y 形橋墩雙層系梁采用“先上后下”的施工工序，即先施工下層系梁，然后周轉(zhuǎn)下層系梁的支架材料用于上層系梁的施工，使支架材料等資源配置合理，以達到效益最大化。

支架結(jié)構(gòu)自下而上由柱腳、鋼管樁、牛腿、鋼管樁縱橫向連接系、主橫梁、主縱梁、橫向分配梁等組成。鋼管樁采用φ630 mm×10 mm 鋼管，連接系平聯(lián)為2[20a 槽鋼，剪刀斜撐為單拼[20a 槽鋼，樁頂主橫梁為2I45a 型鋼。主縱梁為I20a 型鋼，橫向布置6 榀，間距為600 mm，縱梁線型分析依據(jù)系梁面層加工而成。分配梁采用I12.6型鋼，直線段橫向間距400 mm，面板采用6 mm鋼板，與分配梁焊接，打磨光滑。見圖2。

2.2 結(jié)構(gòu)計算

2.2.1 模型及邊界條件

支架結(jié)構(gòu)采用MIDAS Civil 有限元軟件空間整體模型，各構(gòu)件均采用梁單元模擬，立柱在柱腳固結(jié)，主縱梁與主橫梁和分配梁均為鉸接。見圖3。

圖2 現(xiàn)澆支架設計

圖3 現(xiàn)澆支架計算模型

2.2.2 工況分析

工況1：澆筑混凝土。

工況2：模板安裝完成后，梁體鋼筋安裝前。

2.2.3 荷載組合

各工況分別考慮基本組合與標準組合：基本組合計算結(jié)果用于評價強度與穩(wěn)定性指標，標準組合用于評價變形指標。見表1。

表1 荷載組合分項系數(shù)

2.2.4 計算結(jié)果

1）強度。在現(xiàn)澆混凝土荷載、施工荷載、風荷載等組合作用下，各構(gòu)件強度計算結(jié)果見圖4。

圖4 現(xiàn)澆支架計算模型

2）變形。工況1 條件下下層支架縱梁豎向變形為-7.9 mm，上層支架縱梁最大豎向變形為-10.6 mm，滿足規(guī)范要求。

3 墩身強度計算

Y形墩身逐節(jié)澆筑過程中，由于墩身軸線傾斜，已完成的節(jié)段在上部混凝土及模板荷載的作用下承受較大彎矩。另外，上層施工過程中，下層系梁承擔荷載較大，故需對墩身強度及變形進行校核，保證其在使用過程中不出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。采用Midas FEA建立三維靜力實體有限元模型，構(gòu)件網(wǎng)格劃分采用進階算法，單元類型為六面體單元。

墩身澆筑到最后一節(jié)段時，在蓋梁混凝土及模板自重作用下，構(gòu)件最大拉應力為1.61 MPa，發(fā)生在墩身倒角位置，滿足規(guī)范要求。見圖5。

圖5 墩身計算模型

4 系梁施工方案

4.1 支架安裝

1）預埋柱腳的錨固螺栓于承臺頂，做好標記，從標記處支起4 根φ630 mm×10 mm 鋼管立柱；預埋HPB400φ20 mm 鋼筋于墩柱里側(cè)指定標高處，焊上錨板，固定牛腿。

2）在鋼管樁頂標高向下偏移0.5 m 或1.5 m（視鋼管樁長而定）設置第一道平聯(lián)，平聯(lián)采用雙拼槽鋼，再向下4 m 設置第二道平聯(lián)；兩道相互平行的平聯(lián)間支立剪刀撐，剪刀撐采用[20a。

3）鋼管樁與主橫梁連接處、牛腿與主橫梁連接處設置砂箱，拆模時打開砂箱雙側(cè)螺栓，砂子流出后，鋼模板與支架整體下降，模板與現(xiàn)澆混凝土脫離，遵循先支后拆，后支先拆的順序穩(wěn)步拆卸。

4）在砂箱正上方，架支主橫梁，主橫梁采用2I45a型鋼。

5）垂直于主橫梁正上方，間距600 mm布置6組主縱梁。

6）分配梁直線段間距400 mm，在分配梁上安裝6 mm厚鋼模板。

4.2 系梁與墩柱接觸面鑿毛

鑿毛的目的是清理浮漿并露出粗骨料，增加新老混凝土接觸面積，增加前后澆混凝土的黏結(jié)力，使兩個施工階段的面黏結(jié)牢固。鑿毛應輕微細致，深度控制在10 mm 即可達到要求效果，同時把混凝土表面浮漿及松軟層全部剔除掉，大部分露出粗骨料，骨料外露75%即可。通常在現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)中，在前一現(xiàn)澆段澆筑完畢后，接觸面需要鑿毛，然后用水沖洗干凈，使接觸面濕潤，方可進行下一段澆筑。

4.3 綁扎鋼筋及側(cè)模板安裝

為了使成品混凝土外光內(nèi)實，采用定型鋼模，刷脫模劑確保美觀，鋼筋定位后，支立側(cè)模。側(cè)模采用大塊定型鋼模，由廠家集中制作，模板的吊裝擬選用50 t 吊車，人工配合吊車安裝。鋼模及其配件需在檢驗合格后方準使用，模板組裝前應于模板內(nèi)側(cè)涂刷脫模劑，應使用同一品種脫模劑，不得使用易沾在混凝土上或使混凝土變色的油料。澆筑前模板表面應平整光滑，無污物。

4.4 預應力件

在系梁模板上預留塑料波紋管孔洞并設置封錨鋼墊板、錨具、壓漿孔。鋼束張拉時各個橫剖面上應對稱張拉，張拉順序為先張拉上層鋼束、后張拉下層鋼束。

4.5 澆筑混凝土

混凝土集中拌和，輸送泵輸送入模，分層澆筑，分層厚度≯50 cm，搗固方式采用插入式振動器振搗。蓋梁頂面標高應有明顯的控制線，保證蓋梁頂面高程和各預埋件外露部分尺寸準確?；炷敛捎脙啥藢ΨQ澆筑，控制合理的澆筑速度。

5 結(jié)語

本文結(jié)合道慶洲大橋Y 形橋墩的實際情況，設計了定制型鋼主梁與鋼管立柱組合支架體系，通過有限元法進行了結(jié)構(gòu)分析，在各工況下，支架結(jié)構(gòu)整體強度、剛度，墩身自身抗裂性能滿足規(guī)范要求；同時，優(yōu)化了工程的施工工序，可實現(xiàn)上下兩層支架材料的周轉(zhuǎn)使用，資源配置合理。