水晶明

(中鐵二十五局集團第二工程有限公司 江蘇南京 210046)

1 工程概況

235國道杭州老余杭至五常段改建工程長約3.67 km，結構為地面道路＋高架橋形式。主線高架上部結構采用預應力混凝土T梁，下部結構采用柱式橋墩和門架式墩蓋梁，均為預應力鋼筋混凝土。標準段蓋梁長度26.4 m，雙門式墩蓋梁最大長度為49.9 m，墩高5～17 m，地表主要為淤泥質土和粉質黏土，地基承載力差。主線橋是杭州市亞運會交通主干道，下部結構施工工期6個月，橋墩數(shù)量多，工期緊張，任務重。如何快速、安全完成主線橋下部結構施工是本工程施工技術管理的關鍵。

2 蓋梁支架結構選型

為節(jié)約城市用地，滿足主線橋下通車要求，主線橋蓋梁多采用門式墩蓋梁及T型蓋梁，蓋梁跨度大，單跨型鋼或貝雷梁支架難以滿足強度和剛度要求，必須增加輔助支點，確保支架主梁撓度及抗彎、剪能力滿足規(guī)范要求。

常用的蓋梁支架體系主要有滿堂支架、鋼抱箍式無落地支架、柱梁式支架、插入銷棒式無落地支架等支架體系[1]。支架可行性分析具體見表1。

表1 支架方案選型

根據(jù)現(xiàn)場實際地質條件、墩高、墩型、墩跨及墩身數(shù)量等設計文件，為在有效的時間內快速完成墩身蓋梁的施工，為預制梁連續(xù)架設創(chuàng)造條件，優(yōu)先選用裝配式三角托架。

支架設計基本構型見圖1。

圖1 蓋梁支架基本構型

3 支架快速施工設計優(yōu)化

3.1 裝配式支架結構設計

鋼管支架采用鋼管柱與型鋼組合式，鋼管間采用法蘭連接，鋼管柱φ800×10 mm，鋼管柱立柱通過雙拼工字鋼設置在承臺頂面，鋼管柱長度根據(jù)蓋梁高度進行計算；鋼管支架采用花架連接，且鋼管柱兩側外斜撐采用φ630×8 mm螺旋鋼管，在鋼管柱的頂面橫橋向設置雙拼 45a，其上放置砂箱，便于支架標高調整和支架拆除，在砂箱上橫橋向放置雙拼 56a，縱橋向放置雙拼分配梁。

3.2 支架結構優(yōu)化

為降低裝配式三角托架安裝難度大，保證聯(lián)接節(jié)點安裝質量，需對支架體系進行進一步的優(yōu)化，以提高支架安拆速度[10]119。主要優(yōu)化內容如下:

(1)對支架體系進行標準化，提高支架通用性。

由于橋梁墩高從5～17 m不等，為適應不同墩高不同跨度的要求，避免因墩高頻繁更換受力桿件，對A區(qū)域支架按桁架結構進行專項設計。

對于兩等跨的蓋梁，結構間的水平力通過桁架結構達到內平衡，對立柱只傳遞豎向分力，實現(xiàn)結構穩(wěn)定可靠。對不等跨的蓋梁，通過在支架結點處增加與墩身的聯(lián)系來平衡不對稱水平力，確保結構穩(wěn)定可靠。

(2)蓋梁跨度相差在3 m以內的按一套支架設計，以提高支架通用性和周轉率。

對支架結構進行合理的分割，以便快速拆卸，提高支架周轉速度。對A區(qū)域支架結構，分成兩側三角架、中間花架三部分在鋼結構工廠加工好后運到現(xiàn)場，在現(xiàn)場拼裝好后整體進行吊裝，提高安裝速度；立柱鋼管根據(jù)墩高加工成不同長度的標準節(jié)，方便快速調整。

(3)受壓桿件優(yōu)化設計。

為實現(xiàn)支架整體穩(wěn)定，必須對支架的水平內力進行平衡，消除水平力對結構穩(wěn)定性的不利影響。同時為充分發(fā)揮壓桿承載力，需對結構尺寸進行優(yōu)化，實現(xiàn)各桿件均衡受力。三角托架大樣圖如圖2所示。

圖2 三角托架大樣圖

對兩等跨蓋梁，F(xiàn)1＝F2，托架結構內部水平力處于平穩(wěn)狀態(tài)，不需對結構進行補強加固。

斜桿內力:

F＝FL1＝FL2＝F1/sinα

水平壓桿內力:

FL2＝F×cosα

水平桿與斜桿承受的壓力比:

γ＝FL2/F＝cosα

式中，F(xiàn)L1、FL2分別是斜桿L1、L2 的內力。

考慮壓桿穩(wěn)定系數(shù)，則水平桿與斜桿截面剛度之比為:

k＝βL1/βL2× cosα

式中，βL1、βL2分別為桿件L1、L2 的穩(wěn)定系數(shù)，為充分發(fā)揮桿件承載能力，穩(wěn)定系數(shù)宜大于0.6。

在選擇桿件規(guī)格時可根據(jù)內力大小選擇合適的規(guī)格，同時當桿件長細比過大，穩(wěn)定系數(shù)太小時，鋼材的力學性能不能充分發(fā)揮，要通過增加連桿，減小桿件長細比，提高桿件承載力，避免桿件尺寸過大造成安裝困難[10]119。

對不等跨蓋梁，R1、R2節(jié)點處的水平拉力和R3、R4處的水平壓力不能實現(xiàn)內平衡，對支架產(chǎn)生額外的水平力:

ΔF＝(F1-F2) ×cotα

為消除不平衡水平力的影響，必須在R1、R2、R3、R4四個節(jié)點處增加與墩身的水平聯(lián)系桿，由墩身平衡水平力。

3.3 節(jié)點優(yōu)化

(1)為便于拆裝運輸，對聯(lián)接節(jié)點進行優(yōu)化，采用法蘭盤螺栓連接，提高支架搭設速度。

(2)對受壓節(jié)點通過增架肋板進行局部加強，防止受力節(jié)點屈曲失穩(wěn)。

(3)各桿件的軸心線必須保證相交于一點，以減少桿件偏心受力產(chǎn)生額外附加彎矩。

4 蓋梁支架快速施工

模板支架是蓋梁施工的基礎條件，支架搭設是否快速便捷是蓋梁能否快速施工的關鍵。

4.1 基礎施工

承臺基礎寬度足夠時，主墩鋼管樁底部基礎設在承臺頂面；承臺基礎寬度不夠時，在施工承臺時對承臺進行適當?shù)膸蛯捲O計。承臺頂對應鋼管柱位置預埋100 cm×100 cm厚2 cm鋼板，并露出混凝土面1 cm，安裝時將鋼管柱與預埋鋼板進行焊接或者采用法蘭連接。基礎連接大樣圖見圖3。

圖3 基礎連接大樣圖

4.2 鋼管柱施工

鋼立柱按設計要求在加工廠按6 m長標準節(jié)段和非標準節(jié)段加工。根據(jù)標高配好所需鋼管樁長度，分別加工0.3 m、0.5 m、1 m、2 m、3 m不等度的調整節(jié)。鋼管柱組拼過程中采用法蘭相連并加焊水平支撐的連接板。經(jīng)檢驗合格后，運輸車運到現(xiàn)場后，用吊車按組拼順序進行組拼安裝。安裝時應保證立柱的垂直度和鋼管節(jié)段間法蘭螺栓連接的密實度，以減少支架系統(tǒng)的非彈性變形。

鋼管柱安裝到位后進行三角托架安裝，三角托架采用φ630×8 mm鋼管柱與2 45工字鋼組成，與鋼管樁交叉處焊接三角板，確保其穩(wěn)定性。

三角托架在第一次安裝完成后不再拆解，蓋梁拆模時直接吊運到下一個墩安裝，以提高支架安裝搭設速度[10]120。

鋼管法蘭連接結構見圖4。

圖4 鋼管法蘭連接結構

4.3 花架及平聯(lián)施工

鋼管柱和三角托架施工完成后，及時施工花架和平聯(lián)。正面連接花架為螺旋管，采用法蘭連接；側向連接花架為型鋼，采用鉸接形式。鋼管立柱橫向采用雙排φ420×8 mm螺旋鋼管平聯(lián)，采用法蘭連接；立柱縱向采用 16花架連接，螺栓連接。在平聯(lián)下部鋼管上設 20井字形框架，設在墩身內側作限位架，增加橫向穩(wěn)定性。

花架及平聯(lián)大樣圖具體見圖5。

圖5 花架及平聯(lián)大樣圖

4.4 砂箱施工

為保證支架結構傳力路徑清晰，充分發(fā)揮桿件性能，同時保證便于拆除，在每根鋼管樁頂及節(jié)點位置放置1個砂箱。施工前提前對砂箱進行預壓，減少砂箱的非彈性變形；安裝時四周用型鋼限位，砂桶上面墊2 m鋼板，縱向用槽鋼連接。

4.5 縱橋向承重梁施工

門式墩蓋梁在砂箱頂部設置2 56工字鋼，工字鋼安裝時要保證工字鋼中心與砂箱頂鋼板頂部中心重合，采用25 t汽車吊安裝。

4.6 支架預壓

支架與模板安裝完成后，在蓋梁鋼筋綁扎前，為確保支架施工使用安全，保證蓋梁施工線形，需對蓋梁支架首件進行壓載試驗[11]，其主要目的為:

(1)檢驗支架承載力是否滿足要求；

(2)消除支架非彈性變形；

(3)為設置施工預拱度提供依據(jù)。

由于支架充分利用已完工的承臺作為基礎，剛度大，變形小，支架非彈性變形非常小。為提高施工效率，只對不同結構尺寸的支架首次安裝時預壓，驗證結構強度及彈性變形。

根據(jù)支架受力特點，在鋼管柱頂端及支點處布置變形觀測點。

支架預壓在支架分配梁安裝加固完成后進行。支架預壓采用砼塊加載，分段分級進行加載。預壓最大荷載按截面混凝土結構自重的1.1倍施加，鋼筋混凝土容重按26 kN/m3取值。

預壓過程采用中點單覘法三角高程測量方法進行變形觀測，并根據(jù)觀測結果制定可行的支架調整、加固措施[12]。預壓塊布置時盡量放置在蓋梁橫軸線上，模擬荷載重量。

支架預壓過程中按60%、80%、110%分三級預壓和卸載。

通過對觀測結果進行分析，支架最大彈性變形8 mm，非彈性變形2 mm，滿足規(guī)范及方案要求。

5 效益分析

通過對蓋梁支架進行深度優(yōu)化設計，對支架桿件進行標準化、工廠化加工生產(chǎn)，充分利用已完工承臺墩身的承載能力，大幅提高了支架安拆速度，降低了支架施工成本和循環(huán)時間。

(1)在軟土地區(qū)，相比柱梁式支架，避免采用鋼管樁或砼樁處理基礎，整體用鋼量平均減少50%以上。

(2)采用裝配式三角托架在墩身施工完成后即可立即組織支架結構施工，減少了基礎處理時間和支架預壓時間，提高工作效率和支架周轉率50%以上，為快速完成橋梁蓋梁的施工創(chuàng)造了有利條件；同時由于所有桿件均采用工廠化制作，節(jié)點加工焊接質量可靠，有效保證支架施工安全。具體見表2。

表2 蓋梁施工循環(huán)時間對比

6 結束語

本工程通過對軟土地區(qū)的大跨度蓋梁支架進行優(yōu)化設計，大幅提高蓋梁施工速度，節(jié)約施工成本，為項目在有限的時間內快速完成橋梁下部結構施工，確保亞運會主通道橋按期開通提供了有力保障。并通過支架預壓、施工過程變形監(jiān)測充分驗證了裝配式三角托架的結構可靠性，為軟土地區(qū)城市高速公路大跨度蓋梁快速施工提供了經(jīng)濟可靠的參考方案。