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        五里大橋0#塊托架設(shè)計及施工應(yīng)用分析

        2022-06-28 20:11:33鄧斌韋權(quán)程怡
        西部交通科技 2022年4期
        關(guān)鍵詞:支架混凝土施工

        鄧斌 韋權(quán) 程怡

        【摘要:】為了使連續(xù)梁橋0#塊施工更加便捷可靠,文章結(jié)合廣西永福(廣福)至三皇公路五里大橋1#、2#墩0#塊施工實踐,通過采用Midas Civil軟件進(jìn)行有限元分析,提出采用型鋼、貝雷梁作為0#塊支承體系,大鋼管作為臨時墩臨時固結(jié),合理設(shè)置結(jié)構(gòu)體系,將整個支架支承于剛性承臺之上的操作要點,避免了支架的不均勻沉降,節(jié)省了大量人力物力,加快了施工進(jìn)度并創(chuàng)造了效益。

        【關(guān)鍵詞:】0#塊托架;臨時固結(jié);預(yù)壓

        U445.4A321044

        0 引言

        隨著我國經(jīng)濟(jì)高速增長,公路建設(shè)不斷發(fā)展,而橋梁建設(shè)是公路建設(shè)中重要組成部分,也是連接河流兩岸的重要構(gòu)筑物,目前我國橋梁建設(shè)水平已躍居世界前列。連續(xù)梁橋0#塊施工是一項非常復(fù)雜的工程,需要做臨時支撐、托架預(yù)壓。本文以廣西永福(廣福)至三皇公路五里大橋1#、2#墩0#塊施工實踐為例,研究預(yù)應(yīng)力混凝土變高度連續(xù)梁0#塊施工的托架設(shè)計參數(shù)、施工方法及要點,可為后續(xù)同類橋梁施工建設(shè)提供借鑒。

        1 工程概況

        五里大橋設(shè)計橋型為(78+145+78)m預(yù)應(yīng)力混凝土變高度連續(xù)梁。橋長309 m,橋面按單幅布置,總寬9.5 m。主橋上構(gòu)采用掛籃懸臂澆筑法施工,主墩水中樁基承臺采用筑島圍堰施工。

        五里大橋共有2個0#塊,分別位于1#、2#墩。0#塊尺寸為:頂寬9.5 m,翼板長1.75 m,底寬6 m,高9 m,順橋向長13 m,懸出墩身部分每側(cè)長5 m,1#、2#墩墩身高度分別為7.5 m、6.5 m,0#塊體積為446.7 m 總重1 185.2 t,懸出墩身部分單側(cè)體積為142.23 m 重376.9 t。

        2 托架設(shè)計

        2.1 托架設(shè)計思路

        0#塊分兩層澆筑,第一層0#塊底板及腹板澆筑4 m高度的混凝土。第二層混凝土先澆筑腹板、而后是頂板、翼板。不留垂直施工縫。主要承重結(jié)構(gòu)為組合型鋼牛腿支架。在承臺上設(shè)置型鋼支架,采用32a工字鋼對焊支撐,單面設(shè)置三個支撐排架,上弦采用56a工字鋼做橫梁,靠外側(cè)兩邊工字鋼與另一側(cè)連接,墩身不再預(yù)埋鋼板或工字鋼,中間立柱利用臨時固結(jié)體系的鋼管柱,支撐架間及支架和橫梁之間采用16槽鋼連接,保證支架的整體穩(wěn)定。在56a工字鋼上橫向布設(shè)7榀貝雷桁梁,貝雷片間隔為(60+60+120+60+60+60+60)cm。第三榀和第四榀貝雷片間有臨時固結(jié)鋼管柱阻隔,為保證上部托架受力均勻,在鋼管柱間加焊32a工字鋼,頂面與貝雷片頂平齊。0#塊托架順橋向和橫橋向立面見圖2、圖3。支架設(shè)計考慮三個方面的內(nèi)容:

        (1)支架的安全性,包括支架本身的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性,也包括施工作業(yè)人員安全和材料設(shè)備的安全。

        (2)施工方便,可操作性強(qiáng),各項施工內(nèi)容明了、直接,各項數(shù)值盡量采用易記的數(shù)字,材料采用市場購買的通用材料。

        (3)經(jīng)濟(jì)合理,即盡量少買新材料,從已有材料中組合搭配,即使需要用到新材料,也要考慮材料回收問題,實現(xiàn)重復(fù)利用。

        2.2 有限元分析驗算

        采用Midas Civil軟件對0#塊托架進(jìn)行有限元分析。有限元模型如圖4所示。組合型鋼牛腿支架中的構(gòu)件立柱、斜柱、斜撐、橫梁,貝雷片中的上弦桿、下弦桿、腹桿、支撐架,以及底摸支架和臨時支撐鋼護(hù)筒采用梁單元模擬;模板面板及模板豎肋采用板單元模擬;模板橫肋采用梁單元模擬。橫梁與貝雷片采用一般彈性連接;貝雷片與底模支架采用一般彈性連接;模板豎肋和底模支架一般彈性連接。立柱、斜柱和臨時支撐鋼護(hù)筒底部支墊處采用一般支承邊界條件進(jìn)行約束。

        根據(jù)現(xiàn)場施工實際情況,0#塊托架在工作期間主要受到的荷載有腹板混凝土重、底板混凝土重、頂板混凝土重、翼緣板混凝土重、箱梁內(nèi)的支架重、箱梁內(nèi)的模板重、翼緣板下的支架重、翼緣板底模和腹板外側(cè)模重、施工人群和機(jī)械荷載及其動力荷載、傾倒混凝土的沖擊荷載、振搗混凝土的機(jī)械動力荷載、托架材料的自重等。

        計算兩種荷載工況:

        (1)第一次混凝土澆筑工況為荷載組合1:1.2托架自重+1.2底板混凝土自重+1.2腹板(4 m高度)混凝土自重+1.4施工機(jī)具人員荷載+1.4振搗混凝土荷載。

        (2)第二次混凝土澆筑工況為荷載組合2:1.2托架自重+1.2底板混凝土自重+1.2腹板(全部)混凝土自重+1.2頂板混凝土自重+1.2翼板混凝土自重+1.4施工機(jī)具人員荷載+1.4振搗混凝土荷載。

        提取最不利的工況0#塊托架各構(gòu)件受力驗算結(jié)果見表1。

        對托架模型的第二次混凝土澆筑進(jìn)行屈曲分析。屈曲分析荷載組合為:不變荷載[托架自重+1.2底板混凝土自重+1.2腹板(全部)混凝土自重+1.2頂板混凝土自重+1.2翼板混凝土自重]+可變荷載(1.4施工機(jī)具人員荷載+1.4振搗混凝土荷載)。由計算結(jié)果可知,屈曲模態(tài)1特征值為12.26,大于經(jīng)驗值4,托架結(jié)構(gòu)在最不利工況下屈曲分析穩(wěn)定性滿足要求。托架屈曲分析模態(tài)1見下頁圖5。

        3 0#塊施工工藝流程及主要操作要點

        3.1 施工工藝流程

        承臺、墩身施工設(shè)置好各種預(yù)埋件→安裝臨時支撐鋼護(hù)筒,鋼護(hù)筒內(nèi)澆筑混凝土→安裝牛腿→牛腿預(yù)壓→托架拼裝搭設(shè)(工字鋼)→型鋼、底模板鋪設(shè)→支架預(yù)壓、調(diào)整底模標(biāo)高→底板、腹板、橫隔板鋼筋綁扎→預(yù)埋楔形塊上鋼板→外模板安裝,封頭、部分內(nèi)模板安裝→第一次混凝土澆筑→養(yǎng)生→頂面混凝土鑿毛并清理干凈→內(nèi)模板安裝及封頭模板安裝→頂板鋼筋綁扎→縱、橫、豎向預(yù)應(yīng)力筋及管道定位→第二次混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)生及梁端鑿毛→內(nèi)、外模板拆除→預(yù)應(yīng)力施工(包括穿束、張拉、壓漿)→底模拆除→卸下支架橫梁→拆除橫梁、牛腿→安裝楔形塊、楔形塊灌砂→準(zhǔn)備安裝掛籃。

        3.2 主要操作要點

        (1)臨時固結(jié)體系74E84B52-77D2-44D7-A66C-1BCDE3321CD9

        臨時固結(jié)體系是保證本橋懸臂施工安全度及懸臂穩(wěn)定的重要措施。連續(xù)梁設(shè)計方案采用掛籃懸臂澆筑施工工法,為防止掛籃懸臂澆筑過程中T構(gòu)發(fā)生傾覆,施工前應(yīng)將T構(gòu)與墩身進(jìn)行臨時固結(jié)。因此,本橋連續(xù)梁主墩1#、2#墩兩處T構(gòu)需要進(jìn)行臨時固結(jié)。墩梁臨時固結(jié)結(jié)構(gòu)方案為:在橋墩墩頂上設(shè)置長590 cm×寬50 cm的C50臨時支座,臨時支座一次澆筑,共布設(shè)5層鋼筋網(wǎng),在鋼管中心順橋方向距墩邊2.5 m處設(shè)1 000 mm×16 mm支撐鋼管,每側(cè)布置3條,橫向位置為鋼管中心距墩邊為1.2 m,支撐鋼管落于承臺內(nèi),支撐管內(nèi)設(shè)置精軋螺紋鋼,組成臨時支撐體系。精軋螺紋鋼一端錨具在承臺內(nèi)(預(yù)埋錨具、波紋管、螺旋筋),埋深為3.5 m,另一端在箱梁底板張拉錨固。梁底設(shè)錨固C55混凝土塊,錨下設(shè)置4層10 cm×10 cm鋼筋網(wǎng)片,層間距為6 cm。從承臺頂至0#塊底全高布置,鋼管支撐柱布置在墩外,上端支頂于箱梁底板下,鋼管下端與法蘭盤采取四周滿焊,沿圓周方向加焊8道加勁板。箱梁與支撐鋼管間用砂桶連接,箱梁底部預(yù)埋法蘭盤與砂桶連接,支撐鋼管內(nèi)灌注C55混凝土,砂桶與支撐鋼管間灌注20 cm硫磺砂漿。臨時支撐鋼管橫橋向立面圖見圖6,臨時支座大樣圖見圖7。

        (2)托架安裝

        托架安裝前,對預(yù)埋件須用測量儀器進(jìn)行跟蹤測量,保證牛腿頂面為同一水平面。安裝從下往上,必須先做好臨時固定措施。貝雷片先在場地平臺上拼裝好2組桁梁,2榀一組裝好后重量為2 400 kg,用吊車吊到預(yù)埋牛腿上,再將兩組連接成整體。安裝就位后,在牛腿上用U型扣件扣緊,做好臨時固定。

        (3)托架預(yù)壓

        根據(jù)現(xiàn)場實際施工特點,為優(yōu)化預(yù)壓工藝,0#塊托架預(yù)壓采取在承臺埋設(shè)精軋螺紋鋼扁擔(dān)梁反拉,在支撐牛腿上方設(shè)置反拉扁擔(dān)梁,主要針對托架牛腿進(jìn)行預(yù)壓,并根據(jù)托架整體施載情況下牛腿反力進(jìn)行模擬加載,查看其支撐穩(wěn)定性。反拉扁擔(dān)梁采用雙拼][28槽鋼,托架采用在承臺預(yù)埋的JL32精軋螺紋鋼接長至托架上,并施加荷載。相鄰的兩榀牛腿一起預(yù)壓,通過4根精軋螺紋鋼張拉,每根螺紋鋼采用100 t千斤頂進(jìn)行張拉。預(yù)壓張拉時應(yīng)兩側(cè)同時張拉,每根螺紋鋼張拉控制力為40 t,分3級加載,即50%、90%、110%加載。加載達(dá)到設(shè)計荷載后,持荷48 h,檢查最終的撓度,與設(shè)計撓度對比,合格后分級卸載。

        (4)模板、鋼筋及波紋管安裝

        端模與堵頭模是保證0#塊梁段端部和孔道達(dá)到成形要求的關(guān)鍵。堵頭板采用鋼板加工,堵頭板的預(yù)應(yīng)力管道位置開孔須認(rèn)真反復(fù)核對,保證無誤。外側(cè)模、內(nèi)模以及端頭模間用拉桿螺栓聯(lián)結(jié)并用鋼管做內(nèi)撐,防止模板變形和移位。模板安裝按設(shè)計要求調(diào)整縱坡及橫坡,成型后模板的整體、局部強(qiáng)度和剛度應(yīng)滿足安全要求,其允許撓度及變形誤差應(yīng)符合規(guī)定,外形尺寸準(zhǔn)確,模板面平整光潔,裝拆操作安全方便。

        鋼筋安裝時注意保護(hù)層的厚度,用墊塊進(jìn)行支墊。鋼筋綁扎過程中,應(yīng)按設(shè)計圖紙定好波紋管位置,如波紋管位置與鋼筋沖突,應(yīng)適當(dāng)調(diào)整鋼筋位置。波紋管接頭應(yīng)密實,防止?jié)仓^程中混凝土進(jìn)入波紋管造成堵塞。

        (5)混凝土澆筑

        0#塊混凝土用混凝土輸送泵機(jī)泵送澆注,澆筑順序為:第一層澆筑0#塊底板及腹板4 m高度的混凝土。第二層先澆筑腹板的混凝土后澆筑頂板、翼板的混凝土。混凝土振搗采用50式、70式插入式振動器,對波紋管較密處進(jìn)行重點振搗。混凝土可摻適量外加劑,使混凝土初凝時間延長。

        4 結(jié)語

        0#塊在橋梁施工中是一個十分關(guān)鍵的部位,通過采用型鋼、貝雷梁等常用構(gòu)件作為支撐體系,采用有限元分析計算模型驗算,對比現(xiàn)場實際施工的結(jié)構(gòu)變形,分析得出有限元模型的結(jié)構(gòu)變形與實際施工過程中結(jié)構(gòu)變形相差不大,驗證了計算的可靠性。

        0#塊托架懸臂部分采用型鋼斜撐支頂,避免了常規(guī)滿堂支架部分落于承臺之外、部分落在承臺上的不均勻沉降問題。型鋼支架整體支承于承臺上,承臺作為剛性基礎(chǔ),且計算模型可靠,后期此類剛性基礎(chǔ)支架可不采用預(yù)壓,從而節(jié)省大量人力物力,加快施工進(jìn)度。

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