葉亦文

（廣東省路橋建設(shè)發(fā)展有限公司路達(dá)分公司汕梅高速改擴建項目管理處,廣東 梅州 514000）

0 引言

山區(qū)箱梁施工多采取支架現(xiàn)澆工藝，考慮到山區(qū)橋梁建設(shè)環(huán)境較為復(fù)雜，且多為高墩構(gòu)造，土方開挖回填量較多，導(dǎo)致支架現(xiàn)澆施工周期較長，施工難度偏大。支架現(xiàn)澆的施工成本偏高，施工中存在的質(zhì)量影響因素較多，現(xiàn)場現(xiàn)澆工藝流程繁雜，造成箱梁建設(shè)整體造價的增多。支架現(xiàn)澆存在大量安全風(fēng)險系數(shù)大的高空作業(yè)，安全隱患較大，且測量難度隨著橋梁結(jié)構(gòu)施工精度的增大而增大。支架施工方案的設(shè)計需要結(jié)合實際工程環(huán)境，對支架現(xiàn)澆箱梁的技術(shù)特點進行充分分析，掌握其中質(zhì)量、安全控制要點，優(yōu)化支架現(xiàn)澆施工水平。

1 工程概況

廣東省內(nèi)某高速公路是公路路網(wǎng)規(guī)劃的重要路線，對省內(nèi)縣市交通物流及經(jīng)濟銜接起到關(guān)鍵作用。該高速公路跨越了大范圍山區(qū)復(fù)雜地形環(huán)境，設(shè)計全長30 km，設(shè)計車速120 km/h，路面設(shè)計寬度32 m，雙向六車道。沿線設(shè)計有長度達(dá)2.7 km的箱形橋梁，起終點樁號為K10+200～K12+900，左右幅設(shè)計，橋梁跨徑50 m+80 m+80 m+50 m，四孔一聯(lián)構(gòu)造，為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面箱梁連續(xù)曲線梁橋。橋梁平面曲線半徑為2 000 m，存在橫向2%的250 m超高段，箱梁高度隨腹板二次拋物線變化，梁高2～4.7 m，箱梁頂厚度0.3 m，箱梁頂板單幅寬度15.8 m，底板寬度則為10.8 m；箱梁底板厚度在0.3～0.6 m之間，隨二次拋物線變化，腹板厚度0.4～0.6 m，懸臂長度2.5 m。橋梁端、中橫梁只設(shè)置在支點截面位置，主梁采取C55鋼筋混凝土。橋梁下部結(jié)構(gòu)為承臺實體橋墩，下方設(shè)計有36根1.5 m直徑的鉆孔灌注樁，0號、4號橋臺分別采取肋板橋臺、擋墻式薄壁橋臺。橋臺下部設(shè)計有24根直徑1.8 m的灌注樁。經(jīng)過地質(zhì)勘察單位現(xiàn)場檢測可知，該橋梁所在地形起伏程度較大，地面高程在180～210 m之間，且地表多分布有全風(fēng)化砂巖，內(nèi)部泥質(zhì)含量較多，厚度0.5～3.5 m；第2～3跨地表以下3.8 m處存在承載強度偏低的淤泥狀土層。項目部依據(jù)實際建設(shè)情況，擬采取支架現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)[1]。

2 支架現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)分析

2.1 施工特點

該區(qū)域箱梁建設(shè)存在地質(zhì)復(fù)雜、高程變化幅度大的缺點，公路路線選取的限制因素較多，橋梁現(xiàn)澆施工主要表現(xiàn)為以下幾點：山區(qū)橋梁建設(shè)多采取高墩結(jié)構(gòu)，能夠適應(yīng)山區(qū)溝壑深谷、河流等區(qū)域，有效減少土方開挖量。但是橋梁高墩設(shè)計也會造成支架布置及混凝土澆筑施工難度的增大，現(xiàn)場多采取分段分層次混凝土澆筑，前期硬化混凝土需要做好良好養(yǎng)護處理，導(dǎo)致施工周期的不斷延長，在大跨徑橋梁支架現(xiàn)澆施工中尤為顯著。該橋梁高墩擬采取平行作業(yè)組織形式，不同橋墩需要配備的模板高度大于6 m，現(xiàn)場需要采取大型機械設(shè)備進行運輸。不同墩柱之間的施工工序也難以充分協(xié)調(diào)，施工造價增多，支架安裝數(shù)量和規(guī)模偏大，支架拆卸投入時間偏長。支架安裝需要事先開展放線測量工作，高墩結(jié)構(gòu)造成測量工作精確性不足，技術(shù)人員測量也存在較大安全隱患。

2.2 地基處理

該橋梁工程地基處理過程如下：土地平整，對支架現(xiàn)澆施工地基周圍進行平整化處理；依據(jù)相關(guān)支架設(shè)計要求，確定支架位置，開展測量放樣；支架地基承載力要進行檢測，針對地基承載強度較低的位置，要進行地基換填處理，支架基礎(chǔ)采取混凝土條形基礎(chǔ)，橋梁左右兩幅共設(shè)計有90道條形基礎(chǔ)，每道條形基礎(chǔ)的高度1 m，寬度2 m，長度16 m，條形基礎(chǔ)上部要構(gòu)建鋼管支撐柱，并且采取槽鋼進行斜撐加固。其中，鋼管支撐柱的壁厚12 mm，直徑95 mm，高度分布在10～15 m之間。

2.3 支架設(shè)計

2.3.1 方案

項目部支架現(xiàn)澆設(shè)計主要選取鋼管支撐柱加貝雷梁支架方案，具體包括以下結(jié)構(gòu)、條形基礎(chǔ)、上下分配梁、鋼管支撐柱、模板系統(tǒng)、碗扣式鋼管腳手架等。橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆采取單幅四跨支架，其中第2跨跨越鐵路，采取異形支架，其余跨全部采取結(jié)構(gòu)一致的標(biāo)準(zhǔn)斷面支架。標(biāo)準(zhǔn)支架每排有5個鋼管柱，且排距縱向尺寸5～6 m，橋梁支點位置要加密布置，順橋向鋼管柱布置間距3 m，并且合理設(shè)置斜下分配梁。鋼管柱下方基礎(chǔ)選取擴大基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，碗扣式腳手架鋼管壁厚3.5 mm，直徑48 mm，縱橫向布置步幅為65 cm，豎向布置步幅為120 cm，橋梁翼緣處調(diào)整橫向步幅為70～90 cm，腹板下方鋼管橫向步幅則可以適當(dāng)進行加密（30 cm），剪刀撐、掃地桿等結(jié)構(gòu)則由相關(guān)單位自行確定其數(shù)量、位置[2]。

2.3.2 支架布設(shè)

支架布設(shè)采取滿堂腳手架拼裝完成，腳手架需要進行立桿墊座墊設(shè)，墊座頂部可調(diào)節(jié)范圍控制在50 cm以上，具備支撐頂托。滿堂腳手架需要依照施工階段不同工作面搭設(shè)，橋梁順橋向的布設(shè)長度達(dá)到了260 m，且需要根據(jù)腳手架受力特點合理確定支架橫斷面、立桿間距。腳手架橫橋向立桿布置間距為60 cm，梁端、橋墩頂部的立桿橫橋向布置間距則控制在30 cm，橋梁翼緣位置立桿橫橋向布置間距則為90 cm；橫桿步距則可以依據(jù)高度的不同進行適當(dāng)調(diào)整；順橋向腳手架立桿間距設(shè)定為60 cm。立桿高度的計算需要先進行貝雷片標(biāo)高測定后進行，在確定高度范圍開展立桿安裝，頂托高度最大可調(diào)節(jié)20 cm，超過計算高度的，則需要進行橫桿安裝。支架布設(shè)間隔3.6 m，需要加設(shè)縱橫向剪刀撐，一般縱向6根立桿、橫向4根立桿分別布設(shè)一道剪刀撐，剪刀撐與地面呈45°夾角，立桿、水平桿和剪刀撐之間采取旋轉(zhuǎn)扣件銜接處理，鋼管長度偏小時，可以采用對接扣件進行加長處理。滿堂支架搭設(shè)過程中，立桿高度需要依據(jù)地面高程進行選取，且以頂托20 cm可調(diào)節(jié)高度進行安裝、加工預(yù)制；橋墩、橋臺位置處的支架需要加密處理，橋臺處立桿間距小于30 cm，可采取立桿補加強化，橋墩處盡量控制模數(shù)化立桿加密。圖1～2為箱梁0#塊支架平面、橫斷面布設(shè)示意圖[3]。

圖1 0#塊支架平面布置圖

2.4 支架預(yù)壓

該橋梁支架預(yù)壓荷載為箱梁恒載重1.1倍，考慮到項目周圍無水源，項目部擬采取砂袋預(yù)壓形式，如圖3所示。砂袋預(yù)壓過程中，沙袋外側(cè)需要采取固定管進行位置加固，逐級加載預(yù)壓，現(xiàn)場分別以設(shè)計荷載30%、60%、90%、100%、110%進行逐級加載，且逐級加載過程中需要每隔2 h及時記錄支架沉降變化，加載至設(shè)計荷載110%后則需要保持滿載狀態(tài)24 h以上，對應(yīng)力及位移變化進行動態(tài)監(jiān)測。其中，沙袋加載預(yù)壓需要控制加載速度，確保荷載施加的均勻性及地基相應(yīng)強度增強穩(wěn)定性。后級荷載施加前，需要確保上一級荷載施加沉降速度的穩(wěn)定。預(yù)壓快結(jié)束時，現(xiàn)場需要控制加載速率，避免加載量偏大導(dǎo)致的支架傾覆和地基強度喪失情況。依據(jù)支架設(shè)計相關(guān)規(guī)范，支架預(yù)壓地基最大沉降變化需要控制在10 mm/d以內(nèi)，且支架水平位移變化速率保持在4 mm/d以內(nèi)；支架沙袋預(yù)壓全部時間控制在1周以內(nèi)，地基、支架非彈性變形需要全部消除。沙袋預(yù)壓階段需要對地基下沉值和梁變形值進行記錄，以便為后續(xù)預(yù)拱度設(shè)置提供必要支撐。其中，需要在底模頂面、基礎(chǔ)頂面設(shè)計變形測量點位，且每隔6 m施工段設(shè)置一個觀測斷面，一個斷面需要包括3～5個沉降變形測點，對預(yù)壓前后的變形數(shù)據(jù)進行高程值測定，一天需要進行3次以上的變形數(shù)據(jù)記錄。支架沙袋預(yù)壓示意圖如圖3所示[4]。

圖2 0#塊支架橫斷面布置圖

圖3 沙袋預(yù)壓示意圖

3 支架分析

3.1 施工荷載

項目組針對0#塊支架現(xiàn)澆箱梁施工進行支架驗算。0#塊施工截面主要包括墩頂截面和懸臂端截面，其中底板和腹板相互垂直，腹板應(yīng)力發(fā)展?fàn)顩r可以忽略，僅需要對前兩懸臂端開展斷面法驗算分析，項目懸臂端一側(cè)混凝土澆筑量為185 m3。支架施工荷載具體如下：模板支架體系荷載N1；混凝土現(xiàn)澆自重N2；鋼筋管道荷載N3；施工人員、設(shè)備、工器具等移動荷載N4；混凝土施工振搗產(chǎn)生的荷載N5；混凝土澆筑產(chǎn)生的模板荷載N6；傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載N7。支架現(xiàn)澆模板結(jié)構(gòu)荷載組合具體如表1所示，活載分項系數(shù)選取為1.5，自重荷載分項系數(shù)則設(shè)定為1.3，進行剛度分析時荷載分項系數(shù)則為1.0[5]。

表1 模板結(jié)構(gòu)計算荷載組合

3.2 支架立桿穩(wěn)定性驗算

橋梁進行模板施工之前，需要在滿堂支架頂托上部沿橫橋向設(shè)置熱軋普通工字鋼，繼而在普通工字鋼上部布設(shè)10 cm×10 cm方木，方木縱向間距則控制在20 cm左右。在此基礎(chǔ)上進行箱梁結(jié)構(gòu)底模安裝，主梁內(nèi)模、底模均采取竹膠板，規(guī)格尺寸為123 cm×245 cm×1.5 cm。橋梁0#塊模板體系側(cè)面面板采取鋼板，厚度6 mm，橫向肋布置間距350 mm的普通槽鋼[6]。支撐架斜腹桿、直腹桿、桁架弦桿采取熱軋普通槽鋼。模板單元寬度需要進行4道桁架進行必要支撐，單元寬度尺寸4 300 mm+3 600 mm+4 300 mm。

0#塊懸臂端腹板盤扣支架橫向間距、縱向間距均為60 cm，其恒載N1、N2、N3、N7計算分別為49.5 kN、2 kN、0.54 kN、1.04 kN；活載N4、N5計算分別為0.9 kN、0.72 kN。依據(jù)相關(guān)規(guī)范選取恒載分項系數(shù)1.3、活載分項系數(shù)1.5，則可獲取支架單根立桿最大豎向荷載為71 kN；0#塊懸臂端頂?shù)装遄畲蠛穸忍幹Ъ軝M向間距、縱向間距分別為120 cm、60 cm，則支架計算恒載N1、N2、N3、N7分別為42.3 kN、1.7 kN、1.1 kN、1.04 kN；活載N4、N5分別為1.78 kN、1.43 kN。單根支架立桿最大豎向荷載為65 kN。模板立桿計算長度依據(jù)規(guī)范可知為1.91 m[7]。

依據(jù)相關(guān)安全技術(shù)規(guī)范可知，滿堂支架單根立桿穩(wěn)定性采取式（1）計算：

式中，N——單根立桿所受軸力；φ——立桿穩(wěn)定性系數(shù)；A——立桿橫截面積，570 mm2；f——立桿鋼材強度設(shè)計值，300 MPa。

立桿長細(xì)比的計算需要考慮底板下方支架架設(shè)高度及形式，項目支架高度整體在8 m以內(nèi)，且為敞開形式，風(fēng)荷載影響程度較小，長細(xì)比計算如式（2）：

式中，i——立桿回轉(zhuǎn)半徑，2.01 cm；h——立桿計算高度，1.91 m。則可以獲取長細(xì)比為95。

立桿軸心受壓穩(wěn)定性系數(shù)為0.512，計算獲取立桿最大軸向力71 kN，N/φA=270 MPa≤300 MPa，立桿穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

4 總結(jié)

山區(qū)公路橋梁建設(shè)中多采取支架現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)，能夠減少預(yù)制場箱梁預(yù)制及運輸成本，且得益于支架現(xiàn)澆的靈活性，能夠適應(yīng)于復(fù)雜地形環(huán)境橋梁建設(shè)。支架現(xiàn)澆箱梁施工方案需要充分結(jié)合工程實際合理設(shè)計，對支架現(xiàn)澆進行穩(wěn)定性分析，確保橋梁建設(shè)質(zhì)量。