滩头地段现浇预应力混凝土连续箱梁支架施工技术

2011-09-04刘兴文刘帮新

铁道建筑 2011年9期

刘兴文，刘帮新

(1.西安铁路职业技术学院土木工程系，西安 710600;2.中铁一局集团桥梁公司，重庆 401121)

1 工程概况

湾边特大桥位于福州市接线公路工程的乌龙江上，大桥全长1 242.5 m，主要由湾边接线、北引桥、主桥、南引桥等四部分组成。北引桥上部结构桥式布置为2×40 m等截面预应力混凝土连续箱梁，南引桥桥式布置为5×40 m等截面预应力混凝土连续箱梁，箱梁均采用等高度单箱单室斜腹板结构，梁高2.4 m，梁顶面宽度16 m，底板宽度7 m，顶板和底板厚度均为26 cm，腹板厚度48～126 cm，箱梁混凝土设计强度等级为C50。基础设计为钻孔灌注桩，桩径为 φ1.5 m，设计桩长60 m。承台为矩形，设计厚度2.5 m，承台混凝土设计强度等级为C20。

桥址范围内地层结构自上而下依次为砂类土、淤泥夹砂、淤泥与砂互层、淤泥质黏土、砾石、卵石、全风化层、燕山期侵入花岗岩、花岗闪长岩及侏罗系南园组凝灰熔岩，局部可见花岗斑岩和辉绿岩岩脉。

桥址范围地貌属福州冲海积平原，西南部与剥蚀丘陵接触，整个地势北东高南西低，剥蚀丘陵高程在5.0～21.0 m之间，地形起伏较大，冲海积平原高程在－10.0～5.0 m范围内，地势平坦，地表水系发育。

全桥除0#、1#墩位于湾边岸以外，其余桥墩位均位于水中。主桥位于乌龙江主河槽中，南引桥位于乌龙江南岸河滩上，地面平均高程为0。湾边特大桥距出海口较近，施工受潮水影响较大，每天涨落潮各2次，最高涨潮水位高程4.0 m，最低水位高程0，最大潮水位差达4.0 m，涨潮时河滩全部被水淹没。

根据设计要求，将每联连续箱梁分为 A，B，C，D，E五个节段，A节段长度为48 m，混凝土方量为600 m3;B，C，D节段长度均为40 m，每段混凝土方量为497.4 m3;E节段长度为32 m，混凝土方量为380.0 m3。第一孔箱梁混凝土浇筑完工之后，等待混凝土强度达到设计要求之后，进行预应力张拉工作。然后将支架移到下一孔，进行下一孔箱梁现浇施工，依次循环现浇全部箱梁。

2 施工方案比选

综合考虑滩头地段的地质条件、水文条件和潮水影响等因素，结合施工单位的设备条件和施工技术水平，提出滩头地段现浇预应力混凝土连续箱梁施工方案如下:

方案一:移动模架现浇施工方案。根据该桥的实际情况和工期要求，如采用移动模架逐孔现浇施工方案，必须同时投入2套移动模架。移动模架每套质量约为600 t，每套造价为609万元，模架一次性投资为1 218万元，投资费用大;如采用移动模架施工方案，每孔箱梁施工周期为20 d，单幅15孔箱梁最短工期为10个月，施工工期长，施工受潮水影响较大，故该方案被否定。

方案二:钢管桩支墩+贝雷梁纵梁方案。该方案以贝雷梁作为纵梁承受箱梁施工的全部荷载，两端支墩采用钢管立柱，其特点是承载力大，支架装拆方便、速度快。但钢管支柱对地基承载力要求高，钢管桩支墩位置设置位于跨中，基础处理比较困难。

方案三:满堂脚手架现浇方案。采用碗扣式脚手架作为现浇箱梁的支架，以方木为承重梁，支架底部铺设枕木，扩大支架立杆的支承面积，降低支架基础的压应力。该方案对地基承载力要求较低，施工方便，成本较低。采用满堂脚手架现浇方案，如同时使用8套支架，支架使用费约420万元，可同时开设4个工作面施工。方案三具有支架使用费用小，施工工作面多，拆装简单，施工进度快等特点，是首选施工方案。

3 施工方法

3.1 滩头地段地基概况

设计院提供的地质资料显示，湾边特大桥滩头地段天然地基承载力为110 kPa，天然坡角28°;现场工程实验测定的天然地基承载力在42～70 kPa之间。计算结果表明，支架基础的地基承载力要求≥150 kPa，天然地基承载力不满足现浇预应力混凝土连续箱梁支架对地基的要求，必须对天然地基进行处理，保证处理后的地基承载力≥150 kPa，在潮水、江水的冲刷、预应力混凝土连续箱梁重量和施工荷载的共同作用下，保证支架基础稳定和施工的安全。

3.2 地基处理方法

1)为保证支架基础在涨潮时的稳定性，基础顶面在涨潮时不能被水淹没，支架基础顶面设计高程为5.0 m，比最高涨潮水位高出100 cm。

2)为保证支架基础边坡在荷载作用下的稳定性，支架基础设计边坡坡度为1∶2，为防止潮水的侵蚀和冲刷，在支架基础外侧边坡上采用堆码砂袋方法进行防护。并在支架外侧设计护道，护道宽度为5.0 m。

3)为了防止在施工期间雨水和养生水侵害支架基础，对基础顶面及边坡进行水泥砂浆抹面处理，砂浆抹面层厚度为3 cm。

为提高砂子的密实度，采用分层灌水密实的地基处理方法，分层厚度为50 cm，在灌水的同时使用振动棒进行振捣，振动棒的插入间距为60 cm。在基础顶面铺设厚度为30 cm的碎石，碎石规格为5～40 mm，碎石铺设完工后，再用15 t振动压路机碾压6遍，最后进行水泥砂浆抹面。

3.3 检测地基承载力

滩头地段地基按上述方法处理完工之后，由福州市交通工程试验中心对地基的承载力进行了检测，地基承载力检测点位置如图1所示，检测结果见表1。

图1 检测位置示意

由表1中地基承载力检测结果可见:①21#～22#墩之间的地基承载力标准值为170～320 kPa，经过处理后的地基承载力符合现浇预应力混凝土连续箱梁支架对地基承载力的要求。②在滩头地段按上述工艺和施工方法处理现浇预应力混凝土连续箱梁支架的基础，处理之后的地基承载力≥170 kPa，保证现浇预应力混凝土连续箱梁施工期间支架的稳定和可靠。③上述地基处理方法和工艺，可用于滩头地段其它墩台之间的地基处理。

表1 地基承载力检测结果表

3.4 支架结构与拼装

3.4.1 支架结构

满堂脚手架支架采用碗扣式脚手架作为支架的承力体系，在箱梁底板下部，支架立杆纵横向间距均为90 cm;腹板和墩顶横梁下部，支架立杆的纵向间距为90 cm，横向间距为60 cm;翼缘板下部，支架立杆的纵向间距为90 cm，横向间距为120 cm;横杆间距均为120 cm。为保证立杆接头不在同一断面上，采用不同长度的立杆进行调节。立杆接头必须采用对接形式，不得搭接。支架纵向布置如图2所示。

图2 支架纵向布置(单位:cm)

3.4.2 支架的拼装

1)支架定位测量放线。首先清理支架基础顶面上的杂物，根据支架的设计间距，测定支架的纵横向轴线，并在基础顶面上弹出墨线。

2)铺设支架底部支承层。立杆支承层采用旧木枕，支承层的作用是扩大立杆与基础顶面之间的接触面积，降低立杆对支架基础的压应力，保证支架基础的稳定性。木枕按平行于支架横向轴线方向铺设。

3)摆设底托。根据支架轴线，在木枕顶面上摆设立杆底托，要求底托的底面与木枕顶面之间密贴，避免形成底托的点状受力状态。

4)安装支架。在底托上安装支架，第一层支架安装完工之后，通过抄平检查第一层支架顶面的平整度，要求同一水平面上的立杆顶面高差≤±3 mm，如果高差不符合要求，用底托调平。在支架的安装过程中，要求经常用线锤检查立杆的垂直度，立杆垂直误差不大于1%，防止立杆偏心受压;用水平尺检查横杆的水平，横杆的水平误差不大于1%。碗扣式脚手架的立杆长度是定型尺寸，安装前应根据支架基础顶面高程及箱梁底面的设计高程，合理选用立杆长度，避免出现支架安装完工之后，支架高度无法调整的困难，在调整支架高度时，规定顶托和底托的外露部分不得超过30 cm，当超过30 cm时，必须加套管进行加固，并用水平杆进行锁定。

5)安装顶托。当支架立杆安装到设计高度后，在支架立杆上安装顶托。

6)铺设方木。在顶托上与桥长垂直方向铺设方木，方木横断面宽度为10 cm，高度为15 cm，间距为90 cm。在横向方木上铺设纵向方木，纵向方木横断面尺寸为10 cm ×10 cm，间距为40 cm，用以直接支撑竹胶模板。

7)铺设底模板。现浇预应力混凝土连续箱梁的底模采用244.0 cm×122.0 cm×1.8 cm的复合竹胶模板，铺设底模板时，按要求设置预拱度。

8)安装剪刀撑。为保证支架的整体稳定性，用剪刀撑对支架进行加固，剪刀撑沿纵横向分别设置，每隔4排立杆设置一道。设置要求如下:①剪刀撑与水平面的夹角控制在45°～60°之间;②剪刀撑的钢管接头采用搭接的形式，搭接长度≥60 cm，每个接头安装的扣件数量不少于3个;③同一个剪刀撑设置在立杆的两边，使剪刀撑和立杆之间有更多的接触点，以便安装更多的扣件。

3.5 支架预压

为保证支架在现浇预应力混凝土连续箱梁施工期间稳定，检验支架基础处理方案和工艺是否符合要求，支架安装完工之后，对支架进行相当于支架承受的均布荷载120%的堆载预压，消除支架的非弹性变形。

3.5.1 支架预压荷载计算

现浇预应力混凝土自重按25 kN/m2计算，支架荷载主要包括箱梁混凝土自重19.7 kN/m2、模板重量2.0 kN/m2、施工人员及机具荷载为2.5 kN/m2、振捣混凝土产生的荷载为2.0 kN/m2，支架承受的均布荷载为26.2 kN/m2。支架预压120%的均布荷载为31.4 kN/m2［2］。

3.5.2 设置支架预压沉降观测点

支架预压加载前，在底模上设置27个观测点，支架钢管上设置10个观测点，为检测基础的稳定性，在支架基础边坡平台上设置6个水平位移观测点。观测点位置如图3所示。