公路桥梁独柱墩盖梁托架法施工技术

2012-09-25王建斌

城市道桥与防洪 2012年3期

王建斌

（中铁二十局集团第一工程有限公司，江苏苏州 215153）

1 工程概况

十堰至天水高速公路42标段位于陕西略阳县白水江镇境内，线路沿着八渡河、白石沟、嘉陵江及洛河河谷走向，在沿洛河河谷走向时，在河谷内设计了青岩湾大桥。该桥上部结构为48×20 m装配式预应力混凝土连续箱梁。下部结构为直径2.2 m独柱式墩，高度为15～22 m，预应力盖梁，重力式桥台。独柱盖梁结构尺寸见图1。

图1 独柱盖梁结构尺寸图（单位：cm）

2 托架方案

2.1 托架形式

根据独柱盖梁结构特点，在遵循对称浇注盖梁混凝土的前提条件下，施工中托架不能出现倾覆。因此，现浇盖梁的托架选择上下双抱箍加倒立三角形结构形式。整个盖梁自重及施工荷载主要通过工字钢和双包箍传递到钢筋混凝土圆柱形墩身。为提高上下抱箍与墩柱之间的摩擦力，且防止损伤墩柱混凝土表面，在墩柱与抱箍之间设置橡胶垫。

2.2 托架结构

在上抱箍设置2根I45b工字钢作为水平承重大梁构件，每根I45b工字钢设置I18工字钢斜撑。在每侧的I18工字钢斜撑之间设置由两根I14工字钢组成剪刀撑。

考虑到山区高速公路平曲线多，平面半径小，纵坡大，横坡陡等特点，独柱盖梁横坡在同一座桥内也不同，即盖梁横坡多样化。如何使倒立三角支架能适用不同的横坡盖梁，同时受力结构还不受影响，施工操作还方便，斜撑杆I18工字钢上端与水平I45b工字钢采用高强度销子连接，下端的斜撑改为带丝杆钢管，通过丝杆调整横坡。盖梁托架结构见图2。

图2 盖梁托架结构图（单位：cm）

2.3 托架及抱箍受力检算

2.3.1 托架计算

取混凝土密度为26 kN/m3,按下图进行结构受力建模，根据盖梁几何尺寸，托架受力见图3～图5，计算如下：q1=0.9×2.4×26/2=28 kN/m，q2=1.8×2.4×26/2=56 kN/m。

图3 模板支架受力图

图4 托架弯矩图

图5 托架轴力图

验算弯矩结果如下：

对于I45b横梁：抗弯模量W1=1 433 cm3，面积A1=102 cm2，最大弯矩为 M1=17 421.227 N·m，最大轴力为F1=155 kN；端头最大挠度为5.6mm。

σ1=M1/W1=117 421.227/1 433=82 MPa，

σ1′=F1/A1=155 000/102=15 MPa。

σ1总=σ1+σ1'=82+15=97 MPa＜[σ]=205 MPa，故横梁满足受力要求。

对于斜撑I18：抗弯模量W2=185 cm3，面积A2=30.7 cm2。

最大弯矩为M2=1 663.770 N·m，最大轴力为F2=232 kN，支点处最大挠度为2.6 mm。

σ2=M2/W2=1 663.770/185=9 MPa，

σ2'=F2/A2=232 000/30.7=76 MPa。

σ2总=σ2+σ2'=9+76=85MPa＜[σ]=205MPa，故斜撑满足受力要求。

斜撑工字钢用剪刀撑连接为了避免斜撑失稳，在此不在赘述。

2.3.2 抱箍计算

柱身混凝土与抱箍之间设一层橡胶，橡胶与抱箍之间的摩擦系数取μ=0.4，抱箍产生的竖向摩擦力必须大于盖梁传下来的荷载Pb。Pb=44 m3×26/2+1 332×10/1 000=585 kN(混凝土重+支架重量)。

（1）高强螺栓验算

根据高强螺栓总拉力F≥1.3 Pb/μ=760 kN/0.4=1900kN。M24的高强螺栓的容许拉力为225kN。则每个抱箍上的高强螺栓拉力P=1 900 kN/20=95 kN≤225 kN，故高强螺栓满足强度要求。

（2）抱箍应力计算

抱箍壁为受拉产生拉应力：

P1=10N1=10×95=950 kN

抱箍壁采用面板δ12 mm的钢板，抱箍高度为0.6 m，则抱箍壁的纵向截面积：

S1=0.012×0.6=0.007 2 m2

σ=P1/S1=950/0.007 2=132 MPa＜[σ]=140 MPa，满足受力要求。

抱箍剪应力不在此赘述，为了确保安全，最后选用了面板δ12 mm的钢板，抱箍高度0.65 m，共采用了24个高强螺栓连接。

3 施工方法

3.1 主要施工工艺流程

主要施工工艺流程见图6。

3.2 施工方法

3.2.1托架预压

为支立模板提供准确数据及确保支架结构安全稳定，底板施工后先对托架进行预压，预压采用砂袋等载预压。

预压砂袋均匀布置在底板上，加载顺序同浇筑混凝土顺序。

预压前在底板上横向设置2排点，每排4个，作为变形观测的基准。具体观测的方法为：每隔4 h观测一次各观测点的标高，所测数据趋于稳定后表示托架沉降稳定，再开始卸载，卸载与加载的顺序相反，分级卸载，分次观测，最后计算出支架的弹性变形量和非弹性变形，作为安装底板标高的预留量。

3.2.2 钢筋加工

图6 施工工艺流程图

由于受山区场地限制，盖梁钢筋骨架加工在加工场内根据骨架大样加工好，然后在桥跨下拼装成型，采用吊车整体吊装法安装，然后在底板上对骨架进行定位。定位合格后，再进行波纹管、锚具的安装与定位，若钢筋位置与预应力孔道及锚具干扰时，可适当移动钢筋位置。整体吊装为了确保盖梁整体骨架的刚度，必要时架设钢管或架设焊接骨架。钢筋及预应力管道施工时必须注意锚下钢筋网片、螺旋筋及挡块钢筋。

3.2.3 侧模安装

钢模板采用吊车配合人工分块安装，侧模板安装结束后安装拉模筋，以及设置缆风绳，检查模板中线，必要时通过侧向缆风绳调整好模板位置。

3.2.4 检查验收

模板安装结束后，对钢筋保护层厚度、预应力管道、盖梁的平面位置、标高及几何尺寸等进行全面检查，检查托架螺栓的连接等，所有检查合格后，方可进行浇筑混凝土。

3.2.5 混凝土浇筑及养护

盖梁混凝土（约45 m3）采用汽车泵泵送施工，考虑盖梁悬臂结构，应对称分层浇筑，分层厚度不得大于30 cm，使用插入式振捣棒进行振捣，振捣时必须注意振捣锚具周围的混凝土和注意波纹管，确保锚具周围混凝土密实和防止波纹管变形或破裂漏浆。

在盖梁浇筑完成后及时收面，最后采用土工布包裹。为保持盖梁湿润，在盖梁最高处堆放留有小孔的水桶。

3.2.6 预应力施工

对盖梁施加预应力前，应对盖梁进行检查，外观尺寸应符合设计要求，张拉时，盖梁混凝土强度符合设计和规范要求，采取分批、分阶段、对称张拉，在张拉控制应力稳定后方可锚固，张拉完毕后及时压浆，然后进行拆除承重支架和模板。

3.2.7 拆除托架

当混凝土强度达到2.5 MPa时，先拆除侧模和端头模板，即拆除非承重模板，然后准备好张拉工作，张拉压浆完毕后，方可拆除支架及抱箍。