浅谈益阳茅草街大桥端横梁及边拱肋支架技术

2012-09-25张朝群吴健明何福奉

湖南交通科技 2012年4期

张朝群，吴健明，何福奉

(湖南路桥建设集团公司，湖南长沙 410004)

1 概述

益阳茅草街大桥位于益阳沅江南嘴镇与南县茅草街镇之间，其中，主桥跨淞澧洪道，两边跨为上承式双肋悬链线半拱，计算跨径74.00 m，计算矢高为17.412 m，矢跨比为 1 ∶8.5，每片拱肋由等宽变高度的钢筋混凝土单箱单室箱型截面组成，肋宽3.2 m，拱脚处径向肋高 6.00 m，拱顶处肋高4.00 m，两肋间设有一组“米”字横撑，连同与边拱端部固结的预应力混凝土端横梁一起，组成一个稳定的空间梁系结构。如图1所示。

图1 大桥结构示意(单位:cm)

2 边拱肋及端横梁支架技术

2.1 端横梁及第一节边拱肋支架技术

2.1.1 端横梁及第一节边拱肋的支架搭设

由于端横梁及边拱肋第一节结构特殊，考虑结构的整体性，以及端横梁内的横向预应力束和纵向桥面系杆束的预埋问题，项目部经综合考虑各方因素后，拟采用分层浇筑，层厚控制在50 cm。边拱肋第一节为长3.2 m，宽7.0 m，靠 T梁端高6.302 m的混凝土结构，顶面有2%的纵坡，且对称分布于端横梁两侧。端横梁亦为长16.10 m，宽6 m，中心高2.963 m的混凝土结构，且顶面设2%横坡，在靠近主墩边还设有1 m×1 m的倒角。边拱肋第一节在端横梁一侧的混凝土方量为143 m3，因此，一个端横梁两侧的边拱肋第一节混凝土方量总为286 m3，一个端横梁混凝土方量为285 m3，故边拱肋第一节及端横梁混凝土共有571 m3，重达1 426 t，全桥有1 142 m3混凝土。混凝土设计标号为50号。

综上所述，端横梁处支架搭设是至关重要的。由现场各种条件的限制，又综合考虑支架的强度、刚度以及稳定性和抗倾覆性，设计了端横梁及边拱肋第一节的支架如图2所示。

支撑受力如图3所示。

经计算，各支撑点所受力情况如下:

因南县岸地处软弱地基上，由计算，在图3的3、4号处下各设置一根Φ=0.8 m的钢管桩，8、9号处下各设有两根Φ=0.8 m的钢管桩，入土深度达10 m，入土桩内设有承压板。

图2 端横梁及边拱肋第一节的支架示意图(单位:cm)

图3 支撑受力平面图

由上面计算可知，单根钢管桩受力最大为2 169 kN，对该支撑桩稳定性进行验算，取钢管桩长L=15.00 m。经计算:

钢管桩横截面应力为 σ=75.4 MPa;

惯性半径 r=(I/A)1/2=0.21 m;

所以长细比:λ=L/r=15.00 m/0.21 m=71.4，查表稳定折减系数为0.77;临界容许应力为:〔σij〕=0.77〔σ〕=0.77 ×140 MPa=108 MPa ＞ σ=75.4 MPa，故稳定性满足要求。

其余贝雷架与工字钢、槽钢的强度与刚度经计算也均满足要求。因此，由计算，此支架系统是安全的。

2.1.2 端横梁混凝土浇筑实施方案

根据结构的特殊性，混凝土浇筑实施方案主要从以下五个方面进行说明:

1)钢筋的加工。

①钢筋应平直，无局部弯折，成盘的钢筋和弯曲的钢筋均应调直。

②钢筋的弯曲及焊接均应满足《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041—2000)的要求。

③钢筋位置的允许偏差为:

主筋两排以上的排距:±5 mm;

同排主筋的间距:±10 mm;

箍筋:0～－20 mm;

钢筋骨架尺寸:长:±10 mm，宽、高:±5 mm;

保护层厚度:±5 mm。

2)冷却管的安装。

因结构为大体积混凝土，为减小由水泥水化热产生的内外温差，须在结构物内分层埋置冷却管，冷却管的支撑保护材料主要为角钢或槽钢，在有钢筋骨架处，则直接绑扎固定。

3)模板的安装。

①模板的制作。

结构物采用自备的1.5 m×1.5 m的钢模组拼而成，在拼装后的模板处还设有由［10构成的纵、横肋，两岸分别设有M22(南嘴岸)和M20(西洲岸两种型号的拉杆均有)的拉杆，拉杆纵、横向间距为0.9 m ×1.1 m(2.802 m 高度以下)和 0.9 m ×0.55 m(2.802 m 高度以上)，西洲岸为 0.8 m ×0.8 m。

下面对拉杆的承力进行简单验算:

在浇筑端横梁高度混凝土时，两台拌和船同时浇筑，且生产量不大于20 m3/h。经过计算，即在2.802 m高度内时，模板最大侧压力为 Pm1=30 kPa，而在浇筑余下高度时(两台拌和船分两边分开浇筑)，模板最大侧压力为Pm2=41 kPa。

所以模板拉杆承受的拉力为:

所以拉杆受力能满足要求，但建议在浇筑2.802 m以上高度的边拱肋混凝土时，控制好混凝土的速度，把混凝土方量控制在15 m3/h左右，从而减小了2.802 m以上混凝土对模板的侧压力，以及对拉杆的拉力，也可以避免混凝土过急过快而造成下面混凝土翻浆，还减小了压板由翻浆引起的压力。因此，控制2.802 m以上混凝土的速度就尤为重要。并且还由于混凝土对模板的侧压力还与混凝土入模温度有关系，若使用井水，则混凝土入模温度就会较低，故建议在2.8 m至4.8 m高度内进行拉杆加密，使拉杆间距控制在0.9 m×0.5 m左右。

②模板的安装。

a)模板与钢筋的安装应配合进行，防碍绑扎钢筋的模板待钢筋安装完毕后安放。

b)安装模板时，应防止模板移位和凸出，在模板处还需设立支撑固定。

c)模板安装完毕，应对其平面位置、纵横向稳定性进行检查，合格后方可浇筑混凝土，浇筑混凝土的过程中，若发现模板有超过允许偏差变形值可能时，应及时纠正。

d)模板在安装的过程中，还需设置防倾覆的设施，即在上、下游和南、北向均须设置缆风索，其位置由施工处根据具体情况来定。

e)在模板的安装过程中，还要在边拱肋与端横梁交接处设置压板，以防混凝土翻浆，压板由施工处根据具体情况自行设置。

f)模板安装时的允许偏差:

模板内部尺寸:－20 mm～+20 mm;

轴线偏位:10 mm;

模板表面平整:5 mm;

预埋件中心线位置:3 mm。

4)混凝土施工。

①混凝土的配制:严格按试验室的要求进行配制。

②混凝土的拌和:严格按试验室的要求进行拌和。

③混凝土的浇筑:

a)从高处向模板内倾卸混凝土时，其自由倾落高度一般不宜超过2 m。

b)混凝土应按一定厚度、顺序和方向分层浇筑，应在下层混凝土初凝或能重塑前浇筑完成上层混凝土。上、下层同时浇筑时，上层与下层前后浇筑距离应保持1.5 m以上。混凝土浇筑层厚度为50 cm。

c)因本次浇筑的混凝土结构特殊，为避免翻浆以及分层的需要，建议采用图4所示的浇筑方法进行。

④混凝土的振捣:

a)因使用的是插入式振动器，所以移动间距不应超过振动器作用半径的1.5倍，且与侧模应保持5～10 cm的距离。插入下层混凝土50～100 mm，每一处振动完毕后应边振动边徐徐提出振动棒，应避免振动棒碰撞模板、钢筋及其他预埋件。

b)对每一振动部位，必须振动到该部位混凝土密实为止。密实的标志是混凝土停止下沉，不再冒气泡，表面呈现平坦、泛浆。

⑤混凝土的养护:

a)冷却管采用外径D30×2的钢管，安装时须注意管道畅通，接头可靠不漏水，当冷却管与预埋件、劲性骨架位置矛盾时，可适当调整冷却管位置。设置冷却管的该层混凝土自浇筑时起，须立刻灌入冷却水，连续通水10 d，为增加冷却效果，进出水流方向每天更换2次。冷却管最后应灌浆封孔，并截除伸出结构物外的冷却管。

图4 混凝土浇筑顺序示意图

b)混凝土浇筑完成后，表面要收浆抹面，应在终凝后尽快予以覆盖和洒水养护，采取适当的保温、保湿及补偿措施。

c)因结构属于大体积混凝土，所以应控制好混凝土表面和内部的温差在25℃以内，若发现温差稍大，应采取相应的保温措施，如包裹塑料薄膜或覆盖草袋和麻袋等。

5)施工质量、安全保证措施。

①为了使各项质量、安全保证落到实处，须建立和健全监督管理机制，严格“预控”，实行质量、安全工作责任制。

②在混凝土浇筑的过程中，测量组须使用测量仪器随时跟踪记录，尤其须注意结构的防倾覆能力以及结构下的支撑体系下沉等问题，若发现问题应及时汇报，从而能果断地采取相应的措施，避免不必要事故的发生。

③在施工之前，须做到逐级技术交底，使班组、工人能了解此次混凝土浇筑的重要性及各项操作的情况。

2.1.3 施工效果

端横梁由于自身结构形式的特殊性，端横梁的重心偏离承台中轴线，支撑钢管无法全部支撑在承台上，且设计支架时还考虑偏心，若端横梁支架应用常规的碗扣式支架或钢管支架搭设的话，均不能满足要求，故经过几次设计比较与修改，并结合工地的实际情况，最终选定如前所述的钢管桩与贝雷架结合的支架体系。对于端横梁前倾部分采用钢管桩与扁担梁相结合的支架体系。

经过实践的检验，端横梁支架体系是完全安全可靠的，即在浇筑混凝土的过程中，实测受力最大支撑点8、9号桩处最大沉降量不到1 cm，很好地控制在规范允许的范围内。

由此，此支架体系的工艺在以后桥梁端横梁施工的建设中是值得推广与采用的。

2.2 边拱肋支架技术

对于边拱肋，采用现场分三段整体浇筑的方法进行施工。因边拱肋所处位置地质条件有很大差异，所以分别采用了完全不同的支架体系进行施工。搭设支架前，还需先对地基分别进行处理。

2.2.1 边拱肋支架基础施工

由于本桥南嘴及南县的边拱肋所处地理位置不同，其中南嘴岸边拱肋位于松澧洪道中，地质条件较好，而南县岸边拱肋位于西洲河岸上，地质条件较差，主要以淤泥质土为主。所以经项目部研究比较，采用如下两种拱肋支架基础方案:

1)南嘴岸边拱肋支架基础方案。

在每条拱肋下振打两排Ф80的钢管桩，采用吊车吊振动锤对钢管桩实施振打施工，钢管桩则采用全站仪进行定位，振打过程是均匀有序地进行的，在钢管桩顶部安装有4根风缆索以防钢管桩倾斜，一旦发现钢管桩倾斜后，则立即停机用葫芦收紧反方向缆风，保证钢管桩倾斜度偏差控制在1/100以下，平面位置不大于100 mm。钢管桩横向间距布置为3.00 m，纵向间距为4.00 m。为使钢管桩整体均匀地受力，在桩与桩之间用2I36双拼工字钢将钢管桩连接起来，再在上面横铺I36工字钢，钢管桩之间纵横方向均加剪刀撑。

2)南县岸边拱肋支架基础方案。

南县岸边拱肋支架基础施工，采用在拱肋下振打φ38混凝土桩，桩与桩之间采用梅花点布置，桩纵向间距为1.2 m，横向间距为1.0 m，设计桩长15 m，采用了1台打桩机将φ38的钢管按设计的布桩位置打入土层15 m，再缓慢拔出钢管的同时灌入混凝土，使其成桩。在完成全部桩基施工后，在地面处浇筑一层宽5 m，厚40 cm，长70 m的钢筋混凝土(单肋)使其整体受力。

2.2.2 边拱肋支架的搭设

1)南嘴岸。

在沅江南嘴岸，采用满堂式支架，即在每条拱肋下振打2排Ф80的钢管桩，钢管桩顶面高度控制在同一标高上，再在上面用3根I36工字钢横向连接，上面再11排I36工字钢纵向连接，再在每排工字钢上面搭设Ф 48×3.5 mm的钢管支架，钢管之间间距为45 cm×50 cm，钢管横杆间距设置为1 m，且采用对接形式，查建设部的《简明施工计算手册》，单根钢管容许承载力为31.7 kN，通过计算，我们的钢管最大承载力为26.6 kN，故南嘴岸的钢管系统是稳定的。在靠近6#墩拱座处，考虑边拱高度问题，未设钢管支架，直接用6I36工字钢沿桥纵向连成整体，再在上面横向搁双拼［10槽钢，间距为50 cm，用以支撑其上的底模板。具体如图5所示。

图5 南嘴岸边拱肋支架立面图

2)南县岸。

将基础钢管桩接长至拱肋底部1 m处，为了保证钢管桩的整体稳定性及平衡支架承受的水平推力，在7#墩拱座上预埋钢板，焊1根［22槽钢大斜杆将各钢管桩连通，并在钢管桩底部4 m位置用［16槽钢作为交叉杆将相邻两钢管桩连接起来。钢管桩顶部横梁采用2根I36工字钢，在横梁上等间距铺设5根I36工字钢作为纵梁，再在纵梁上按50 cm间距铺设［16槽钢小横梁。具体如图6所示。