公轨结合桥Y形桥墩双层系梁现浇施工技术研究

2020-09-11强伟亮

天津建设科技 2020年4期

文/强伟亮李飞陶波

双层系梁Y 形桥墩广泛地应用于城市交通，特别是在公轨结合梁桥中的应用尤为广泛。Y形桥墩结构匀称、受力简单、整体效果好；但其横梁的跨径一般较大，导致横梁跨中弯矩较大，需要配置大量预应力束，同时端头的锚固也复杂[1]，因此，Y 形桥墩施工技术的研究显得尤为重要。

陈鹏凯[2]对桥墩施工中的墩模制作、钢筋施工及其混凝土浇筑等环节进行研究，通过结合工程实践总结出相应环节的施工技巧，有效地提高施工质量。对于大型V 形墩施工，采用碗扣式钢管支架和扣件式钢管支架的施工方案，满足了桥墩在施工过程中的受力要求[3]，该方案取材方便，拼装简单，回收率高，节省材料，经济效益明显。严任苗[4]基于某桥梁墩柱横系梁施工案例，介绍了墩柱横系梁的施工技术及其方案的稳定性验算，墩柱横系梁采用从墩顶用精轧螺纹钢筋下挂横梁，在横梁下部布置钢管桩直接从承台上支撑进行施工。

既有的研究成果中，对于Y 形桥墩双层系梁现浇施工技术研究较少，故本文在以上实践的基础上，以福州市道庆洲大桥工程为背景，对其施工技术方案进行研究，设计了定制型钢与钢管组合支架体系并通过有限元法进行空间结构分析，为今后类似工程提供一定的实践经验和参考价值。

1 工程概况

福州市道庆洲大桥是福州主城与长乐连接的一条快速通道，为公轨两用桥梁，总长约6.82 km，公轨共线长约4.4 km。上层公路桥6 车道，城市主干道兼一级公路；下层为双线地铁6号线。SR17#～SR36#桥墩设计为Y 形墩，有盖梁和系梁。盖梁混凝土浇筑高度1.8～2.4 m，跨度14.705 m，纵向宽度3 m；系梁混凝土高度2.5～4 m，跨度7.6 m，纵向宽度3 m。除系梁段墩柱外，其他段墩柱采用翻模施工；系梁和盖梁侧模采用改制翻模，底模专门设计型钢与钢管桩组合支架。见图1。

图1 Y形桥墩

2 支架体系

2.1 支架设计

Y 形桥墩双层系梁采用“先上后下”的施工工序，即先施工下层系梁，然后周转下层系梁的支架材料用于上层系梁的施工，使支架材料等资源配置合理，以达到效益最大化。

支架结构自下而上由柱脚、钢管桩、牛腿、钢管桩纵横向连接系、主横梁、主纵梁、横向分配梁等组成。钢管桩采用φ630 mm×10 mm 钢管，连接系平联为2[20a 槽钢，剪刀斜撑为单拼[20a 槽钢，桩顶主横梁为2I45a 型钢。主纵梁为I20a 型钢，横向布置6 榀，间距为600 mm，纵梁线型分析依据系梁面层加工而成。分配梁采用I12.6型钢，直线段横向间距400 mm，面板采用6 mm钢板，与分配梁焊接，打磨光滑。见图2。

2.2 结构计算

2.2.1 模型及边界条件

支架结构采用MIDAS Civil 有限元软件空间整体模型，各构件均采用梁单元模拟，立柱在柱脚固结，主纵梁与主横梁和分配梁均为铰接。见图3。

图2 现浇支架设计

图3 现浇支架计算模型

2.2.2 工况分析

工况1：浇筑混凝土。

工况2：模板安装完成后，梁体钢筋安装前。

2.2.3 荷载组合

各工况分别考虑基本组合与标准组合：基本组合计算结果用于评价强度与稳定性指标，标准组合用于评价变形指标。见表1。

表1 荷载组合分项系数

2.2.4 计算结果

1）强度。在现浇混凝土荷载、施工荷载、风荷载等组合作用下，各构件强度计算结果见图4。

图4 现浇支架计算模型

2）变形。工况1 条件下下层支架纵梁竖向变形为-7.9 mm，上层支架纵梁最大竖向变形为-10.6 mm，满足规范要求。

3 墩身强度计算

Y形墩身逐节浇筑过程中，由于墩身轴线倾斜，已完成的节段在上部混凝土及模板荷载的作用下承受较大弯矩。另外，上层施工过程中，下层系梁承担荷载较大，故需对墩身强度及变形进行校核，保证其在使用过程中不出现开裂现象。采用Midas FEA建立三维静力实体有限元模型，构件网格划分采用进阶算法，单元类型为六面体单元。

墩身浇筑到最后一节段时，在盖梁混凝土及模板自重作用下，构件最大拉应力为1.61 MPa，发生在墩身倒角位置，满足规范要求。见图5。

图5 墩身计算模型

4 系梁施工方案

4.1 支架安装

1）预埋柱脚的锚固螺栓于承台顶，做好标记，从标记处支起4 根φ630 mm×10 mm 钢管立柱；预埋HPB400φ20 mm 钢筋于墩柱里侧指定标高处，焊上锚板，固定牛腿。

2）在钢管桩顶标高向下偏移0.5 m 或1.5 m（视钢管桩长而定）设置第一道平联，平联采用双拼槽钢，再向下4 m 设置第二道平联；两道相互平行的平联间支立剪刀撑，剪刀撑采用[20a。

3）钢管桩与主横梁连接处、牛腿与主横梁连接处设置砂箱，拆模时打开砂箱双侧螺栓，砂子流出后，钢模板与支架整体下降，模板与现浇混凝土脱离，遵循先支后拆，后支先拆的顺序稳步拆卸。

4）在砂箱正上方，架支主横梁，主横梁采用2I45a型钢。

5）垂直于主横梁正上方，间距600 mm布置6组主纵梁。

6）分配梁直线段间距400 mm，在分配梁上安装6 mm厚钢模板。

4.2 系梁与墩柱接触面凿毛

凿毛的目的是清理浮浆并露出粗骨料，增加新老混凝土接触面积，增加前后浇混凝土的黏结力，使两个施工阶段的面黏结牢固。凿毛应轻微细致，深度控制在10 mm 即可达到要求效果，同时把混凝土表面浮浆及松软层全部剔除掉，大部分露出粗骨料，骨料外露75%即可。通常在现浇结构中，在前一现浇段浇筑完毕后，接触面需要凿毛，然后用水冲洗干净，使接触面湿润，方可进行下一段浇筑。

4.3 绑扎钢筋及侧模板安装

为了使成品混凝土外光内实，采用定型钢模，刷脱模剂确保美观，钢筋定位后，支立侧模。侧模采用大块定型钢模，由厂家集中制作，模板的吊装拟选用50 t 吊车，人工配合吊车安装。钢模及其配件需在检验合格后方准使用，模板组装前应于模板内侧涂刷脱模剂，应使用同一品种脱模剂，不得使用易沾在混凝土上或使混凝土变色的油料。浇筑前模板表面应平整光滑，无污物。