连续箱梁项目中悬臂现浇工艺与现浇支架工艺的对比分析

马 腾

(中铁二十二局集团第二工程有限公司,北京 100043)

某变截面连续箱梁为(37+65+37) m,箱梁顶部宽度为22.5 m,采用单箱三室设计。边腹板为斜率1∶1的斜腹板,中腹板为竖直腹板,底部宽度为12～16 m。该箱梁原定施工方案采用悬臂现浇工艺。由于施工工期紧张,为了在限定工期内完成桥梁施工,计划将原悬臂现浇工艺优化为支架现浇工艺。为确保设计变更的合理性,从施工工艺、模板设计、结构受力特征、施工管理、施工进度及成本等方面对两种方法进行对比,具体情况如下:

1 施工工艺对比

在施工工艺方面,对支架现浇法和悬臂现浇法进行全方位对比,比较结果如表1所示。

表1 两种施工工艺特点比较Tab.1 Comparison of the characteristics of the two construction technologies

从表1可以看出,支架现浇工艺与悬臂现浇工艺有着明显的不同,适用于不同工况,各有优缺点,仅通过工艺对比无法确定变更施工方案是否可行,需结合具体施工节段划分及施工步骤,从工期、费用等方面做进一步细化对比,以确定最优的施工方案。

2 施工方案

2.1 支架现浇工艺方案

施工段划分:采用支架现浇工艺,需将整个桥梁划分成9个施工段,具体如图1所示,其中A段为边墩段,长度为16.25 m。B段、D段均为合龙段,长度为1.5 m。C段为主墩段,长度为29.7 m。E段为桥梁跨中线,长度为15.3 m。

单位:cm图1 支架现浇工艺施工节段划分Fig.1 Section division of support cast-in-place process construction

施工步骤:对支架基础做换填夯实及硬化处理,搭设盘扣式钢管架,均为直径48 mm、壁厚3.5 mm的Q235B钢管。支架立杆有3.0 m、2.4 m、1.8 m 3种,均按0.6 m纵向间距进行布置,横向间距根据不同结构位置各有不同,翼檐下立杆横向间距为0.9 m,箱室底部立杆横向间距为0.5 m,腹板底部立杆横向间距为0.3 m。横杆有0.9 m、0.6 m、0.3 m 3种长度,按1.2 m竖向间距进行布置。顶托、底托均使用可调托撑。按照规范及计算书要求安装扫地杆及剪刀撑。为保证受力均匀及支架稳定,在架体下方横向垫10 cm×12 cm的方木,在立杆底部安装可调底托,以便进行立杆调整。支架搭设完成并经预压合格后安装箱梁内外模板,模板均选用木胶板,规格为长×宽×厚=122 cm×244 cm×1.5 cm。支架顶部顺着横桥方向按间距0.6 m安装I14工字钢,作为横梁。在横梁上顺着桥梁纵向安装10 cm×12 cm方木,作为次梁,箱梁底部的次梁间距为0.4 m,腹板底部的次梁间距为0.2 m。底模根据截面变化,按设计要求进行铺装,根椐梁体预拱度值及堆载预压结果预留起拱值。底板和腹板钢筋(包括波纹管)安装后安装内模,内部采用钢筋三角撑配合脚手管支撑。模板验收合格后进行钢筋工程施工。具体顺序如下:外侧模安装定位后绑扎底腹板钢筋→布设预应力筋管道→安装内模定位→安装端模→绑扎顶板钢筋→埋设桥面附属设施预埋件。进行混凝土浇筑工程:顺桥向浇注时从跨中向墩顶方向浇注,浇注墩顶两侧各3 m左右范围内梁段及横隔梁,以防在浇注过程中墩顶位置出现竖向裂缝。横桥向先浇筑中间腹板混凝土,再同步对称浇筑两侧腹板混凝土,防止两边混凝土面高低悬殊,造成内模偏移或其他后果。当腹板槽灌平后,开始浇筑桥面板混凝土。桥面混凝土从中间向两侧连续分段浇筑,每段2 m,以利表面收浆抹面。

2.2 悬臂现浇工艺方案

施工段划分:采用悬臂现浇工艺需将桥梁划分成27个施工段,如图2所示。边跨分段长度为7.6 m,0#段长度为9 m,合龙段长度为2 m,其他施工段长度分别为3.5 m、4 m。

桥段;单位:cm图2 悬臂现浇工艺施工段划分Fig.2 Division of cantilever cast-in-place process construction section

施工步骤:0#段采用托架法施工,在纵桥向墩身两侧布设托架。托架安装过程分位4个阶段,即预埋件埋设、墩身混凝土浇筑、三角托架安装、三角托架上部结构安装,安装后进行预压检验其承载能力,消除非弹性变形并获得弹性变形数据以指导施工。其他悬臂节段使用两套菱形挂篮悬臂进行对称施工。0#块施工完成后进行挂篮悬浇施工,主要分为挂篮拼装、挂篮预压、挂篮悬浇、挂篮移动等主要工序。悬臂段施工无论进行何种施工,都要坚持对称平衡作业,以保持悬臂端的稳定性,随时注意观察可能出现的不平衡因素,及时避免。线型控制工作贯穿于悬浇施工过程,应严格进行监测并根据实际情况调整。边跨采取支架法进行现浇施工,合龙段采取挂篮法施工。为避免合龙段施工引起的刚构挠度变化而造成合龙精度不满足设计要求或混凝土开裂,施工时要合理压重,重量按合龙段重量的1/2配置。合龙时,将两侧压重随浇筑混凝土同步撤除。

2.3 工期对比

工期耗时长短是反映工艺方案施工效率及适用性的重要指标,因此对两种方案的实际工期进行对比,具体如表2所示。

表2 两种工艺方案工期对比Tab.2 Comparison of the duration of the two process schemes

从表2可以看出,采取支架现浇工艺方案总工期为72 d,远低于悬臂现浇工艺方案的145 d。说明支架现浇工艺方案工期更短,满足该项目工期调整的目标。

2.4 费用对比

工程费用是验证两种工艺方案应用经济性的关键指标,根据两种方案的实际工程量计算工程费用,并进行对比,具体如表3所示。

表3 两种方案费用对比Tab.3 Comparison of the cost of the two options

从表3可以看出,若采取支架现浇工艺方案,总工程费用为181.4万元,远低于悬臂现浇工艺方案的278.8万元。说明支架现浇工艺方案经济性更好,能显著节约项目成本。

2.5 结构受力比较

结构内力及应力是验证主桥稳定性及安全性的两个关键指标,利用桥梁博士3.6版对该箱梁进行建模,将主桥分为134个单元,分别计算支架现浇工艺方案与悬臂现浇工艺方案桥梁的内力及应力情况,具体如表4、表5所示。

表4 主要内力指标对比Tab.4 Comparison of main internal force index (kN/m)

通过表4、表5对比结果可以发现,两种施工方法在主要内力及应力指标上存在一定差异。采用支架现浇施工,中支点上负弯矩较小,而边跨和中跨的跨中下缘正弯矩较大。这是因为梁体得到支架的支持及承载,使整个结构处于超静定状态,有多余的支撑力。腹板处预应力束使用通长钢束,且跨中下弯的钢束较多,能够给跨中提供更多抗力。此外,在悬臂的末端设置加强立柱,可增强结构稳定性。因此在支架现浇施工中,悬臂结构同时存在正弯矩和负弯矩。

采用悬臂现浇工艺方案时,悬臂段主要承受负弯矩。因悬浇阶段比较多,再加上顶板处及腹板处的预应力束根据负弯矩进行布置,具有更高的预应力效率,能够给中支点上缘提供更多的抗力,所以均始终承受负弯矩。

就应力而言,支架现浇工艺方案施工分段较少,便于设置通长钢束,相同工程量下,最小应力富余量较大。而悬臂现浇工艺方案施工分段比较多,预应力钢束布置较复杂,桥梁受力更为复杂。

由此可见,支架现浇工艺方案结构受力简单明了,便于控制应力指标。相比悬臂现浇工艺方案,支架现浇工艺方案更适合该箱梁项目。

3 结束语

通过对比支架现浇工艺方案与悬臂现浇工艺方案的施工工艺、结构受力、工期、费用等,证明支架现浇工艺不仅便于项目质量控制,还能降低施工难度,经济效益更好,工期更短。