鋼管柱貝雷梁支架場(chǎng)外預(yù)壓及吊裝作業(yè)的應(yīng)用

何學(xué)銳 蘇華友 陳岳林

1、西南科技大學(xué)，綿陽(yáng) 621010；2、中鐵五局路橋公司，廣州 511458

鋼管柱貝雷梁支架場(chǎng)外預(yù)壓及吊裝作業(yè)的應(yīng)用

何學(xué)銳1蘇華友1陳岳林2

1、西南科技大學(xué)，綿陽(yáng) 621010；2、中鐵五局路橋公司，廣州 511458

在保證現(xiàn)澆梁支架施工安全的前提下，驗(yàn)證支架場(chǎng)外預(yù)壓及吊裝作業(yè)的可行性。根據(jù)工程實(shí)際情況，采用鋼管柱貝雷梁支架局部場(chǎng)外預(yù)壓及吊裝作業(yè)的方式，檢驗(yàn)貝雷梁的承載能力，同時(shí)獲得支架非彈性變形和彈性變形值，作為施工預(yù)留拱度的依據(jù)。場(chǎng)外預(yù)壓與施工實(shí)測(cè)數(shù)值基本一致，證明了此法具有可行性，總結(jié)了貝雷梁吊裝作業(yè)的經(jīng)驗(yàn)。

鋼管柱;貝雷梁;預(yù)壓;吊裝

鋼管柱貝雷梁支架搭設(shè)完成后，在帽梁混凝土施工之前，必須進(jìn)行等載預(yù)壓。支架預(yù)壓常用的加載材料和方式有：砂袋加載、水箱加載、鋼錠及鋼筋加載等[1～3]，這些加載方式屬于原位預(yù)壓的方式。然而旌陽(yáng)特大橋16跨門(mén)式墩上跨繁忙的既有寶成鐵路，無(wú)法斷道施工。在進(jìn)行門(mén)式墩帽梁施工時(shí)寶成鐵路照常運(yùn)營(yíng)，其行車(chē)速度快，密度大，行車(chē)集中時(shí)段約3～5分鐘一趟，寶成鐵路運(yùn)營(yíng)部門(mén)要求火車(chē)通過(guò)時(shí)鐵路沿線停止施工。故鋼管柱貝雷梁支架不適宜采用原位預(yù)壓的方式進(jìn)行施工。根據(jù)支護(hù)體系特點(diǎn)，為降低安全風(fēng)險(xiǎn)、縮短工期，節(jié)約成本，經(jīng)過(guò)充分的綜合經(jīng)濟(jì)效應(yīng)及社會(huì)影響比較，將該支架在施工現(xiàn)場(chǎng)以外進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)后，再采用大型汽車(chē)吊單側(cè)跨線吊裝作業(yè)搭設(shè)現(xiàn)澆梁支架。

1.工程概況

新建鐵路成都至綿陽(yáng)至樂(lè)山客運(yùn)專(zhuān)線旌陽(yáng)特大橋位于四川省德陽(yáng)市境內(nèi)，該橋第30#～45#共16個(gè)門(mén)式橋墩與寶成鐵路K603+150～K603+550區(qū)間里程段以約3°～4o角度上跨立交。橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均采用24m預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁，下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均采用鉆孔樁承臺(tái)基礎(chǔ)、門(mén)式橋墩結(jié)構(gòu)。

跨既有線門(mén)式墩帽梁支架采用鋼管柱貝雷梁支架體系。該支架主要由承臺(tái)基礎(chǔ)、鋼管柱、砂支座、工字鋼分配梁、貝雷梁承重梁等組成。貝雷梁采用國(guó)產(chǎn) 321加強(qiáng)型貝雷片拼裝成梁，跨中部分18排貝雷梁分為4個(gè)小組：第一組：4排總重12. 3噸；第二組：5排總重15.3噸；第三組：5排總重15.3噸；第四組：4排總重12.3噸。

待貝雷梁在場(chǎng)外預(yù)壓合格之后，采用大型汽車(chē)吊將跨中4組貝雷梁吊裝到鋼管柱支架之上。然后鋪設(shè)底模，綁扎鋼筋，設(shè)置預(yù)應(yīng)力管道，安裝側(cè)模，澆筑混凝土，預(yù)應(yīng)力施工。根據(jù)工程量及工期要求，貝雷梁采用4套，鋼管柱采用7套進(jìn)行帽梁的施工。

2.貝雷梁場(chǎng)外預(yù)壓方法

2.1 預(yù)壓目的及內(nèi)容

為收集鋼管柱貝雷架彈性變形和非彈性變形的實(shí)際數(shù)值，作為設(shè)置門(mén)式橋墩帽梁立模的拋高預(yù)拱值數(shù)據(jù)的參考，確保主要承力結(jié)構(gòu)貝雷架及鋼管柱支護(hù)體系的受力結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全性能滿(mǎn)足施工要求，保證施工順利進(jìn)行，必須在正式使用前對(duì)貝雷梁進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)。由于帽梁支架基礎(chǔ)為門(mén)式墩承臺(tái)基礎(chǔ)，支柱為直徑630mm壁厚為10mm的鋼管，其非彈性變形和沉降可忽略不計(jì)，因此本次不將其列入預(yù)壓項(xiàng)目，只對(duì)貝雷梁及砂支座進(jìn)行預(yù)壓。

2.2 預(yù)壓場(chǎng)地及準(zhǔn)備工作

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地吊裝條件及地基承載力要求等因素綜合考慮，選取旌陽(yáng)特大橋0#橋臺(tái)前100米長(zhǎng)路基作為貝雷梁場(chǎng)外試吊與預(yù)壓的實(shí)施場(chǎng)地。該段路基采用為CFG樁復(fù)合地基加固措施處理，其上鋪設(shè)60cm級(jí)配碎石墊層，然后按照門(mén)式墩及支架設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，澆筑80cm厚C30混凝土支柱基礎(chǔ)。將砂支座安放到相應(yīng)的位置，并安放工字鋼梁，吊裝貝雷架到位。

2.3 荷載材料及荷載方法

荷載試驗(yàn)材料采用砂袋。預(yù)壓荷載按新澆混凝土自重、施工人員、模板及機(jī)械設(shè)備總和計(jì)算為650t，按1.2倍預(yù)壓值為780t。支架預(yù)壓采用分級(jí)加載方式，荷載按預(yù)壓值的30%，50%，70%，100%，120%分為5級(jí)加載，當(dāng)達(dá)到100%荷載時(shí)持續(xù)24小時(shí)，120%荷載時(shí)至少持續(xù)12小時(shí)。每完成一級(jí)加載，均由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量員采用水準(zhǔn)儀對(duì)所有測(cè)點(diǎn)進(jìn)行一次測(cè)量，并做好詳細(xì)記錄。卸載方式跟加載方式相反，每完成一級(jí)卸載，也對(duì)所有測(cè)點(diǎn)進(jìn)行一次測(cè)量，并做好詳細(xì)記錄。

2.4 沉降觀測(cè)方法及結(jié)果

預(yù)壓觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在貝雷梁主跨兩端及跨度的1/8、1/4、1/2、3/4、7/8底部[4]，分別用紅油漆標(biāo)記，并采用水準(zhǔn)儀觀測(cè)下沉變形情況。

沉降觀測(cè)分六步進(jìn)行：加載前，測(cè)量支架上的各測(cè)點(diǎn)高程H0，記錄入表格；第一級(jí)加載至約為帽梁總重的30%，測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的高程H1；第二級(jí)加載至約為帽梁總重的50%，測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的高程H2；第三級(jí)加載至約為帽梁總重的70%，測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的高程H3；第四級(jí)加載至約為帽梁總重的100%，測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的高程H4，此后間隔12小時(shí)才能繼續(xù)加載。第五級(jí)加載至約為帽梁總重的120%，待沉降穩(wěn)定后，維持布載24小時(shí)，再分級(jí)卸載，分級(jí)卸載前需測(cè)量各測(cè)點(diǎn)高程H5。卸載過(guò)程的操作基本與加載過(guò)程相反，當(dāng)卸載完后測(cè)量各測(cè)點(diǎn)高程h0。

以每個(gè)測(cè)點(diǎn)、每級(jí)加載后對(duì)沉降量進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)直到沉降穩(wěn)定。取沉降穩(wěn)定后的觀測(cè)值，作為該級(jí)荷載下的最終沉降觀測(cè)值。得到的觀測(cè)值與零荷載時(shí)的觀測(cè)值之差a，作為該點(diǎn)在該級(jí)荷載下的實(shí)際沉降量。

通過(guò)對(duì)4套貝雷梁支架的預(yù)壓結(jié)果，支架均未發(fā)生整體側(cè)向位移，支架桿件無(wú)壓彎變形，地基未發(fā)生沉陷、裂縫等情況。

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得到非彈性變形為16mm，彈性變形為34mm。根據(jù)非彈性變形值和彈性變形值，在底模上設(shè)置預(yù)拱度50mm，這一數(shù)值與帽梁澆筑后跨中實(shí)測(cè)平均彎沉值48mm很接近，可認(rèn)為支架場(chǎng)外預(yù)壓是可行的。

3.貝雷梁吊裝方案優(yōu)化

跨既有線吊裝作業(yè)時(shí)需要向?qū)毘设F路運(yùn)營(yíng)部門(mén)申請(qǐng)一個(gè)施工區(qū)段內(nèi)鐵路停運(yùn)的時(shí)間段，叫做“天窗”時(shí)間，也叫作“天窗點(diǎn)”，一般為120分鐘，吊裝作業(yè)必須在該時(shí)間段內(nèi)完成。

為減少“天窗”要點(diǎn)次數(shù)，減少施工對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)的影響，跨中部分貝雷梁采用兩臺(tái)180t以上汽車(chē)吊在兩個(gè)工作面同時(shí)獨(dú)立進(jìn)行吊裝作業(yè)，“天窗”要點(diǎn)數(shù)量比采用一臺(tái)吊車(chē)減少一半。同時(shí)，相鄰兩個(gè)墩的中心間距均為24.75m，而汽車(chē)吊的吊裝半徑為22米，采用QAY180吊車(chē)可以把一個(gè)墩的貝雷梁直接轉(zhuǎn)移到相鄰的另一個(gè)墩上，而不用先將貝雷梁下吊到地面之后再將其上吊至相鄰的另一個(gè)墩上，此過(guò)程稱(chēng)為“平吊”。這樣就能進(jìn)一步減少“天窗”要點(diǎn)次數(shù)。

按一般程序施工時(shí)，將貝雷梁上吊至鋼管柱支架上，共需上吊16次。待帽梁施工完畢后，再將其下吊至地面進(jìn)行拆除施工，共需下吊16次。16架門(mén)式墩鋼管柱吊裝、拆除各需16次。即采用一般方法吊裝時(shí)共需申請(qǐng)“天窗點(diǎn)”64次。

當(dāng)采用兩臺(tái)吊車(chē)同時(shí)施工且采取平吊等措施時(shí)，首先將4套貝雷梁分別上吊至33#、37#、38#、42#鋼管柱支架上，共需上吊2次。然后待上述帽梁施工完畢，再將其平吊至臨近的鋼管柱支架進(jìn)行下一組帽梁的施工，共需平吊6次。待全部門(mén)式墩帽梁施工完畢后，再將4套貝雷梁下吊至地面進(jìn)行拆除施工，共需下吊2次。另外，16架門(mén)式墩鋼管柱吊裝、拆除施工時(shí)，采取兩個(gè)同時(shí)防護(hù)，防護(hù) “天窗點(diǎn)”次數(shù)各需8次。即按照優(yōu)化后的方案進(jìn)行吊裝作業(yè)共需申請(qǐng)“天窗點(diǎn)”26次。

采用優(yōu)化后的方案可大大減少“天窗”要點(diǎn)次數(shù)，最大可能的保證了寶成鐵路的正常運(yùn)營(yíng)并降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.結(jié)語(yǔ)

采用鋼管柱貝雷梁支架場(chǎng)外預(yù)壓及吊裝作業(yè)法搭設(shè)現(xiàn)澆梁支架，所施工的帽梁質(zhì)量可靠、線形美觀，證明了貝雷梁支架采用場(chǎng)外預(yù)壓是可行的，鋼管柱及貝雷梁的承載力也是可以得到保障的。16架門(mén)市墩帽梁的施工已經(jīng)順利完成，吊裝作業(yè)施工過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生任何安全事故，在保證寶成鐵路行車(chē)安全方面成果顯著。該法不受既有線運(yùn)營(yíng)的影響，安全、簡(jiǎn)便、可靠，大大加快了施工進(jìn)度，為今后類(lèi)似橋梁的支架預(yù)壓?jiǎn)栴}提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1]翁國(guó)強(qiáng),樓渭林.水壓法在現(xiàn)澆箱梁支架預(yù)壓上的應(yīng)用[J].交通科技,2004,(06)

[2]劉云.現(xiàn)澆連續(xù)梁中支架預(yù)壓施工技術(shù)研究[J].中國(guó)城市經(jīng)濟(jì),2011,(14)

[3]李明忠，吳福濤.水荷載預(yù)壓和砂袋預(yù)壓在現(xiàn)澆箱梁高支架預(yù)壓中的應(yīng)用[J].華南港口,2007,(03)

[4]萬(wàn)金輝.現(xiàn)澆支架預(yù)壓沉降觀測(cè)方案[J].科技信息,2009,(09)

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.24.030