超大倒T形蓋梁采用墩梁式支撐體系施工技術

武正峰

(中鐵十八局集團有限公司，天津 300222)

1 概述

公路現澆蓋梁施工支架有多種形式，通常有碗扣式支架、大鋼管支架、墩柱上設置鋼抱箍支撐型鋼和軍用墩等形式。上海A15公路新建工程7標段部分蓋梁，跨越原既有水源箱涵，有13個蓋梁與箱涵交角為10.55°，箱涵寬17.56 m。根據水務部門規定，箱涵5 m范圍內不得設置墩位，設計文件中墩柱與墩柱凈距最大為36.3 m，最大蓋梁長56.83 m，寬2.7 m，高4.5 m，C50混凝土477 m3，重約12 000 kN，是一種特殊形式的超大蓋梁。現澆蓋梁支撐方案是保證超大蓋梁施工質量與安全的關鍵，是施工的重要環節。

2 支架方案的選擇與設計

2.1 承重支架方案比選

根據現場的施工條件，需選擇合理的承重支架進行大蓋梁施工，以其中最大MJ2型蓋梁為例進行分析，承重支架選擇需考慮以下因素。

(1)蓋梁長56.83 m，寬2.7 m，高4.5 m，C50混凝土477 m3，墩柱與墩柱凈距為36.3 m。

(2)根據水務部門要求，承重支架基礎不能設置在箱涵上，且臨時支點與箱涵最小距離為1 m。

(3)箱涵寬17.56 m，支架基礎跨度越大，支點越少，支點受力越大。

考慮以上因素，有3種支架方案供選擇，一是采用滿堂支架，基礎可采用硬化后，澆筑條形基礎，上搭設滿堂支架;二是在箱涵兩側和承臺上搭設軍用墩，箱涵兩側基礎采用硬化后，澆筑條形基礎，承臺上設預埋件，直接搭設;三是采用大鋼管柱式墩，鋼管下設鉆孔樁基礎。以上3種方案支架和墩上均設型鋼和貝雷梁。

第一種方案，根據水務部門要求，支架不能搭設在箱涵上，箱涵兩側的空間有限，地基下為軟淤泥基礎，換填的深度較大，蓋梁重12 000 kN，普通換填不能滿足承重要求，跨越箱涵后滿堂支架支點受力不能滿足承重要求，因此此方案不可行。

第二種方案，根據水務部門要求，支架不能搭設在箱涵上，箱涵兩側的空間有限，軍用墩基礎受力面積小，地基下為軟淤泥基礎，換填的深度較大，普通換填不能滿足承重要求，因此此方案不可行。

第三種方案，在原有墩柱兩側的承臺上設支撐點，另外在兩墩柱內側設置2個臨時支撐點，根據承重支架的整體受力進行分析，兩臨時支點間距為21.14 m，支點距箱涵的邊緣凈距1 m，每個支點采用2根φ1 200 mm鉆孔樁作承重支架基礎，樁長40 m，挑檐部分設置1根φ800 mm的鉆孔樁，樁長41 m。此方案鉆孔樁基礎占用空間小，受力均勻，經計算，能滿足支架基礎受力要求，大鋼管支柱可利用原有材料，安裝方便，且設置斜桿方便簡易，可減小貝雷梁的跨度。

綜上所述，選擇方案三作為大蓋梁支架的支撐體系。

蓋梁與水源箱涵關系見圖1，承重支架支撐體系見圖2。

圖1 蓋梁與水源箱涵位置關系立面(單位:mm)

圖2 蓋梁施工支撐體系

2.2 基礎、支撐立柱及貝雷梁支撐體系的設計

2.2.1 基礎設計

(1)1號支點處鉆孔樁選取樁徑0.8 m，樁長41 m。經計算單樁實際承載力:N=1 363 kN;單樁豎向允許承載力:[Ra]=1 615 kN ＞N=1 363 kN;單樁承載力滿足要求。

(2)2號及3號支點處鉆孔樁選取樁徑1.2 m，樁長40 m。經計算單樁實際承載力:N=3 709 kN;單樁豎向允許承載力:[Ra]=4 319 kN ＞N=3 709 kN;單樁承載力滿足要求。

2.2.2 立柱設計

(1)根據設計，MJ2型蓋梁長度56.83 m，C50混凝土477 m3，總重12 402 kN(γ取26 kN/m3)。

(2)支撐立柱設8排，其中跨箱涵位置設2排斜支撐，斜撐頂端間加水平橫撐，克服水平分力;由于L6斜撐比L5產生的水平分力大616 kN，在L6與2號墩柱間設置4道φ32 mm的HRB335鋼筋拉桿，墩柱位置設[12型鋼背梁，背梁與拉桿采用焊接，以確保受力平衡。

考慮到澆筑混凝土過程中，支架荷載是在動態中增加的，為確保斜撐體系向L6方向位移，L5斜撐與1號墩柱采用2根φ32 mm的HRB335鋼筋連接，連接方法與L6與2號墩相同。

通過計算，立柱采用3根φ377 mm(t=8 mm)鋼管(非卷板管)，斜撐采用4根φ377 mm(t=8 mm)鋼管(非卷板管)。管底焊接10 mm厚鋼板封底，以便與鋼墊梁焊接。

水平撐為3道[16a拼焊型鋼。

同排的鋼管，用[10的型鋼焊接成整體，便于拆裝、運輸。

水平橫撐與斜撐間焊接。

斜撐底與立柱間采用焊接。

為克服斜撐底部產生的水平分力，防止臨時樁位移，或承臺受水平推力太大，在管底設 16根φ32HRB335 mm鋼筋。施工過程中產生的不均勻荷載由臨時樁與承臺間的水平撐承擔。

(3)臨時樁頂設置4排I45型鋼墊梁，使同排的2根臨時樁均勻受力。鋼管與鋼墊梁之間焊接，鋼墊梁直接放在臨時樁頂，并與樁頂預埋鋼筋焊成整體。

(4)為防止斜撐水平力造成臨時樁位移，在承臺和斜撐底部間設置2道[18型鋼水平撐。

(5)楔形墊塊。鋼管頂用20 mm厚鋼板封口，在鋼板上設置楔形墊塊，厚度80 mm，以便拆除支架。

2.2.3 主橫梁

在楔形墊塊頂部設置主橫梁，每道為2道I45型鋼拼焊在一起，長度3 500 mm，以便分布貝雷片。

2.2.4 貝雷支架

在主橫梁上均布4道加強貝雷片，間距1 000 mm。支架長度為60 m。4道加強貝雷片之間，每2格(6 m)設置橫向聯接片1處，聯接片為90 cm標準件。

由于考慮所有最不利荷載疊加后的受力，D跨產生的撓度最大，而且也只有7.9 mm，因此，施工時，在立柱頂高程考慮調整即可。

在貝雷片頂部均布I18型鋼墊梁，間距500 mm，長度6 m。一是作為鋪設底模的墊梁，二是作為人行步道和安全維護的橫梁。

鋼墊梁與貝雷之間用U型卡固定。

2.2.5 支撐體系的受力與穩定性計算

通過對支撐體系建立力學模型，確定荷載，并對工字鋼墊梁、貝雷梁、支架鋼管進行檢算，強度和穩定性符合規范要求。

3 大蓋梁施工關鍵技術

大蓋梁一次澆筑混凝土達477 m3，工作面小，澆筑時間長，需采取有效施工技術措施才能控制蓋梁底板的施工裂縫產生，保證施工質量。

3.1 澆筑順序的選擇

一般小方量蓋梁采取先澆筑墩頂，再澆筑跨中的方法，這樣有利于支架的整體受力。但是由于本蓋梁澆筑時間在8 h左右，若先澆筑墩頂，墩頂處混凝土可能先發生初凝，再澆筑跨中，因在澆筑過程中受力不均勻，對墩頂處混凝土會產生側向彎矩，容易引起墩頂處混凝土開裂。因此選擇先澆筑跨中的E區及G區，再澆筑墩頂的C區及H區，且每50 cm一層，分層進行澆筑，保證承重支架受力均勻。

3.2 混凝土初凝時間及澆筑速度的控制

混凝土初凝時間對蓋梁是否產生開裂起著關鍵的作用，若最后混凝土澆筑完成時，首先澆筑的混凝土已經初凝，這樣由于不同位置混凝土受力不均勻，容易使蓋梁底板產生裂縫。因此選擇混凝土配合比時應加入適量高效緩凝減水劑，使混凝土初凝時間控制8 h左右，同時澆筑時采用2臺汽車泵進行澆筑，縮短混凝土澆筑時間。本蓋梁共477 m3混凝土，1臺汽車泵的泵送能力為50 m3/h，2.5 h即可澆筑一半，澆筑一半后，暫停30 min，待支撐體系受力均勻，使彈性變形及非彈性變形趨于穩定，再進行澆筑剩余一半，剩余混凝土適當放慢澆筑速度，每臺汽車泵澆筑速度控制在35 m3/h，這樣在7 h內可澆筑完成。

3.3 混凝土溫度控制

由于蓋梁在夏季澆筑，氣溫較高，采取以下措施降低混凝土澆筑時的溫度:

(1)拌和站的砂石料采用土工布進行覆蓋，減少太陽的照射;

(2)為掌握混凝土內部溫升與表面混凝土溫度變化情況，在蓋梁內埋設測溫點;

(3)測溫點采用預埋管液晶水銀溫度計，控制混凝土內外溫差盡量在25℃以內，保證混凝土最高澆筑溫度控制在28℃以內。

(4)蓋梁模板拆除后立即灑水進行養護，先采用1層塑料薄膜進行包裹，再采用土工布進行覆蓋，24h灑水養護。

3.4 沉降觀測

承重支架隨著荷載的增加，逐漸下沉，但不同時刻下沉量是不均勻的，因此混凝土受力也不均勻，容易對混凝土產生側向彎矩，對底板出現裂縫有較大的影響。

以理論計算為依據，保證支撐體系的沉降量滿足規范要求，混凝土澆筑時，做好沉降觀測，及時根據實際的沉降量來控制澆筑速度。

本蓋梁澆筑時支架沉降具體數據見表1(具體觀測點編號見圖2)。

表1 蓋梁支架沉降觀測記錄mm

通過對超大蓋梁支架支撐體系施工過程觀測，并對觀測數據分析，跨中最大沉降量為22 mm，小于容許變形量L/400=24 mm，主要因素有:蓋梁混凝土荷載，貝雷片彈性變形，貝雷片插銷的非彈性變形等因素，在允許范圍內，對超大蓋梁施工是安全的。

4 結語

由于大蓋梁施工方案合理，施工中采取了切實有效的控制措施，蓋梁混凝土表面光滑，色澤一致，底板未出現裂縫，確保了施工質量。采用大鋼管及貝雷梁作為支撐體系，節約了成本，創造了較好的經濟效益。上海A15公路于2010年通車，緩解了上海公路交通的壓力，社會效益明顯。

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