平永河大橋菱形掛籃施工0#塊優化設計

2012-09-04 04:43:44張海彬

鐵道建筑 2012年6期

關鍵詞：箱梁混凝土施工

張海彬

(中鐵五局集團第四工程有限公司，廣東韶關 512031)

平永河大橋菱形掛籃施工0#塊優化設計

張海彬

(中鐵五局集團第四工程有限公司，廣東韶關 512031)

以新建貴廣高速鐵路平永河大橋施工為例，通過對常規菱形掛籃優化設計，利用菱形掛籃的主桁架、節點箱作0#塊托架，用菱形掛籃的上下橫梁作0#塊托架的橫梁，用掛籃的底模、縱梁作0#塊的底模系統施工0#塊，然后再拼裝掛籃施工懸臂箱梁。不需要另外單獨加工托架，節約了材料的投入成本。

菱形掛籃 0#塊托架優化設計

近年來我國對基礎設施建設的投資不斷增加，高速公路、高速鐵路標準要求越來越高，多采用以橋、隧代路的設計理念，而在跨越既有鐵路、公路、河道、山谷時多采用預應力混凝土連續懸臂現澆箱梁。此類結構體系具有變形小、結構剛度好、抗震能力強、養護簡易、施工技術成熟等優點。掛籃法懸臂現澆是預應力混凝土現澆連續箱梁施工中最常用的方法之一，本文結合貴廣高速鐵路平永河大橋連續懸臂現澆箱梁掛籃優化設計及檢算過程，論述如何改進菱形掛籃設計，利用菱形掛籃主桁架、橫梁、底模等構件施工0#塊，然后再拼裝掛籃施工懸臂箱梁的設計工藝。

1 工程概況

貴廣高速鐵路平永河大橋位于貴州省榕江縣，中心里程DK200+557，橋全長508.469 m，本橋平面位于半徑5 500 m的曲線和直線上，縱坡位于-3‰的下坡線路上。全橋孔跨布置:1×24 m簡支箱梁+2×32 m簡支箱梁+(48+80+48)m連續懸澆梁+7×32 m簡支箱梁。樁基采用群樁基礎，承臺明挖，橋墩采用垂直圓端形墩及放坡圓端形墩，放坡圓端形橋墩墩身坡率采用外側 40∶1，空心墩內側 60∶1(50∶1);橋臺采用矩形空心臺。主墩4#墩墩高36.0 m，5#墩墩高38.5 m，6#墩墩高33.0 m。梁體施工方法:貴陽臺—3#墩、6#墩—廣州臺間簡支箱梁采用鋼管柱支架法施工，3#墩—6#墩間的連續梁采用掛籃懸臂施工。

2 工藝原理

懸臂現澆預應力混凝土箱梁施工法是利用已經完成的墩頂0#塊段為起點，把箱梁分成若干個2.5～4.0 m的箱梁節段，通過掛籃對稱在墩身兩側就地現澆混凝土施工，來逐段完成混凝土澆筑及預應力張拉、壓漿等工序的一種施工方法。墩頂0#塊一般用落地支架(15 m以下矮墩)和牛腿托架(15 m以上高墩)法施工。兩者均需在0#塊的兩側拼裝移動式掛籃，掛籃后半端與箱梁錨固在一起，前半端懸吊底側模，安裝鋼筋、預應力束、澆筑混凝土，當混凝土達到設計的強度和彈模后施加預應力，并在管道內壓漿，再將掛籃移至下一節段，循環作業工序，直至合龍。

掛籃是施工懸臂現澆梁的主要設備，在設計掛籃時，考慮掛籃能承受自身重量、最大節段重量，且滿足掛籃自身輕、強度安全可靠，剛度大變形小，移動靈活，拆卸方便的要求，同時也考慮利用掛籃的桁架、底模、橫梁等主要構件，進行0#塊施工時的托架設計。

3 適用范圍及結構特點

優化菱形掛籃施工適用于高墩懸臂現澆預應力混凝土連續箱梁，即用菱形掛籃施工0#塊及各節段塊件懸臂施工。其特點有:菱形掛籃承載能力和剛度均較好，施工操作空間大、行走方便快捷、拼裝靈活、工序銜接緊湊，安全可靠。菱形掛籃由主桁架承重系統、橫梁吊帶調高系統、走行及錨固系統、底平臺系統、模板系統五大部分組成，構件簡單明確。利用菱形掛籃構件施工0#塊時，對墩身無大的損傷，只需在圓端形墩頂部預埋槽鋼作銷軸孔，矩形墩部在墩身頂預留32 mm精軋螺紋鋼對拉孔，對拉牛腿銷軸座。施工0#塊托架的材料主要用菱形掛籃的主桁架、節點箱作0#塊托架，用菱形掛籃的上下橫梁作0#塊托架的橫梁，用掛籃的底模、縱梁作0#塊的底模系統。不需要另外單獨加工托架材料，節約了材料的投入成本，縮短了掛籃的安裝施工周期。

4 菱形掛籃優化設計

4.1 掛籃設計說明

考慮要利用掛籃的主桁架拼裝0#塊托架的牛腿，設計采用菱形掛籃，掛籃結構模型參見圖1。主要構件包括 Z1，Z2，Z3，Z4，Z5 主桁架、立柱、橫向聯結系、前上下橫梁、后下橫梁、底籃、導梁、吊帶、模板等所有的承重系統。

掛籃設計檢算按照荷載傳遞順序對空間荷載進行等代替換，由空間立體幾何體系轉化為平面桿件問題。轉化順序為:掛籃底橫、縱梁→底模→側模內模→導梁→吊掛系統→前上橫梁→主桁。掛籃計算中對傳力作了如下的假定:

1)箱梁翼緣板混凝土及側模重量通過外導梁分別傳至前一節段已施工完的箱梁頂板和掛籃主桁的前上橫梁承擔;

2)箱梁頂板混凝土、內模支架、內模重量通過內滑梁分別由前一節段已施工完的箱梁頂板和掛籃主桁的前上橫梁承擔;

3)箱梁底板、腹板混凝土及底籃平臺重量分別由前一節段已施工完的箱梁和掛籃主桁的前上橫梁承擔。

掛籃材料選用Q235b普通型鋼鋼材(表1)，計算參數:鋼材彈性模量 E=2.06×105MPa，密度 γ=7 850 kg/m3，容許彎曲應力[σ]=145 MPa，容許剪應力[τ]=85 MPa。銷軸材料用 Q45鋼材[σ]=200 MPa，[τ]=120 MPa。

表1 型鋼截面特性

掛籃設計基本參數:

梁段混凝土重量26.5 kN/m3;人群及機具荷載取2.5 kPa;超載系數取1.05;新澆混凝土動力系數取1.2;掛籃行走時的沖擊系數取1.3;抗傾覆穩定系數2.0;荷載組合，①混凝土重+掛籃自重+施工、人群機具+動力附加系數(強度、剛度計算)，②掛籃自重+沖擊附加系數(行走穩定性)。

4.2 掛籃主桁架

掛籃主桁架Z1—Z5構件由雙拼[32b槽鋼與10 mm厚鋼板焊接一起，由節點箱通過80 mm的銷軸連接成掛籃主桁架，詳見圖1(a)。在施工0#塊時，把一支掛籃主桁架拆成4片三角架作為0#塊的牛腿托架，用φ32 mm精軋螺紋鋼對拉節點箱1固定在墩身上，安裝三角架牛腿，形成0#塊托架平臺，見圖1(b)。在平臺上橫鋪掛籃的底橫梁、縱鋪掛籃的底縱梁、底模、外側模、內模，安裝0#塊鋼筋、預應力筋管道及各項預埋件，澆筑混凝土、養生、張拉、壓漿，拆除0#塊模板、托架，安裝掛籃，預壓掛籃，進行掛籃塊件施工。本節以1#塊、0#塊的設計參數為依據對掛籃主桁架荷載進行分析設計。