公路橋梁獨柱墩蓋梁托架法施工技術

王建斌

（中鐵二十局集團第一工程有限公司，江蘇蘇州 215153）

1 工程概況

十堰至天水高速公路42標段位于陜西略陽縣白水江鎮境內，線路沿著八渡河、白石溝、嘉陵江及洛河河谷走向，在沿洛河河谷走向時，在河谷內設計了青巖灣大橋。該橋上部結構為48×20 m裝配式預應力混凝土連續箱梁。下部結構為直徑2.2 m獨柱式墩，高度為15～22 m，預應力蓋梁，重力式橋臺。獨柱蓋梁結構尺寸見圖1。

圖1 獨柱蓋梁結構尺寸圖（單位：cm）

2 托架方案

2.1 托架形式

根據獨柱蓋梁結構特點，在遵循對稱澆注蓋梁混凝土的前提條件下，施工中托架不能出現傾覆。因此，現澆蓋梁的托架選擇上下雙抱箍加倒立三角形結構形式。整個蓋梁自重及施工荷載主要通過工字鋼和雙包箍傳遞到鋼筋混凝土圓柱形墩身。為提高上下抱箍與墩柱之間的摩擦力，且防止損傷墩柱混凝土表面，在墩柱與抱箍之間設置橡膠墊。

2.2 托架結構

在上抱箍設置2根I45b工字鋼作為水平承重大梁構件，每根I45b工字鋼設置I18工字鋼斜撐。在每側的I18工字鋼斜撐之間設置由兩根I14工字鋼組成剪刀撐。

考慮到山區高速公路平曲線多，平面半徑小，縱坡大，橫坡陡等特點，獨柱蓋梁橫坡在同一座橋內也不同，即蓋梁橫坡多樣化。如何使倒立三角支架能適用不同的橫坡蓋梁，同時受力結構還不受影響，施工操作還方便，斜撐桿I18工字鋼上端與水平I45b工字鋼采用高強度銷子連接，下端的斜撐改為帶絲桿鋼管，通過絲桿調整橫坡。蓋梁托架結構見圖2。

圖2 蓋梁托架結構圖（單位：cm）

2.3 托架及抱箍受力檢算

2.3.1 托架計算

取混凝土密度為26 kN/m3,按下圖進行結構受力建模，根據蓋梁幾何尺寸，托架受力見圖3～圖5，計算如下：q1=0.9×2.4×26/2=28 kN/m，q2=1.8×2.4×26/2=56 kN/m。

圖3 模板支架受力圖

圖4 托架彎矩圖

圖5 托架軸力圖

驗算彎矩結果如下：

對于I45b橫梁：抗彎模量W1=1 433 cm3，面積A1=102 cm2，最大彎矩為 M1=17 421.227 N·m，最大軸力為F1=155 kN；端頭最大撓度為5.6mm。

σ1=M1/W1=117 421.227/1 433=82 MPa，

σ1′=F1/A1=155 000/102=15 MPa。

σ1總=σ1+σ1'=82+15=97 MPa＜[σ]=205 MPa，故橫梁滿足受力要求。

對于斜撐I18：抗彎模量W2=185 cm3，面積A2=30.7 cm2。

最大彎矩為M2=1 663.770 N·m，最大軸力為F2=232 kN，支點處最大撓度為2.6 mm。

σ2=M2/W2=1 663.770/185=9 MPa，

σ2'=F2/A2=232 000/30.7=76 MPa。

σ2總=σ2+σ2'=9+76=85MPa＜[σ]=205MPa，故斜撐滿足受力要求。

斜撐工字鋼用剪刀撐連接為了避免斜撐失穩，在此不在贅述。

2.3.2 抱箍計算

柱身混凝土與抱箍之間設一層橡膠，橡膠與抱箍之間的摩擦系數取μ=0.4，抱箍產生的豎向摩擦力必須大于蓋梁傳下來的荷載Pb。Pb=44 m3×26/2+1 332×10/1 000=585 kN(混凝土重+支架重量)。

（1）高強螺栓驗算

根據高強螺栓總拉力F≥1.3 Pb/μ=760 kN/0.4=1900kN。M24的高強螺栓的容許拉力為225kN。則每個抱箍上的高強螺栓拉力P=1 900 kN/20=95 kN≤225 kN，故高強螺栓滿足強度要求。

（2）抱箍應力計算

抱箍壁為受拉產生拉應力：

P1=10N1=10×95=950 kN

抱箍壁采用面板δ12 mm的鋼板，抱箍高度為0.6 m，則抱箍壁的縱向截面積：

S1=0.012×0.6=0.007 2 m2

σ=P1/S1=950/0.007 2=132 MPa＜[σ]=140 MPa，滿足受力要求。

抱箍剪應力不在此贅述，為了確保安全，最后選用了面板δ12 mm的鋼板，抱箍高度0.65 m，共采用了24個高強螺栓連接。

3 施工方法

3.1 主要施工工藝流程

主要施工工藝流程見圖6。

3.2 施工方法

3.2.1托架預壓

為支立模板提供準確數據及確保支架結構安全穩定，底板施工后先對托架進行預壓，預壓采用砂袋等載預壓。

預壓砂袋均勻布置在底板上，加載順序同澆筑混凝土順序。

預壓前在底板上橫向設置2排點，每排4個，作為變形觀測的基準。具體觀測的方法為：每隔4 h觀測一次各觀測點的標高，所測數據趨于穩定后表示托架沉降穩定，再開始卸載，卸載與加載的順序相反，分級卸載，分次觀測，最后計算出支架的彈性變形量和非彈性變形，作為安裝底板標高的預留量。

3.2.2 鋼筋加工

圖6 施工工藝流程圖

由于受山區場地限制，蓋梁鋼筋骨架加工在加工場內根據骨架大樣加工好，然后在橋跨下拼裝成型，采用吊車整體吊裝法安裝，然后在底板上對骨架進行定位。定位合格后，再進行波紋管、錨具的安裝與定位，若鋼筋位置與預應力孔道及錨具干擾時，可適當移動鋼筋位置。整體吊裝為了確保蓋梁整體骨架的剛度，必要時架設鋼管或架設焊接骨架。鋼筋及預應力管道施工時必須注意錨下鋼筋網片、螺旋筋及擋塊鋼筋。

3.2.3 側模安裝

鋼模板采用吊車配合人工分塊安裝，側模板安裝結束后安裝拉模筋，以及設置纜風繩，檢查模板中線，必要時通過側向纜風繩調整好模板位置。

3.2.4 檢查驗收

模板安裝結束后，對鋼筋保護層厚度、預應力管道、蓋梁的平面位置、標高及幾何尺寸等進行全面檢查，檢查托架螺栓的連接等，所有檢查合格后，方可進行澆筑混凝土。

3.2.5 混凝土澆筑及養護

蓋梁混凝土（約45 m3）采用汽車泵泵送施工，考慮蓋梁懸臂結構，應對稱分層澆筑，分層厚度不得大于30 cm，使用插入式振搗棒進行振搗，振搗時必須注意振搗錨具周圍的混凝土和注意波紋管，確保錨具周圍混凝土密實和防止波紋管變形或破裂漏漿。

在蓋梁澆筑完成后及時收面，最后采用土工布包裹。為保持蓋梁濕潤，在蓋梁最高處堆放留有小孔的水桶。

3.2.6 預應力施工

對蓋梁施加預應力前，應對蓋梁進行檢查，外觀尺寸應符合設計要求，張拉時，蓋梁混凝土強度符合設計和規范要求，采取分批、分階段、對稱張拉，在張拉控制應力穩定后方可錨固，張拉完畢后及時壓漿，然后進行拆除承重支架和模板。

3.2.7 拆除托架

當混凝土強度達到2.5 MPa時，先拆除側模和端頭模板，即拆除非承重模板，然后準備好張拉工作，張拉壓漿完畢后，方可拆除支架及抱箍。

4 施工體會

傳統支架法施工對于立柱高度較高或立柱位于河道內施工，不僅施工困難，施工進度也無法保證，特別是山區雨季洪水季節，施工安全根本無法保證。

采用雙抱箍三角形托架法施工，對于高墩獨柱蓋梁不僅施工方便，受力合理，在山區河道內施工不受河水漲低影響，安全能得到一定的保證，值得在今后類似工程中推廣應用。

[1]路橋集團第一公路工程局.公路橋涵施工技術規范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[2]劉吉士.橋梁施工百問[M].北京:人民交通出版社,2003.

[3]周水興.路橋施工手冊[M].北京:人民交通出版社,2001.