公軌結(jié)合橋Y形橋墩雙層系梁現(xiàn)澆施工技術(shù)研究

文/強(qiáng)偉亮 李 飛 陶 波

雙層系梁Y 形橋墩廣泛地應(yīng)用于城市交通，特別是在公軌結(jié)合梁橋中的應(yīng)用尤為廣泛。Y形橋墩結(jié)構(gòu)勻稱(chēng)、受力簡(jiǎn)單、整體效果好；但其橫梁的跨徑一般較大，導(dǎo)致橫梁跨中彎矩較大，需要配置大量預(yù)應(yīng)力束，同時(shí)端頭的錨固也復(fù)雜[1]，因此，Y 形橋墩施工技術(shù)的研究顯得尤為重要。

陳鵬凱[2]對(duì)橋墩施工中的墩模制作、鋼筋施工及其混凝土澆筑等環(huán)節(jié)進(jìn)行研究，通過(guò)結(jié)合工程實(shí)踐總結(jié)出相應(yīng)環(huán)節(jié)的施工技巧，有效地提高施工質(zhì)量。對(duì)于大型V 形墩施工，采用碗扣式鋼管支架和扣件式鋼管支架的施工方案，滿(mǎn)足了橋墩在施工過(guò)程中的受力要求[3]，該方案取材方便，拼裝簡(jiǎn)單，回收率高，節(jié)省材料，經(jīng)濟(jì)效益明顯。嚴(yán)任苗[4]基于某橋梁墩柱橫系梁施工案例，介紹了墩柱橫系梁的施工技術(shù)及其方案的穩(wěn)定性驗(yàn)算，墩柱橫系梁采用從墩頂用精軋螺紋鋼筋下掛橫梁，在橫梁下部布置鋼管樁直接從承臺(tái)上支撐進(jìn)行施工。

既有的研究成果中，對(duì)于Y 形橋墩雙層系梁現(xiàn)澆施工技術(shù)研究較少，故本文在以上實(shí)踐的基礎(chǔ)上，以福州市道慶洲大橋工程為背景，對(duì)其施工技術(shù)方案進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了定制型鋼與鋼管組合支架體系并通過(guò)有限元法進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)分析，為今后類(lèi)似工程提供一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和參考價(jià)值。

1 工程概況

福州市道慶洲大橋是福州主城與長(zhǎng)樂(lè)連接的一條快速通道，為公軌兩用橋梁，總長(zhǎng)約6.82 km，公軌共線(xiàn)長(zhǎng)約4.4 km。上層公路橋6 車(chē)道，城市主干道兼一級(jí)公路；下層為雙線(xiàn)地鐵6號(hào)線(xiàn)。SR17#～SR36#橋墩設(shè)計(jì)為Y 形墩，有蓋梁和系梁。蓋梁混凝土澆筑高度1.8～2.4 m，跨度14.705 m，縱向?qū)挾? m；系梁混凝土高度2.5～4 m，跨度7.6 m，縱向?qū)挾? m。除系梁段墩柱外，其他段墩柱采用翻模施工；系梁和蓋梁側(cè)模采用改制翻模，底模專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)型鋼與鋼管樁組合支架。見(jiàn)圖1。

圖1 Y形橋墩

2 支架體系

2.1 支架設(shè)計(jì)

Y 形橋墩雙層系梁采用“先上后下”的施工工序，即先施工下層系梁，然后周轉(zhuǎn)下層系梁的支架材料用于上層系梁的施工，使支架材料等資源配置合理，以達(dá)到效益最大化。

支架結(jié)構(gòu)自下而上由柱腳、鋼管樁、牛腿、鋼管樁縱橫向連接系、主橫梁、主縱梁、橫向分配梁等組成。鋼管樁采用φ630 mm×10 mm 鋼管，連接系平聯(lián)為2[20a 槽鋼，剪刀斜撐為單拼[20a 槽鋼，樁頂主橫梁為2I45a 型鋼。主縱梁為I20a 型鋼，橫向布置6 榀，間距為600 mm，縱梁線(xiàn)型分析依據(jù)系梁面層加工而成。分配梁采用I12.6型鋼，直線(xiàn)段橫向間距400 mm，面板采用6 mm鋼板，與分配梁焊接，打磨光滑。見(jiàn)圖2。

2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

2.2.1 模型及邊界條件

支架結(jié)構(gòu)采用MIDAS Civil 有限元軟件空間整體模型，各構(gòu)件均采用梁?jiǎn)卧M，立柱在柱腳固結(jié)，主縱梁與主橫梁和分配梁均為鉸接。見(jiàn)圖3。

圖2 現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)

圖3 現(xiàn)澆支架計(jì)算模型

2.2.2 工況分析

工況1：澆筑混凝土。

工況2：模板安裝完成后，梁體鋼筋安裝前。

2.2.3 荷載組合

各工況分別考慮基本組合與標(biāo)準(zhǔn)組合：基本組合計(jì)算結(jié)果用于評(píng)價(jià)強(qiáng)度與穩(wěn)定性指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)組合用于評(píng)價(jià)變形指標(biāo)。見(jiàn)表1。

表1 荷載組合分項(xiàng)系數(shù)

2.2.4 計(jì)算結(jié)果

1）強(qiáng)度。在現(xiàn)澆混凝土荷載、施工荷載、風(fēng)荷載等組合作用下，各構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 現(xiàn)澆支架計(jì)算模型

2）變形。工況1 條件下下層支架縱梁豎向變形為-7.9 mm，上層支架縱梁最大豎向變形為-10.6 mm，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3 墩身強(qiáng)度計(jì)算

Y形墩身逐節(jié)澆筑過(guò)程中，由于墩身軸線(xiàn)傾斜，已完成的節(jié)段在上部混凝土及模板荷載的作用下承受較大彎矩。另外，上層施工過(guò)程中，下層系梁承擔(dān)荷載較大，故需對(duì)墩身強(qiáng)度及變形進(jìn)行校核，保證其在使用過(guò)程中不出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。采用Midas FEA建立三維靜力實(shí)體有限元模型，構(gòu)件網(wǎng)格劃分采用進(jìn)階算法，單元類(lèi)型為六面體單元。

墩身澆筑到最后一節(jié)段時(shí)，在蓋梁混凝土及模板自重作用下，構(gòu)件最大拉應(yīng)力為1.61 MPa，發(fā)生在墩身倒角位置，滿(mǎn)足規(guī)范要求。見(jiàn)圖5。

圖5 墩身計(jì)算模型

4 系梁施工方案

4.1 支架安裝

1）預(yù)埋柱腳的錨固螺栓于承臺(tái)頂，做好標(biāo)記，從標(biāo)記處支起4 根φ630 mm×10 mm 鋼管立柱；預(yù)埋HPB400φ20 mm 鋼筋于墩柱里側(cè)指定標(biāo)高處，焊上錨板，固定牛腿。

2）在鋼管樁頂標(biāo)高向下偏移0.5 m 或1.5 m（視鋼管樁長(zhǎng)而定）設(shè)置第一道平聯(lián)，平聯(lián)采用雙拼槽鋼，再向下4 m 設(shè)置第二道平聯(lián)；兩道相互平行的平聯(lián)間支立剪刀撐，剪刀撐采用[20a。

3）鋼管樁與主橫梁連接處、牛腿與主橫梁連接處設(shè)置砂箱，拆模時(shí)打開(kāi)砂箱雙側(cè)螺栓，砂子流出后，鋼模板與支架整體下降，模板與現(xiàn)澆混凝土脫離，遵循先支后拆，后支先拆的順序穩(wěn)步拆卸。

4）在砂箱正上方，架支主橫梁，主橫梁采用2I45a型鋼。

5）垂直于主橫梁正上方，間距600 mm布置6組主縱梁。

6）分配梁直線(xiàn)段間距400 mm，在分配梁上安裝6 mm厚鋼模板。

4.2 系梁與墩柱接觸面鑿毛

鑿毛的目的是清理浮漿并露出粗骨料，增加新老混凝土接觸面積，增加前后澆混凝土的黏結(jié)力，使兩個(gè)施工階段的面黏結(jié)牢固。鑿毛應(yīng)輕微細(xì)致，深度控制在10 mm 即可達(dá)到要求效果，同時(shí)把混凝土表面浮漿及松軟層全部剔除掉，大部分露出粗骨料，骨料外露75%即可。通常在現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)中，在前一現(xiàn)澆段澆筑完畢后，接觸面需要鑿毛，然后用水沖洗干凈，使接觸面濕潤(rùn)，方可進(jìn)行下一段澆筑。

4.3 綁扎鋼筋及側(cè)模板安裝

為了使成品混凝土外光內(nèi)實(shí)，采用定型鋼模，刷脫模劑確保美觀(guān)，鋼筋定位后，支立側(cè)模。側(cè)模采用大塊定型鋼模，由廠(chǎng)家集中制作，模板的吊裝擬選用50 t 吊車(chē)，人工配合吊車(chē)安裝。鋼模及其配件需在檢驗(yàn)合格后方準(zhǔn)使用，模板組裝前應(yīng)于模板內(nèi)側(cè)涂刷脫模劑，應(yīng)使用同一品種脫模劑，不得使用易沾在混凝土上或使混凝土變色的油料。澆筑前模板表面應(yīng)平整光滑，無(wú)污物。

4.4 預(yù)應(yīng)力件

在系梁模板上預(yù)留塑料波紋管孔洞并設(shè)置封錨鋼墊板、錨具、壓漿孔。鋼束張拉時(shí)各個(gè)橫剖面上應(yīng)對(duì)稱(chēng)張拉，張拉順序?yàn)橄葟埨蠈愉撌⒑髲埨聦愉撌?/p>

4.5 澆筑混凝土

混凝土集中拌和，輸送泵輸送入模，分層澆筑，分層厚度≯50 cm，搗固方式采用插入式振動(dòng)器振搗。蓋梁頂面標(biāo)高應(yīng)有明顯的控制線(xiàn)，保證蓋梁頂面高程和各預(yù)埋件外露部分尺寸準(zhǔn)確。混凝土采用兩端對(duì)稱(chēng)澆筑，控制合理的澆筑速度。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合道慶洲大橋Y 形橋墩的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了定制型鋼主梁與鋼管立柱組合支架體系，通過(guò)有限元法進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，在各工況下，支架結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度、剛度，墩身自身抗裂性能滿(mǎn)足規(guī)范要求；同時(shí)，優(yōu)化了工程的施工工序，可實(shí)現(xiàn)上下兩層支架材料的周轉(zhuǎn)使用，資源配置合理。