蓋梁鋼棒法在金科大橋施工中的應(yīng)用

彭 博

(廣東珠三角城際軌道交通有限公司，廣東 廣州 510000)

1 工程概況

國道G359靈山沙坪至大塘公路(欽州段)位于廣西壯族自治區(qū)欽州市靈山縣、欽北區(qū)境內(nèi)，路線在欽州沙坪鎮(zhèn)金塘村、關(guān)坪嶺附近與黎欽鐵路交叉，該鐵路為電氣化復(fù)線鐵路，采用分離式立交橋上跨該鐵路。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用5 m×40 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁，下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式墩臺(tái)，基礎(chǔ)均采用樁基礎(chǔ)，橋面凈寬7.5 m，橋梁全寬8.5 m，橋梁全長208 m。本橋梁工程施工墩柱共計(jì)8個(gè)，墩柱為圓形柱式墩，墩柱直徑為1.8 m，高度7.5～13.9 m。蓋梁4片，蓋梁尺寸為2.4 m×1.8 m(寬×高)。本橋平面分別位于直線(起始樁號(hào):K7+226.5，終止樁號(hào):K7+405.132)和緩和曲線(起始樁號(hào)：K7+405.132，終止樁號(hào)：K7+434.5)上，縱斷面位于R=2 400 m的豎曲線上。

2 工程概況

2.1 滿堂支架法

(1)支架搭設(shè)方式、范圍、高度可以根據(jù)現(xiàn)場情況靈活調(diào)整。(2)施工所產(chǎn)生的所有荷載均由支架承受，施工前后對(duì)墩柱外觀不產(chǎn)生影響。缺點(diǎn):(1)對(duì)地基承載力要求較高，必要時(shí)需進(jìn)行地基處理，如地基處理不當(dāng)，可能引起支架沉降，從而引起一系列質(zhì)量安全事故，存在一定的安全隱患。(2)當(dāng)為高大模板時(shí)，一是支架基礎(chǔ)須適當(dāng)擴(kuò)寬加長，以滿足架體穩(wěn)定性要求，需投入更多的人力物力；二是須對(duì)滿堂排架采取靜載試驗(yàn)以消除非彈性變形。預(yù)壓試驗(yàn)投入資源較多，且耗時(shí)較長。(3)當(dāng)墩柱處于江河或者水塘中時(shí)，現(xiàn)場地基情況往往無法滿足支架搭設(shè)要求。從以上幾個(gè)方面可以看出，該方法只在基礎(chǔ)較好的情況下可行，且隨著蓋梁高度的增加，施工難度、成本及工序時(shí)長都會(huì)相應(yīng)增加。該工程擬建橋墩處雖地勢較為平坦，但基本為農(nóng)田，地基承載力明顯不滿足要求，需進(jìn)行地基處理。故排除該方案[1]。

2.2 抱箍法

(1)抱箍法是將臨時(shí)荷載及蓋梁重量直接傳給墩柱，對(duì)地基承載力無任何要求。(2)抱箍安裝高度適應(yīng)性強(qiáng)。(3)抱箍法適用于任何地形，只需墩柱為圓形即可。(4)較滿堂支架法而言，人材機(jī)投入較少，經(jīng)濟(jì)效益好。(5)抱箍法不會(huì)破壞墩柱外觀，而且施工時(shí)支架不存在非彈變形。缺點(diǎn)是：所有的荷載全靠抱箍與墩柱握裹產(chǎn)生的摩擦力來承受，具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，故需在施工前進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)。

2.3 鋼棒法

鋼棒法原理是在墩柱內(nèi)埋設(shè)預(yù)留孔，在孔內(nèi)穿鋼棒，再在鋼棒上搭設(shè)模板，所有的施工荷載均由鋼棒承擔(dān)。鋼棒法與抱箍法一樣，可以適應(yīng)任何地質(zhì)條件及墩柱高度，缺點(diǎn)是在墩柱內(nèi)埋設(shè)預(yù)留孔時(shí)，會(huì)給墩柱澆筑增加一道工序，并帶來一定的難度。且蓋梁施工完成后，需對(duì)橋墩上形成的孔洞進(jìn)行二次澆筑，對(duì)墩柱外觀質(zhì)量有一定的影響。

因當(dāng)?shù)赝谑┕さ臉蛄汗こ躺w梁施工選用抱箍法出現(xiàn)了質(zhì)量安全事故，經(jīng)通過方案比選，業(yè)主一致認(rèn)為鋼棒法最安全，可避免施工質(zhì)量安全事故。故選用該工法進(jìn)行施工[2]。

3 構(gòu)件選型及施工流程

3.1 構(gòu)件選型

根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)蓋梁施工各部分構(gòu)件進(jìn)行選型：墩柱預(yù)埋鋼棒選用Φ90 mm型，主梁選用I45b工字鋼，次梁選用I16工字鋼(間距0.5 m布置)。

3.2 施工流程

(1)支架搭設(shè)

由于支架在蓋梁施工中僅用于鋼棒安裝及工人上下使用，不承受蓋梁及鋼模板等應(yīng)力，故對(duì)支架應(yīng)力不予驗(yàn)算，蓋梁施工前支架已搭設(shè)完成。

(2)測量放樣

墩柱施工前根據(jù)蓋梁頂部標(biāo)高及各構(gòu)件高度(千斤頂38 cm，I56工字鋼56 cm，I16工字鋼16 cm)，反推出鋼棒埋設(shè)標(biāo)高距離蓋梁底面為1.1 m，提前在墩柱相應(yīng)標(biāo)高位置預(yù)埋鋼棒孔洞。墩柱施工完成后，再前用儀器進(jìn)行線路中線及蓋梁軸線的放樣，為模板安裝提供依據(jù)。

(3)鋼棒安裝

安裝前，先把鋼棒的標(biāo)高以上位置的墩柱施工腳手架拆除，為主、次梁假設(shè)提供工作面，也為吊裝提供便利條件。吊裝施工前先在腳手架上搭設(shè)腳手板，為安裝模板及橫向支撐提供操作平臺(tái)。用人工在墩頂進(jìn)行輔助定位安裝，加快施工進(jìn)度。安裝完成后，采用掛尺的方法把地面標(biāo)高引到墩柱上，對(duì)鋼棒標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核。如果鋼棒標(biāo)高與方案存在細(xì)微偏差，則采取千斤頂來控制調(diào)節(jié)。

(4)施工構(gòu)件主梁

將I56b工字鋼安裝在鋼棒上用作主梁用，為防止鋼棒滾動(dòng)，在千斤頂?shù)鬃惭bU型卡座，為防止主梁側(cè)向傾覆，用5根Ф25對(duì)拉螺桿均勻?qū)Υ┲髁焊拱澹瑢?duì)拉螺桿外包鋼管進(jìn)行支撐。兩根主梁安裝好后，在上方按間隔0.5 m依次安裝次梁，本橋蓋梁長度為8～10 m不等，故次梁根數(shù)按20根計(jì)取。

(5)模板及鋼筋安裝

本橋模板均選用模板廠制作的定型鋼模。次梁安裝完成后，將底模安裝到位，底模安裝時(shí)在跨中按要求進(jìn)行起拱。底模安裝后，及時(shí)用全站儀和水準(zhǔn)儀對(duì)模板的平面位置及標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核，要求平面誤差不應(yīng)大于±10 mm，標(biāo)高誤差不應(yīng)大于±5 mm。

蓋梁骨架鋼筋籠整體吊裝時(shí)，為了防止鋼筋籠在吊裝時(shí)彎曲變形，吊裝前用長方木縱向貫穿鋼筋籠，與主筋綁扎牢固，吊繩拴緊在方木上起吊鋼筋籠。就位要準(zhǔn)確,確保鋼筋保護(hù)層厚度誤差不大于5 mm。

鋼筋吊裝后，各單位復(fù)核無誤后，即可進(jìn)行側(cè)模安裝。安裝前需對(duì)模板均勻涂刷脫模劑，為保證施工質(zhì)量，模板接縫處要做防漏漿處理。完成后，對(duì)模板的尺寸及位置進(jìn)行復(fù)核，無誤后再對(duì)支撐、拉桿的穩(wěn)固性進(jìn)行檢查[3]。

(6)混凝土澆注

澆注前，應(yīng)再次對(duì)各部位尺寸、穩(wěn)固件、預(yù)埋件等進(jìn)行復(fù)核，全部符合設(shè)計(jì)要求后方可澆注混凝土。混凝土采用罐車運(yùn)輸、泵車泵送入模。澆筑過程中，振搗作業(yè)應(yīng)按章進(jìn)行，不漏振，器具不能觸碰預(yù)埋件及鋼筋模板等，防止構(gòu)件變形。

(7)拆模及養(yǎng)護(hù)

混凝土澆完24 h后即可拆除側(cè)模，模板脫落時(shí)要用纜風(fēng)繩控制模板移位，防止模板在空中扭轉(zhuǎn)撞到蓋梁，做好成品保護(hù)；拆模后立即用土工布或薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)。待同養(yǎng)試塊強(qiáng)度或現(xiàn)場回彈儀測定混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上后，才能拆除底模。

4 受力分析計(jì)算

本橋平面分別位于直線和緩和曲線上，縱斷面位于豎曲線上。四號(hào)墩位于直緩點(diǎn)附近，該墩蓋梁長度為全橋最長、自重最大，故以該墩蓋梁為對(duì)象進(jìn)行受力驗(yàn)算分析。

4.1 結(jié)構(gòu)自重計(jì)算分析

(1)蓋梁總自重

G=(鋼筋+混凝土)×9.8/1 000=(38.1×2 500+964.8+205.1+3 638.8)×9.8/1 000=980.58 kN

均布荷載：q1=980.58/9.266=105.83 kN/m

(2)組合模板均布荷載

組合模板及連接件取0.95 kN/m2，側(cè)模及底模共61 m2。

組合模板均布荷載：q2=(0.95×61)/9.266=6.25 kN/m

(3)工字鋼均布荷載

I16工字鋼，4 m長一根，間距0.5 m，共20根。

I16工字鋼均布荷載：q3=(4×20×20.513×9.8)/26/1 000=0.618 kN/m

(4)工字鋼

I56b工字鋼共兩根，兩根間距1.8 m

共重=2×11×115.108 kg=2 532.4 kg

工字鋼=2 532.4×9.8/1 000=24.82 kN

(5)施工荷載

小型機(jī)械、堆放荷載：q5=2.5 MPa

振搗混凝土產(chǎn)生的荷載：q6=2 kPa

蓋梁自重及支架自重均按恒載考慮組合系數(shù)1.2，施工活荷載按活載考慮系數(shù)1.4。

4.2 受力計(jì)算及驗(yàn)算

(1)次梁(I16工字鋼)受力驗(yàn)算

I16工字鋼分布在墩柱兩側(cè)的I56b的工字鋼上，兩工字鋼緊貼墩柱，墩柱直徑為1.8 m，故I16工字鋼分布梁計(jì)算跨徑取1.8 m，工字鋼全長4 m，分布梁的兩端各懸臂1.1 m，懸臂有利于跨中受力，故不計(jì)懸臂部分[4]。

I16工字鋼截面面積：A=2 613 mm2

截面抵抗矩：w=141×103mm3

截面慣性矩：I=1 130×104mm4

彈性模量：E=2.06×103MPa

鋼材采用Q235鋼，抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[σ]=215 MPa

荷載計(jì)算：q=1.2×(q1+q2)+1.4×(q5+q6)=1.2×(105.83+6.25)+1.4×(2.5+2)=140.8 kN/m

I16工字鋼分布架設(shè)間距為0.5 m，則單根承受：0.5×q=70.4 kN

蓋梁底寬2.4 m，則單根均布荷載

q=20.4/2.4=29.33 kN/m

[σ]=M/W=(11.88/141)×103=84 MPa<[215 MPa]

(2)主梁(I56b工字鋼)受力驗(yàn)算

蓋梁自重及施工荷載等由I16工字鋼分布梁傳遞給I56b工字鋼主梁，根據(jù)I16工字鋼排布特點(diǎn)，上部荷載按均布荷載考慮，兩根I56b工字鋼按墩柱軸線對(duì)稱布置，故每根均承擔(dān)一半的荷載，I56b工字鋼布置在鋼棒上，故計(jì)算跨徑為兩柱墩中心的間距，兩邊按外伸懸臂計(jì)算[5]。

2根I56b工字鋼橫向間距為1.8 m。

X軸慣性矩為Iz=68 500×104mm4

X軸抗彎截面模量：Wx=1 450×103mm3

彈性模量：E=2.1×105MPa

鋼材采用Q235鋼，抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[σ]=215 MPa

I56b工字鋼荷載=141.5 kN/m

I56b工字鋼設(shè)兩根，對(duì)稱布置，單根承受q=0.5×141.5=70.75 kN/m，計(jì)算跨徑5.383 m跨中彎矩

由結(jié)構(gòu)圖跨中彎矩：MMAX=ql2/8-qa2/2=0.125×70.75×5.383 2-0.5×70.75×2.8082=-22.66 kN·m

σmax=Mmax/W=-22.66/2 450×103mm3=9.2 MPa<215 MPa

懸臂端點(diǎn)撓度

f=qal3(6a2/l2+3a3/l3-1)/24EI=70.75×2.808×5.3833×(6×2.8082/5.3832+3×2.8083/5.3833-1)/(24×2.1×105×103×68 500×104×10-12)=0.000 3 m<[f]=2.808/400=0.007 02 m 滿足要求

(3)鋼棒受力驗(yàn)算

鋼棒采用Φ90 mm高強(qiáng)鋼棒

截面面積為:A=3.14×452=63 583 mm2

慣性矩為：I=πd4/32=3.14×904/32=6 438×104mm4

截面模量為：w=πd3/32=7.15×104mm3

抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為：[t]=125 MPa

鋼棒為懸臂結(jié)構(gòu)模型，工字鋼緊貼墩柱，故只考慮受剪，上部荷載均勻分布給4個(gè)支點(diǎn)。

荷載計(jì)算

q=1.2×(q1+q2+q3+q4)+1.4×(q5+q6)=1.2(105.83+6.25+0.618+24.82)+1.4×(2.5+2)=171.32 kN/m

Q=(171.32×11+58.66)/4=486 kN

t=Q/A=486×1 000/63 685=76.4 MPa<[t]=125 MPa滿足要求

5 結(jié) 論

本工程在蓋梁施工過程中，通過方案比選，選用鋼棒法進(jìn)行施工，方案通過了相關(guān)專家的評(píng)審，并在實(shí)踐中證明該工法具有適應(yīng)性強(qiáng)、施工簡單、節(jié)約投資、安全高效等優(yōu)點(diǎn)。希望鋼棒法在類似公跨鐵橋梁工程中能得到廣泛推廣。