滿堂支架法在C匝道橋現澆箱梁施工中的應用

程 恒,萬乾翊

(江西省交通工程集團建設有限公司,江西 南昌 330000)

箱梁是橋梁工程中梁的一種,同時也是橋梁的一個重要組成部件。由于箱梁形式的橋梁穩定性更高、安全性更好,并且工程成本比較低,已經被廣泛應用在橋梁建筑工程中,成為一種常見的橋梁形式。橋梁箱梁結構主要為鋼筋混凝土結構,因此現澆箱梁是橋梁工程中一道必不可少的工序?，F階段橋梁工程多數為大跨度橋梁,因此橋梁現澆箱梁施工具有較高的難度。滿堂支架法作為一種新型橋梁施工方法,由于施工成本比較低、工序比較簡單,早在上個世紀九十年代西方發達國家就已經將這種施工方法應用到橋梁工程中,但是在國內還沒有得到廣泛應用,主要是因為至今沒有一套系統的應用理論,雖然部分工程應用了滿堂支架法,但是由于應用經驗不足,缺乏完善的理論支撐,在實際工程中并沒有取得預期的施工效果,不僅箱梁力學性能比較差,而且箱梁位移變形量也比較大,為此在C匝道橋現澆箱梁施工中應用滿堂支架法來積累經驗。

1 工程概況

本次研究以七里崗服務區提質升級工程為工程背景,工程所在區域屬于國家級新區——贛江新區的臨空組團,在福銀高速樂溫路段K587+700處,對應樂溫高速公路樁號K10+700,涉及樂溫高速公路K9+862～K11+325路段,西面方向距楊家湖互通約0.9 km,距機場互通約5.2 km,東面約8.6 km為南新互通,北面約4 km為樵舍鎮。七里崗服務區為對稱布置,現占地面積約100 hm2。主要施工內容為C匝道橋現澆箱梁施工。本工程重點工作為C匝道橋現澆箱梁施工,由于C匝道橋跨度(30 m+60 m+30 m、3×30 m)較大,按照《江西省交通建設工程危險性較大的分部分項工程安全管理實施辦法(試行)》(贛交質督字〔2020〕41號)編制要求,模板工程跨度大于18 m,具有較高的施工難度,根據施工需求,此次采用滿堂支架法進行C匝道橋現澆箱梁施工。

2 基于滿堂支架法的C匝道橋現澆箱梁施工

C匝道橋現澆箱梁采取滿堂支架法,支架采取盤扣式鋼管支架,鋼管支架選用盤扣式鋼管支架A類(60系列),搭設高度為4.3～7 m,搭設區域為原C匝道區域向內側拓寬1 m,其施工流程如圖1所示。

圖1 基于滿堂支架法現澆箱梁施工工藝流程

如圖1所示,混凝土澆筑分兩次,按照先底板、腹板,后頂板和翼板的順序,基于滿堂支架法的C匝道橋現澆箱梁施工大致可以分為施工準備、支架基礎處理及安裝、混凝土澆筑及養護、模板及支架拆除四個部分。以下將從四個方面出發,對滿堂支架法在施工中的應用進行詳細說明。

2.1 施工準備

現澆箱梁施工之前需要做一些準備工作,首先對施工區域四周進行圍護,四周設置防護圍欄和夜間施工紅色警示燈,圍欄高度不小于1.2 m,防止非施工人員進入到施工現場[1]。其次在施工前辦理好特種設備及材料使用備案工作,施工主材為鋼材、混凝土,箱梁澆筑使用的C50混凝土由商混站出產,對混凝土強度、硬度等指標進行嚴格控制,確保產品合格。托架及模板等,皆采用有資質廠家生產(加工)的合格產品,進場后按規范要求抽樣檢驗、預拼裝并做荷載試驗,合格后才可采用。施工所使用的設備如表1所示。

表1 機械設備投入數量

按照使用說明書對表1中所有機械設備性能進行檢驗,檢驗合格后方可進場使用。

2.2 支架基礎處理及安裝

橋梁現澆箱梁施工對地基的穩定性和承載力要求比較高,根據地基承載力要求,需要滿足大于200 kPa(采用輕型觸探儀檢測)。對原地面進行測量抄平,設置縱向排水2%坡面,內側設置排水溝寬20 cm,深15 cm[2]。支架基礎在利用原匝道路面的情況下,采用合格的路基利用方,經過25 t壓路機碾壓、調平,測地基承載力滿足要求后,進行15 cm的C20混凝土硬化,橫向硬化范圍為支架最外側立桿外延1 m[3]。對于特殊地段,高差較大的采用分臺階搭設支架,設計為臺階寬度≥3 m,需經過碾壓成型并澆筑20 cm混凝土,以滿足地基承載力要求。

對支架基礎處理完畢后,對支架進行安裝。在安裝前將支架安裝現場內障礙物與垃圾清理干凈,從一端開始,嚴格按計算書要求的立桿縱橫間距、橫桿步距、斜撐布置間距等施工,嚴禁擅自改變支架參數[4]。首先對可調底座排列到定點,如圖2所示。然后將標準基座的套筒從底座上方套入,如圖3所示。

圖2 可調底座示意圖

圖3 標準基座示意圖

然后進行橫桿與起步立桿安裝。支架搭設至頂面以后,一側設置≥50 cm施工通道,兩側設置高度≥1.2 m的臨邊防護欄桿,欄桿立桿與支架立桿連為一體,橫向按間隔40 cm左右設置三道,欄桿設置20 cm高踢腳板,且外側掛密目網。施工通道底面鋪設竹夾板,并與支架捆綁連接,防止出現翹頭板[5]。安裝完支架后對支座進行安裝,支座安裝前先確認支座型號、不同型號對應的安裝位置、支座安裝方向,確認無誤后方可安裝。安裝前須確保支座的臨時鎖定裝置完好,并保證在混凝土澆筑至支架拆除之前不得拆除支座的臨時固定裝置。

2.3 鋼筋綁扎

橋梁上部結構使用的鋼筋規格為:φ12 mm、φ16 mm、φ20 mm、φ22 mm、φ25 mm、φ28 mm六種,均為HRB400鋼筋。鋼筋綁扎就位前,在底模上放置墊塊,按4個/m2均勻散布。按由下到上的順序對鋼筋進行綁扎,根據間距、位置的設計要求對底層鋼筋綁扎,然后綁扎腹板鋼筋,之后支立內模頂模,綁扎翼板鋼筋和頂板鋼筋,縱向通長鋼筋采用綁扎或焊接均可,接頭應設于箱梁最大彎矩處以外,一般設于箱梁L/4處,梁頂伸縮縫預埋鋼筋、護欄預埋鋼筋按照設計圖紙進行,綁扎時與梁體鋼筋同步進行,鋼筋預埋位置要準確,并且避免漏埋和埋錯位置。在鋼筋綁扎過程中要及時對預埋件進行安裝,并且使用鋼筋將預埋件固定在橋梁箱梁鋼筋上,使預埋件不上下左右移動,保證預埋件的垂直度。在綁扎鋼筋骨架時按設計圖紙要求安放錨后加強鋼筋和錨后螺旋鋼筋,螺旋鋼筋由錨具廠家提供。預應力管道中心線利用模板為參照定位,安裝時采用定位鋼筋定位,在曲線變化大的截面定位鋼筋間距縮小為0.4 m每道。

2.4 模板安裝

模板為底模、內模、側模、端模,其具體設計如表2所示。

表2 C匝道橋現澆箱梁模板參數表 單位:mm

如表2所示,C匝道橋箱梁底模縱向主龍骨采用14#工字鋼,橫向次龍骨采用100 mm×100 mm方木,將14#工字鋼鋪設在支架頂面,并在14#工字鋼上安裝100 mm×100 mm橫向方木,模板接縫處必須有橫縱方木托墊。因箱梁底板的縱坡、橫坡較大,橫坡方向底模較低處與外側模相連,在外側模使用頂托撐住外側模,保證底板滑動?？v坡方向底模較低處使底模及木方卡死在墩柱上,防止縱向滑移。根據支架預壓的結果將底模預抬彈性變形高度。側模與底模一樣采用厚15 mm的竹膠模板,為防止雨水順翼緣板下板順流,翼緣板下設止水線。內模施工順序:支底側模板→支撐橫向鋼管→澆筑底板、腹板混凝土→安裝頂模。端模預留通氣孔:每條腹板沿縱橋向每隔5 m設置φ8 cm透氣孔,于第一聯第一跨首部6 m、第一聯第二跨首部5.5 m、第一聯第三跨首部5.5 m開設φ10 cm泄水孔,于第二聯第一跨尾部4.5 m、第一聯第二跨首部4.5 m、第一聯第三跨首部5 m開設φ10 cm泄水孔。泄水孔、通風孔安裝好后內填黃砂,頂口用寬膠帶封閉,施工完成后通開。

2.5 混凝土澆筑

在混凝土澆筑前,必須精確預埋預應力管道,預應力管道必須通過預應力定位鋼筋和加強鋼筋與鋼筋骨架固結,混凝土澆筑時需嚴格控制混凝土澆筑和振搗,防止造成預應力管道移位和破損。現澆梁混凝土施工方量較大,且施工須連續進行,因此混凝土澆筑之前要進行細致的安排組織。第一次混凝土澆筑后木工板、鋼筋班組要立即開始安裝內箱頂模,綁扎頂板、翼板鋼筋,隨后開始第二次混凝土澆筑。澆筑總順序為縱向由低端橫梁向高端橫梁,橫向由低向高,漿體達到初凝后,對預應力錨具進行封端處理,具體作業流程如下:拆除錨具封端及進出漿接管,將錨具和墊板清洗干凈后涂刷防水涂料;鑿毛錨穴,安裝封錨鋼筋網,鋼筋網利用帶彎勾錨栓固定于錨墊板上;安裝封端模板,模板上口預留2～3 cm高缺口,便于灌注封端混凝土;灌注封端混凝土,并搗固密實。封端混凝土一般使用無收縮細石混凝土;待混凝土強度達到初凝后,拆除封端模板,并用砂漿將封端混凝土表面抹平;抹面砂漿凝固并處于干燥狀態后,采用防水涂料對封端混凝土進行防水處理。待橋梁箱梁混凝土強度達到設計要求后,將模板與支架拆除,以此完成基于滿堂支架法的C匝道橋現澆箱梁施工。

3 施工效果檢驗

為了驗證本次基于滿堂支架法的C匝道橋現澆箱梁施工方案的可行性與可靠性,對施工后的橋梁箱梁力學性能及位移變形進行測試。力學性能方面主要檢驗橋梁箱梁的抗彎強度、抗剪強度以及承載力,其中抗彎強度計算公式為

(1)

式中:ε為橋梁箱梁抗彎強度,kN;Mmax為箱梁最大彎矩,N;E為箱梁截面抵抗矩。

橋梁箱梁抗剪強度計算公式為

(2)

式中:μ為橋梁箱梁抗剪強度,MPa;Hmax為最大剪力,N;S為混凝土彈性模量,GPa。

箱梁承載力計算公式為

(3)

式中:F為橋梁箱梁承載力,MPa;A為橋梁箱梁抗壓設計強度,MPa;q為箱梁截面面積,m2;x為主梁鋼筋混凝土的套箍指標。根據相關規范以及橋梁實際情況,該橋梁現澆箱梁容許抗彎應力為20.15 MPa,容許抗剪應力為23.59 MPa,最大壓應力為26.45 MPa,將其作為依據,對橋梁箱梁力學性能進行檢驗。試驗隨機選取完成澆筑施工的10個箱梁,將每個箱梁實際數值代入到上述公式中,計算出抗拉應力、抗剪強度以及承載力,具體數據如表3所示。

表3 C匝道橋現澆箱梁力學性能 單位:MPa

從表3中數據可以看出,箱梁抗彎強度與抗剪強度均比較高,單個箱梁平均抗彎強度為51.26 MPa,平均抗剪強度為54.76 MPa,均大于容許抗彎應力與容許抗剪應力。并且箱梁承載力最大值僅為43.06 MPa,最小值為40.56 mm,符合規范需求。通過以上驗算說明該橋梁現澆箱梁具有較強的力學性能。為了進一步驗證施工方案的可靠性,對橋梁箱梁位移變形進行檢測,據相關規范規定,大跨度橋梁現澆箱梁位移變形量不應超過15.55 mm,將其作為檢驗依據,隨機選擇8個測點,在測點上安裝位移變形監測儀,每隔7 d統計一次箱梁位置變形數據,具體數據如表4所示。

表4 C匝道橋現澆箱梁位移變形情況 單位:mm

從表4中數據可以看出,C匝道橋現澆箱梁位移變形量比較小,最大變形值僅為0.17 mm,并且在施工完成后的第21 d開始,箱梁位移變形量沒有增長,穩定在0.11 mm左右,符合規范需求。因此本次試驗數據證明了,應用滿堂支架法對C匝道橋現澆箱梁施工,箱梁力學性能與位移變形方面均達到了質量要求,具有良好的施工效果。

4 結束語

此次結合相關文獻資料以及實際工程案例,對滿堂支架法在C匝道橋現澆箱梁施工中的應用進行了探究,并對應用效果進行了檢驗。但是由于此次研究時間有限,僅對施工工藝進行了研究,未涉及到施工安全控制和質量控制,在研究內容方面可能存在一些不足之處,今后會在施工質量控制與安全控制方面展開研究,為橋梁現澆箱梁施工提供有力的理論支撐。