連續(xù)箱梁項目中懸臂現澆工藝與現澆支架工藝的對比分析

馬 騰

(中鐵二十二局集團第二工程有限公司,北京 100043)

某變截面連續(xù)箱梁為(37+65+37) m,箱梁頂部寬度為22.5 m,采用單箱三室設計。邊腹板為斜率1∶1的斜腹板,中腹板為豎直腹板,底部寬度為12～16 m。該箱梁原定施工方案采用懸臂現澆工藝。由于施工工期緊張,為了在限定工期內完成橋梁施工,計劃將原懸臂現澆工藝優(yōu)化為支架現澆工藝。為確保設計變更的合理性,從施工工藝、模板設計、結構受力特征、施工管理、施工進度及成本等方面對兩種方法進行對比,具體情況如下:

1 施工工藝對比

在施工工藝方面,對支架現澆法和懸臂現澆法進行全方位對比,比較結果如表1所示。

表1 兩種施工工藝特點比較Tab.1 Comparison of the characteristics of the two construction technologies

從表1可以看出,支架現澆工藝與懸臂現澆工藝有著明顯的不同,適用于不同工況,各有優(yōu)缺點,僅通過工藝對比無法確定變更施工方案是否可行,需結合具體施工節(jié)段劃分及施工步驟,從工期、費用等方面做進一步細化對比,以確定最優(yōu)的施工方案。

2 施工方案

2.1 支架現澆工藝方案

施工段劃分:采用支架現澆工藝,需將整個橋梁劃分成9個施工段,具體如圖1所示,其中A段為邊墩段,長度為16.25 m。B段、D段均為合龍段,長度為1.5 m。C段為主墩段,長度為29.7 m。E段為橋梁跨中線,長度為15.3 m。

單位:cm圖1 支架現澆工藝施工節(jié)段劃分Fig.1 Section division of support cast-in-place process construction

施工步驟:對支架基礎做換填夯實及硬化處理,搭設盤扣式鋼管架,均為直徑48 mm、壁厚3.5 mm的Q235B鋼管。支架立桿有3.0 m、2.4 m、1.8 m 3種,均按0.6 m縱向間距進行布置,橫向間距根據不同結構位置各有不同,翼檐下立桿橫向間距為0.9 m,箱室底部立桿橫向間距為0.5 m,腹板底部立桿橫向間距為0.3 m。橫桿有0.9 m、0.6 m、0.3 m 3種長度,按1.2 m豎向間距進行布置。頂托、底托均使用可調托撐。按照規(guī)范及計算書要求安裝掃地桿及剪刀撐。為保證受力均勻及支架穩(wěn)定,在架體下方橫向墊10 cm×12 cm的方木,在立桿底部安裝可調底托,以便進行立桿調整。支架搭設完成并經預壓合格后安裝箱梁內外模板,模板均選用木膠板,規(guī)格為長×寬×厚=122 cm×244 cm×1.5 cm。支架頂部順著橫橋方向按間距0.6 m安裝I14工字鋼,作為橫梁。在橫梁上順著橋梁縱向安裝10 cm×12 cm方木,作為次梁,箱梁底部的次梁間距為0.4 m,腹板底部的次梁間距為0.2 m。底模根據截面變化,按設計要求進行鋪裝,根椐梁體預拱度值及堆載預壓結果預留起拱值。底板和腹板鋼筋(包括波紋管)安裝后安裝內模,內部采用鋼筋三角撐配合腳手管支撐。模板驗收合格后進行鋼筋工程施工。具體順序如下:外側模安裝定位后綁扎底腹板鋼筋→布設預應力筋管道→安裝內模定位→安裝端?！壴敯邃摻睢裨O橋面附屬設施預埋件。進行混凝土澆筑工程:順橋向澆注時從跨中向墩頂方向澆注,澆注墩頂兩側各3 m左右范圍內梁段及橫隔梁,以防在澆注過程中墩頂位置出現豎向裂縫。橫橋向先澆筑中間腹板混凝土,再同步對稱澆筑兩側腹板混凝土,防止兩邊混凝土面高低懸殊,造成內模偏移或其他后果。當腹板槽灌平后,開始澆筑橋面板混凝土。橋面混凝土從中間向兩側連續(xù)分段澆筑,每段2 m,以利表面收漿抹面。

2.2 懸臂現澆工藝方案

施工段劃分:采用懸臂現澆工藝需將橋梁劃分成27個施工段,如圖2所示。邊跨分段長度為7.6 m,0#段長度為9 m,合龍段長度為2 m,其他施工段長度分別為3.5 m、4 m。

橋段;單位:cm圖2 懸臂現澆工藝施工段劃分Fig.2 Division of cantilever cast-in-place process construction section

施工步驟:0#段采用托架法施工,在縱橋向墩身兩側布設托架。托架安裝過程分位4個階段,即預埋件埋設、墩身混凝土澆筑、三角托架安裝、三角托架上部結構安裝,安裝后進行預壓檢驗其承載能力,消除非彈性變形并獲得彈性變形數據以指導施工。其他懸臂節(jié)段使用兩套菱形掛籃懸臂進行對稱施工。0#塊施工完成后進行掛籃懸澆施工,主要分為掛籃拼裝、掛籃預壓、掛籃懸澆、掛籃移動等主要工序。懸臂段施工無論進行何種施工,都要堅持對稱平衡作業(yè),以保持懸臂端的穩(wěn)定性,隨時注意觀察可能出現的不平衡因素,及時避免。線型控制工作貫穿于懸澆施工過程,應嚴格進行監(jiān)測并根據實際情況調整。邊跨采取支架法進行現澆施工,合龍段采取掛籃法施工。為避免合龍段施工引起的剛構撓度變化而造成合龍精度不滿足設計要求或混凝土開裂,施工時要合理壓重,重量按合龍段重量的1/2配置。合龍時,將兩側壓重隨澆筑混凝土同步撤除。

2.3 工期對比

工期耗時長短是反映工藝方案施工效率及適用性的重要指標,因此對兩種方案的實際工期進行對比,具體如表2所示。

表2 兩種工藝方案工期對比Tab.2 Comparison of the duration of the two process schemes

從表2可以看出,采取支架現澆工藝方案總工期為72 d,遠低于懸臂現澆工藝方案的145 d。說明支架現澆工藝方案工期更短,滿足該項目工期調整的目標。

2.4 費用對比

工程費用是驗證兩種工藝方案應用經濟性的關鍵指標,根據兩種方案的實際工程量計算工程費用,并進行對比,具體如表3所示。

表3 兩種方案費用對比Tab.3 Comparison of the cost of the two options

從表3可以看出,若采取支架現澆工藝方案,總工程費用為181.4萬元,遠低于懸臂現澆工藝方案的278.8萬元。說明支架現澆工藝方案經濟性更好,能顯著節(jié)約項目成本。

2.5 結構受力比較

結構內力及應力是驗證主橋穩(wěn)定性及安全性的兩個關鍵指標,利用橋梁博士3.6版對該箱梁進行建模,將主橋分為134個單元,分別計算支架現澆工藝方案與懸臂現澆工藝方案橋梁的內力及應力情況,具體如表4、表5所示。

表4 主要內力指標對比Tab.4 Comparison of main internal force index (kN/m)

通過表4、表5對比結果可以發(fā)現,兩種施工方法在主要內力及應力指標上存在一定差異。采用支架現澆施工,中支點上負彎矩較小,而邊跨和中跨的跨中下緣正彎矩較大。這是因為梁體得到支架的支持及承載,使整個結構處于超靜定狀態(tài),有多余的支撐力。腹板處預應力束使用通長鋼束,且跨中下彎的鋼束較多,能夠給跨中提供更多抗力。此外,在懸臂的末端設置加強立柱,可增強結構穩(wěn)定性。因此在支架現澆施工中,懸臂結構同時存在正彎矩和負彎矩。

采用懸臂現澆工藝方案時,懸臂段主要承受負彎矩。因懸澆階段比較多,再加上頂板處及腹板處的預應力束根據負彎矩進行布置,具有更高的預應力效率,能夠給中支點上緣提供更多的抗力,所以均始終承受負彎矩。

就應力而言,支架現澆工藝方案施工分段較少,便于設置通長鋼束,相同工程量下,最小應力富余量較大。而懸臂現澆工藝方案施工分段比較多,預應力鋼束布置較復雜,橋梁受力更為復雜。

由此可見,支架現澆工藝方案結構受力簡單明了,便于控制應力指標。相比懸臂現澆工藝方案,支架現澆工藝方案更適合該箱梁項目。

3 結束語

通過對比支架現澆工藝方案與懸臂現澆工藝方案的施工工藝、結構受力、工期、費用等,證明支架現澆工藝不僅便于項目質量控制,還能降低施工難度,經濟效益更好,工期更短。