合福鐵路銅陵長江大橋公路混凝土連續(xù)箱梁施工概述
2017-07-31
1 工程概況
合福鐵路銅陵長江大橋北岸公鐵合建段公路混凝土連續(xù)梁設(shè)計范圍為GK129+284.604～GK129+744.948、GK129+920.948～GK130+051.748，設(shè)計長度為591.144m（兩聯(lián)4×32.7m、兩聯(lián)5×32.7m連續(xù)梁），橋梁中心線位于曲線上。橋面全寬33.5m，分上、下游兩幅布置，單幅橋面寬16.5m，翼展寬4m，兩幅凈間距0.5m。
2 公路梁施工總體布置
2.1 施工特點
公路混凝土連續(xù)梁采用鋼管樁加貝雷梁的結(jié)構(gòu)形式施工。施工難點和特點是支架高，支架總高達(dá)50m；跨度大，32.7m梁僅用一跨支架，凈跨29m；主梁設(shè)置在曲線半徑為1500m的圓曲線上，橫坡最大3%，橋梁整體施工復(fù)雜。
2.2 支架結(jié)構(gòu)布置
支架具體結(jié)構(gòu)布置如圖1所示：雙層加強型貝雷梁橫向在箱梁腹板位置三排一組布置，其余位置為雙排一組布置，組與組之間采用型鋼聯(lián)結(jié)系連接。貝雷梁頂部鋪設(shè)型鋼分配梁，分配梁上布置底模平臺。側(cè)模及其桁架設(shè)置為縱向可滑移式單元結(jié)構(gòu)，以方便縱向拆卸和倒用，各單元之間采用螺栓連接，側(cè)?？蛇m應(yīng)箱梁截面的尺寸變化進行微調(diào)。鋼管立柱支承在鐵路墩帽以及鐵路簡支梁上，立柱之間采用鋼管聯(lián)結(jié)系連接，以方便拆裝倒用，立柱豎向采用法蘭連接。
2.3 支架安裝和拆卸
鋼管立柱采用φ1000×10mm型，為方便鋼管柱加工、拼裝及倒用，將鋼管柱分節(jié)并采用法蘭連接。分節(jié)后φ1000×10mm型鋼管柱單節(jié)最大重量約3.4t，鋼管立柱采用160t履帶吊機站位于地面進行吊裝，鋼管立柱支承于公路墩承臺上，鋼管立柱具體安裝要求如下：
① 檢查基礎(chǔ)預(yù)埋件數(shù)量、平面位置、標(biāo)高等是否與設(shè)計相符，根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)調(diào)整鋼管立柱高度和連接系尺寸。
② 鋼管柱連接系拼裝前需檢查其加工質(zhì)量，檢驗合格后方可投入使用。鋼管柱分節(jié)加工采用法蘭連接，須先在地面進行預(yù)拼，確保兩節(jié)鋼管軸線重合。
?、?鋼管立柱與基礎(chǔ)預(yù)埋件安裝對位誤差不得大于10mm，以縱橫兩個方向校正柱身垂直度，柱身傾斜度≤l/500且不大于20mm。
?、?連接系安裝隨立柱的安裝分層進行，確保鋼管安裝立柱整體穩(wěn)定性。柱間連接系在地面拼裝成整體后吊裝。
?、?柱間連接系應(yīng)安裝在鋼管中心線上，偏差不大于10mm。
2.4 支架上部結(jié)構(gòu)安裝
支架上部結(jié)構(gòu)主要由落架設(shè)備、橫向分配梁、縱梁、底模、外側(cè)模等組成。
2.4.1 落架設(shè)備（砂筒）安裝
?、?砂筒安裝時要保證位置與立柱的軸心相對。
?、?砂筒中采用經(jīng)篩選后的干燥細(xì)砂，以便筒塞卸落。
?、?砂筒使用前利用型鋼反力架及千斤頂進行預(yù)壓，預(yù)壓力250t。預(yù)壓后采用鋼筋將筒塞與筒體臨時焊接鎖定，同時用3#黃油將筒塞與筒體間隙密封，防止水進入砂筒內(nèi)造成砂子固結(jié)，不易清除而影響支架拆除。
2.4.2 橫梁、縱梁安裝
支架橫梁置于砂筒頂部，采用2HW488及2HN800型鋼。橫梁頂布置縱橋向雙層貝雷梁，每聯(lián)混凝土箱梁施工時均只吊裝左幅貝雷梁，左幅箱梁施工完畢后將貝雷梁連同底模平臺拖拉滑移至右幅。橫梁、縱梁安裝須滿足以下要求：
?、?橫梁安裝前需對砂筒平面位置及標(biāo)高進行復(fù)測檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整。
② 確保橫梁與砂筒頂面均緊密貼合，支架橫梁中心線須對準(zhǔn)砂筒中心，將間隙抄墊密實后采用焊接固定，防止受荷過程中產(chǎn)生位移、滑動等現(xiàn)象。
?、?貝雷梁布置支撐點位于貝雷桁片豎桿上，貝雷梁與樁頂分配梁之間利用限位裝置（角鋼焊接而成）將貝雷桁片鎖定。
3 支架結(jié)構(gòu)計算
使用結(jié)構(gòu)計算軟件建立支架整體計算模型對支架結(jié)構(gòu)進行計算，貝雷梁采用梁單元模擬，銷孔連接處釋放約束為鉸接；分配梁與貝雷梁、鋼管立柱之間的連接均采用彈性連接模擬（圖2）。計算參數(shù)考慮有：箱梁鋼筋混凝土自重、模板及支架自重、施工人員及機具、材料堆放荷載、傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載、振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載、風(fēng)荷載、材料力學(xué)性能等。Q235B鋼材容許彎曲應(yīng)力140MPa，剪應(yīng)力80MPa，臨時結(jié)構(gòu)可考慮提高1.2倍。
3.1 貝雷梁計算
貝雷梁桁架容許彎曲應(yīng)力取273MPa。
根據(jù)模型計算結(jié)果，貝雷梁桿件的最大應(yīng)力251MPa，貝雷梁桿件的容許應(yīng)力取273MPa，強度滿足要求。
貝雷梁的位移計算包含彈性及非彈性變形兩個部分。
彈性變形根據(jù)模型計算結(jié)果
非彈性變形暫根據(jù)經(jīng)驗公式計算
則貝雷梁主梁的撓度值為：
位移值偏大，箱梁施工時需采取措施，現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)靜載實驗結(jié)果在底模上設(shè)置預(yù)拱度抵消主梁撓度過大的影響。
3.2 分配梁計算
由于分配梁在不同橋垮的受力布置不同，根據(jù)受力情況分別予以計算知，分配梁允許組合應(yīng)力值為154MPa，分配梁最大組合應(yīng)力為172MPa，出現(xiàn)在懸臂端根部，由于是臨時結(jié)構(gòu)，可考慮允許應(yīng)力提高1.2倍，即允許應(yīng)力取值為185MPa，滿足要求。懸臂端允許最大位移為，滿足要求。
3.3 鋼管樁計算
由計算結(jié)果可得，鋼管立柱的最大應(yīng)力為80MPa，小于允許應(yīng)力值140MPa，立柱強度滿足要求，φ1000立柱底部的最大反力值為2426kN，滿足承載力要求。
4 支架靜載試驗 4.1 試驗的目的
?、?驗證支架的承載能力及結(jié)構(gòu)受力安全性。
?、?消除非彈性變形、實測支架施工荷載引起的彈性變形，為理論計算提供實驗數(shù)據(jù)支持。
4.2 試驗內(nèi)容及數(shù)據(jù)分析
選取N21#-20#墩跨支架做靜載試驗，待貝雷梁限位件及相鄰貝雷梁間連接系安裝完成后，安裝橫向分配梁，然后根據(jù)支架施工中實際所承受的受荷載來布置鋼材進行預(yù)壓。加載位置及荷載分布與梁體施工時的實際加載狀況相一致，均勻?qū)ΨQ分級進行，按總荷載的60%、100%、125%分三級加載。梁體混凝土按2.6t/m3計，預(yù)壓重量計算如下：
腹板位置：P1=2.1×2.6×125%=6.825t/m2（寬度以0.75m計）；
箱室位置：P2=（0.25+0.25）×2.6×125%=1.625t/m2；
翼緣位置：P3=（0.55+0.18）/2×2.6×125%=1.186t/m2。
支架預(yù)壓流程：設(shè)置沉降觀測點→分級加載預(yù)壓→進行沉降觀測→支架沉降穩(wěn)定→分級卸載→預(yù)壓成果分析→調(diào)整支架及模板標(biāo)高。
① 觀測點布置
貝雷梁主梁按設(shè)計圖紙拼裝完畢，測量人員布置好各部位的觀測點，并用油漆做上醒目標(biāo)記。觀測斷面布置在每跨主梁的L/2、L/4及端部，每個斷面五個觀測點。
?、?加載預(yù)壓程序
預(yù)壓加載模擬梁體混凝土澆筑過程，按0→60%→100%→125%荷載進行加載試驗。加載按照從中間向兩邊對稱加載，按照預(yù)壓段橫截面各部位荷載分布的比例進行布置。每級加載完成后靜置15min測量預(yù)壓觀測點的變化值。第三級加載后經(jīng)靜停30min開始分級卸載，并逐級觀測彈性變形值。
?、?卸載
卸載分三級進行，即125%→100%→60%→0荷載。卸載時，要測量記錄支架的彈性恢復(fù)情況，所有測量記錄資料均需及時整理分析，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)異常情況及時上報。
?、?觀測方法及數(shù)據(jù)整理分析
專職測量人員使用專用表格對每次測量數(shù)據(jù)進行詳細(xì)記錄，根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進行計算、分析、整理、修正，得出變形量。觀測設(shè)備采用高精度水平儀和毫米刻度尺。嚴(yán)格執(zhí)行測量范圍，保證測量的精度要求。
荷載影響變形計算：
總變形量=加載前的初始數(shù)據(jù)—滿載穩(wěn)定后的最終數(shù)據(jù)
非彈性變形量=加載前的初始讀數(shù)—空載穩(wěn)定后的最終讀數(shù)
彈性變形量=總變形量—非彈性變形量
4.3 試驗結(jié)果及預(yù)拱度設(shè)置
經(jīng)過試驗確定，支架的承載能力及結(jié)構(gòu)受力安全性滿足要求。預(yù)壓跨消除非彈性變形并實測支架施工荷載引起的彈性變形，分析結(jié)果如表1：
根據(jù)預(yù)壓結(jié)果整理單跨式雙層貝雷梁支架預(yù)拱度設(shè)置如下（預(yù)壓跨不計非彈性變形）：
其他未預(yù)壓單跨式雙層貝雷梁預(yù)拱度設(shè)置需要計算非彈性變形。
5 結(jié)語
混凝土澆筑完成（張拉壓漿結(jié)束）后測量成果表明，梁體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了設(shè)計意圖，梁體撓度嚴(yán)格控制在設(shè)計要求范圍以內(nèi)。銅陵長江大橋公路現(xiàn)澆梁鋼管樁支架法施工，采用大跨度支架，減少了支架拼裝工作，節(jié)約了工期。貝雷梁單組拼裝檢查后整體吊裝，一定程度上減少了高空支架拼裝作業(yè)，保證了支架質(zhì)量。通過靜載試驗驗證理論計算，為以后同類型施工方法提供了參考數(shù)據(jù)。大跨度鋼管樁支架法施工高空現(xiàn)澆梁具有多種優(yōu)勢，為高空現(xiàn)澆梁以后的施工積累了一定的經(jīng)驗。
參考文獻
[1] 江正榮，朱國梁.簡明施工計算手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.
[2] GB 50017，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].
[3] JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計規(guī)范[S].
