跨堤桥现浇梁支架施工技术及安全性研究
时间：2023-06-21 13:50:06 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
邹森，逄海洋，杨双全 （中国建筑第八工程局有限公司上海分公司，上海 200125）
在基础建设日新月异的今天，现浇梁的形式与安全得到了专家学者的关注[1-2]。由于不同的环境因素，对现浇梁的施工影响极大，桥梁的质量也因此出现安全隐患[3-5]。为保证桥梁施工质量，本文以颍河大桥主桥为例，对跨堤桥现浇梁进行施工及支护设计，并采用Al⁃tair hypermesh联合有限元ANSYS软件，对该跨堤桥现浇梁支架进行计算，从而确定其安全性，为实际工程提供理论指导。
颍河大桥，跨堤桥采用50m+60m+50m三跨等截面现浇箱梁结构，堤内引桥采用40m预制组合T梁，堤外引桥采用30m预制组合T梁结构，桥梁全长1832m。28#～31#墩设计为三跨160m现浇简支箱梁，桥式布置情况如图1所示。
图1 现浇简支箱梁桥式布置图
现浇梁高3.5m，单幅单箱结构，底板宽6.0m，底板厚30cm，顶板单幅全宽13.5m，顶板厚30cm，悬臂2.75m。
2.1 支架结构设计
选择钢管贝雷落地支架作为现浇箱梁支架形式，并采用钢管桩基础，支架上部结构自上而下依次为I10分配梁、贝雷桁片、2H40承重梁、630mm×10mm钢管立柱。
①贝雷支架边支墩直接放置在承台上，中支墩放置在扩大基础上。扩大基础采用C30混凝土，尺寸为28.5m(横桥向)×2m(顺桥向)×1m(高)。通过换填碾压等处理后地基承载力不小于250kPa，扩大基础设置在处理后土层上，其余各跨扩大基础底面在原土标高以下。
②承台及扩大基础顶面，钢管立柱位置预埋700mm×700mm×20mm钢板，每块预埋板采用8根Φ25mm锚筋埋入承台及扩大基础内。
③钢管立柱采用Φ630×10mm钢管，每排钢管长度根据贝雷梁底至承台或钢管桩入土深度确定。每排4根钢管，立柱之间设置一道[20槽钢平联。放置在承台上的钢管立柱，沿竖向每隔2m与墩身用[20槽钢进行连接。
④将承载力≥120t的卸架砂箱放置于钢管立柱的顶部，二者间应采取措施稳定连接。
⑤贝雷梁底选择长度为30.5m的双拼I40a为其大横梁，上部采用楔形块体，二者之间通过尺寸较小的型钢进行焊接。
⑥在横向上，一共布置22榀贝雷梁，通过布置的间距设定2榀/组（或3榀/组）进行吊装，严格按要求放置。
⑦为确保支架整体处于稳定状态，通过U型螺栓将贝雷梁和大横梁之间接触的位置进行加固。
⑧贝雷梁上选择长度为30.5m的I10工字钢做为横向分配梁，顺桥向间距为0.5m（调整后间距不大于1m）。
2.2 支架搭设施工
现浇箱梁支架搭设从陆上逐孔搭设，陆上支架采用汽车吊搭设，水中支架采用80t履带吊搭设，在支架施工时，应选择吊装重量约为14.2t的DZ-150振桩锤，利用现有的墩侧平台进行钢管桩施工，80t履带吊在15m吊装幅度以内最小额定吊重为15.7t>14.2t，满足施工要求。后续钢管桩搭设贝雷桁架最大重量不超过4t，汽车吊可以在栈桥或墩侧平台上进行支架搭设。
①钢管桩施工插打
通过悬臂导向支架确定钢管桩位置，测量后桩位与桩之间的垂直度符合标准后，利用振桩锤将桩振入地下，在此期间需要不断地检测桩位与桩的垂直度，保证出现偏差可以及时纠正。在桩下沉到一定深度后，出现下沉速度缓慢或下沉较为困难时，应增加振动频率或增加配重。
②钢管桩接长施工
根据钢管底板及钢管立柱顶的标高，后场下料加工立柱。钢管的前后场接长全部通过对接焊接形式相连，其外侧部分焊接6块尺寸为300mm×150mm×12mm的连接板。
③平联和斜撑施工
在后场按照设计加工平联和斜撑，在现场采用履带吊逐跨施工。在平联吊装前，需通过图纸来确定平联标高的位置，在施工时，应按照要求严格控制平联与钢管及斜撑之间的焊缝质量与厚度。
④承重梁、贝雷梁施工
承重梁有贝雷梁和双拼I40a型钢两种，均通过履带分节吊装在栈桥上。在安装承重梁前，应现场切割桩顶的槽口，需安排施工人员测量各个位置桩顶槽口的标高，此时需严格控制所切割槽口的标高，槽口割完以后，焊接牛腿。贝雷梁每12m或者9m一节在岸上组拼完成后，用花架连成整体，使用板车运至施工现场，人工配合履带吊起吊安装。贝雷梁通过限位器分别与分配梁和承重梁连接成整体，与分配梁限位器采用[10型钢，分配梁与限位型钢焊接固定。分配梁与模板之间设置调高垫块，既作为支架高程的调节装置，又作为模板拆除时的落模装置。贝雷梁底部限位采用[10槽钢做成的限位装置将贝雷梁和承重梁连成整体，限位和承重梁之间满焊，角焊缝厚度不小于8mm。
⑤分配梁施工
分配梁与贝雷梁之间采用“U”型螺栓相连，且按照设计间距摆放完成后及时焊接限位装置。
2.3 支架预压施工
为保证支架系统具有足够的安全性及承载能力，应在上述施工过程结束后，对支架进行预压。支架预压采用混凝土预制块预压的方式，堆载位置为箱梁腹板、底板及翼缘板。堆载荷载为预压范围内支架所承受最大施工荷载的1.1倍，共分为3级进行，加载比例分别为60%、100%、110%。纵桥向应在分配梁顶端、支架的跨径为1/4、1/2、3/4等截面位置布置测点，横桥向布置5个观测点。
2.4 支座安装
现浇箱梁采用QZ7000SX、QZ7000DX、QZ15000SX、QZ15000DX、QZ15000GD型球型支座。通过地脚螺栓将支座与箱梁底面以及桥墩顶面之间连接，在安装前应用丙酮或酒精清理各滑移面及支座其它构件。为保证支座的质量，其标高及水平应符合要求。支座处梁底应严格调平，消除受纵坡影响的高差。
2.5 模板施工
模板均在专业加工厂分块加工制造，运输至现场拼装成型。模板在现场分部位分段组装，然后分别吊装形成整体。模板应严格按照设计图纸进行制作，检查验收合格后方可使用。模板在安装过程中需与梁体结构钢筋、预应力钢束安装等工序交叉作业，其基本安装顺序为底模→外模→内模→端模。模板拆除时遵循先支后拆、后支先拆的原则依次进行。梁体外模及顶板底模等承重模板拆除应在纵向预应力张拉完成后进行，端模及腹板内侧模等非承重侧模板应在混凝土强度能保证其表面及棱角不致因拆模而受损坏时方可拆除，一般应在混凝土抗压强度达到2.5MPa时拆除。拆除模板时，注意保护梁体混凝土，防止损毁或碰伤混凝土。内模材料经箱梁顶板预留的施工人孔转出，待模板拆除后，焊接割断的钢筋，重新补浇混凝土。
2.6 钢筋与混凝土施工
箱梁钢筋绑扎顺序为底板钢筋绑扎→底板预应力管道安装→腹板及隔墙钢筋绑扎→腹板预应力管道安装→内模安装→顶板及翼缘板钢筋绑扎。钢筋绑扎应横平顺直、间距均匀，并按设计要求施工。无特殊说明，箍筋应垂直于主筋，应纵向将箍筋弯钩迭合的位置交错布置在梁中。钢筋间交错的位置应通过直径在0.7mm～2.0mm 范围内的铁丝固定，在必要时，可以通过点焊将其焊牢。为避免模板紧贴钢筋，应采用垫块将模板与钢筋隔离，采用强度高于C50的混凝土制作垫块，垫块按照梅花形放置在钢筋与模板中，在结构或构件侧面和底面每平米应布置大于等于4个垫块，其他位置按需增加数量。混凝土垫块表面需要处理干净，与用于外部结构的混凝土颜色保持一致，需要牢固地固定在钢筋与模板之间。
两台汽车泵从箱梁的两端向中间浇筑箱梁混凝土时，需采用斜向分段、水平分层并且左右对称的方式，其倾角应在30°～45°之间，斜向分段的长度保证在4m～5m之间，水平分层的厚度在30cm以内，保证先后浇筑的两层混凝土之间的时间间隔在初凝时间以内。竖向浇筑顺序为底板倒角→底板→腹板→顶板→翼缘板。
2.7 支架拆除
在梁体预应力施工完成后方可进行支架拆除。拆除应按照“从梁体跨中向梁端”的顺序和“纵桥向对称均衡、横桥向基本同步”原则分阶段循环进行落架。预应力施工完成后支架拆除，将楔形垫块拆除，利用模板自重，使底模脱离混凝土进行拆除。拆除按照由上往下的顺序依次拆除底模、I10分配梁、贝雷片、2H400钢承重梁、Ф630×10mm钢管支架及预埋件，利用汽车吊将构件拆除至地面。拆除贝雷片上弦杆限位与分配梁间的限位连接，利用汽车吊整体吊装至运输平板车上。割除贝雷片与承重梁上的［10限位器，利用汽车吊整体吊装至运输平板车上。支架拆除前，拆除墩身及承台与钢管之间的所有连接，利用汽车吊整体吊装至运输平板车上。
3.1 有限元模型建立
现浇箱梁支架结构采用Altair hy⁃permesh联合ANSYS程序进行计算，现浇箱梁临时支架结构中钢铁材料只有两种为Q235a和Q345b（16Mn）。Q235a杨氏模量取200GPa，泊松比取0.3；
Q345b（16Mn）杨氏模量取210GPa，泊松比取0.3；
密度均为7.85g/cm³。分别将Q345b（16Mn）材料属性赋予贝雷梁，将Q235a材料属性赋予钢管立柱、分配梁、承重梁及平联连接件。钢管立柱以及钢管平联结构边界条件设置为固定端，单独计算分配梁、承重梁、贝雷梁时与整体结构连接位置处设置简支约束条件。贝雷梁建模过程中完全按照贝雷片标准连接自由度建立贝雷梁模型。有限元模型如图2所示。
图2 有限元模型
3.2 现浇简支箱梁支架安全性验算
①钢管立柱验算
如图3所示，钢管立柱最大vonMis⁃es 应力145.8MPa<215MPa，最大剪应力 72.69MPa<125MPa，最大变形12.5mm 图3 钢管立柱受力图 ②钢管平联及斜撑验算 如图4所示，钢管平联及斜撑最大vonMises应力73.9MPa<215MPa，最大剪应力34.3MPa<125MPa，满足施工和规范要求。 图4 钢管平联及斜撑受力图 ③承重梁验算 如图5所示，承重梁最大vonMises应力 140.8MPa<215MPa，最大剪应力59.85MPa<125MPa，满足施工和规范要求。 图5 承重梁受力图 ④贝雷梁验算 如图6所示，贝雷梁最大vonMises应力 59.21MPa<310MPa，贝雷梁最大剪应力为 21.75Pa<180MPa，满足施工和规范要求。 图6 贝雷梁受力图 ⑤分配梁验算 如图7所示，分配梁最大vonMises应力 90.39MPa<215MPa，最大剪应力为 37.25MPa<125MPa，最大变形为0.3778mm 图7 分配梁受力图 本文以颍河大桥的跨堤桥为工程背景，研究现浇梁结构的施工技术及安全性，经有限元数值建模计算可知，现浇梁结构的安全性能满足要求。经计算，支架安全可靠，钢管立柱安全系数为1.5，平联及斜撑安全系数为2.9，承重梁安全系数为1.52，贝雷梁安全系数为3.5，分配梁安全系数为2.38，符合现浇简支箱梁支架安全系数大于1.4的施工要求，为桥梁现浇梁施工及安全性验算提供一定的参考依据。
