何国东
中铁科学研究院有限公司
马王黔江特大桥0#段托架设计与施工
何国东
中铁科学研究院有限公司
以马王黔江特大桥为背景,介绍了高墩、大跨连续刚构0#段托架的设计、施工,对类似桥梁施工有一定的参考价值。
连续刚构;0#段;托架;设计;施工
柳州至武宣公路工程马王黔江特大桥全长1410.4m,主桥采用91.2m+2×160m+91.2m连续刚构,桥梁分左右幅,单幅桥面宽15m,主墩下部采用双肢薄壁桥墩,群桩基础;0#段为单箱单室断面,其中箱梁底宽8m,箱梁顶宽15m,最高处梁高9.6m,两侧翼缘板宽3.5m,箱梁顶面距离承台最高达51.6m;0#段总长14m,其中双肢薄壁墩之间4.4m,墩两侧外伸3m;0#段采用C60砼,砼方量为579.4m3。
目前,连续刚构0#段施工主要有落地式支架和悬臂式托架两种方案。由于此桥几个主墩均位于黔江主河道中,汛期水位高、流速及流量大,而且梁底距离承台最高达42m,采用落地式支架方案会面临施工困难、汛期安全风险大、不经济等不利因素。悬臂式托架通过预埋在墩身中的型钢构件,上铺横、纵分配梁及模板组成受力结构,施工简便,受力明确,不受汛期洪水制约,经济效益优势明显,故此桥采用悬臂式托架进行主墩0#段施工。
主桥连续刚构0#段采用托架现浇混凝土法施工,托架采用在墩身内预埋钢板及纵向Ⅰ63a工字钢牛腿,在牛腿上横向铺设I40a工字钢横梁(底板倒角处为2I40a工字钢横梁),其上顺桥向布设I28a工字钢作为纵梁,然后在I28a工字钢上安装底模。I28a和I40a工字钢之间焊接[]10槽钢钢盒作为卸架。纵向Ⅰ63a工字钢下焊接I40a工字钢斜撑。托架平台四周设置栏杆并预留足够的空间设置施工作业平台。
图10 #段托架布置图
0#段钢筋混凝土容重26KN/m3,钢模板及箱室内支架自重5KN/m2,施工人员及设备2.5KN/m2,倾倒混凝土产生的荷载2KN/m2,震捣混凝土产生的荷载2KN/m2。
根据托架实际受力情况,利用MIDAS Civil建立结构分析模型。模型中所有单元均采用梁单元,其中I63a工字钢纵梁与墩身交接处采用刚接,I40a工字钢斜撑与纵梁及钢板的焊接位置采用刚接,I40a工字钢横梁、I63a工字钢纵梁之间的连接采用弹性连接中的刚性连接。施工方案中0#段混凝土分2次浇筑,但在托架力学检算中按一次浇筑进行荷载加载。(见图2、图3所示)
表1 托架强度计算结果
通过计算,各类杆件的最大应力均小于容许应力188.5MPa,满足强度要求。
(1)预埋型钢、钢板及锚固钢筋严格按设计尺寸下料,墩身施工到设计预埋位置时精确预埋。
(2)在墩身施工到预埋钢板、I63a工字钢设计标高时,利用塔吊和墩身模板上的工作平台安装钢板和型钢。
(3)预埋钢板与墩身模板之间安装2cm厚的硬质泡膜板,拆模后形成凹槽,便于拆除托架时切割和修补墩身表面。
(4)预埋型钢下铺设3层钢筋网片,防止预埋的I63a工字钢压坏墩身砼。
(5)托架预压前必须对所有焊缝进行探伤检查,确保焊接质量。
施工承台时在设计位置预埋20根长度为4m的φ32的精轧螺纹钢,待0#段托架施工完毕后,在托架顶部I40a横向工字钢和承台φ32精轧螺纹钢上安装I28a工字钢分配梁,然后用7φs15.2钢绞线连接上下分配梁。
图2 薄壁双肢墩外侧托架应力图
图3 薄壁双肢墩内侧托架应力图
图4 预压装置布置图
图5 预压装置细部构造图(正面、侧面)
预压时采用10台200吨千斤顶,千斤顶及张拉作业人员在托架上操作,分别按0#段自重的10%、80%、100%、120%四种工况进行张拉作业。
根据计算中的最不利荷载布置观测点。加载过程中,荷载达到10%、80%、100%、120%时各观测一次,加载完成后的第一天按每4小时观测一次,第二天按每12小时观测一次,其它时间每24小时观测一次。根据观测结果,托架变形稳定后开始卸载。
(1)在整个托架全面检查验收合格后方能进行加载工作。(2)加载应对称进行,严禁非平衡加载。
(3)各阶段的预压荷载须由专业技术人员仔细计算,加载时安排专人记录。
(4)预压加载过程中,要在预压负责人及专业技术人员的统一组织和指挥下进行各项工作。
(5)卸载应对称缓慢进行,防止单边操作使托架横断面受力不均。
(6)托架卸载后,根据加载后托架变形量,设置底模预拱度,调整底模标高。
连续刚构由于设计方法成熟、造价相对较低,其广泛应用于高速公路和市政工程。0#段施工为连续刚构桥梁施工的重难点,采用悬臂托架作为0#段施工支架,具有不受墩高、洪水等因素制约的特点,可供同类型桥梁0#段施工进行参考。
[1]周水兴.路桥施工计算手册.人民交通出版社.
[2]江正荣.建筑施工计算手册.中国建筑工业出版社.