圆柱墩现浇箱梁抱箍支架法及整体落架施工关键技术

胡龙泳, 何良玉, 刘 志, 刘国明, 伍志坚

(湖北交通投资集团有限公司,湖北 武汉 430050)

0 引 言

随着经济高速发展,国家在大力投资交通领域工程建设。截至2021年末,国家高速公路里程为117 000km,全国公路桥梁96.11万座、7 380.21万延米,越来越多新建项目投入到山区、高原等交通不便的地方。山区地形复杂,沟壑纵横,桥梁建造难度大,安全风险高。当前,常规桥梁施工标准化程度高,多采用30m、40m预制T梁或小箱梁架设施工,工艺成熟且造价经济[1],对于曲率半径较小的弯桥(如匝道桥)、跨河、跨路及特殊跨径的中小桥,一般采用满堂支架现浇[2-5]施工。但山区地形陡峭,地质复杂,采用支架现浇法对地基承载力有较高要求,且支架拆除安全风险大。相比之下,抱箍支架法节约材料,施工便捷,尤其适用于墩高梁轻、地形复杂或地质特殊的山区桥梁。[6-8]

本文以鄂西北山区某新建高速公路匝道桥为背景,介绍一种桥梁双抱箍复合支架现浇施工方法,辅之支架模板整体落架工艺,具有临时设施材料用料省、施工效率高、安全风险低等特点,对山区桥梁现浇施工具有借鉴意义。

1 工程概况

某高速公路枢纽互通B匝道桥全长439.03m,现浇箱梁跨径布置为6×19.6m+6×19.6m+4×20m+3×40m,共4联。上部结构采用普通钢筋混凝土连续现浇箱梁,19.6m与20m跨径为单箱双室断面,标准段箱梁顶宽10.5m,底宽6.5m,悬臂长2.0m,高1.4m,为最大跨径的1/14;40m跨径为单箱双室断面,标准段箱梁顶宽10.5m,底宽6.5m,悬臂长2.0m,高度2.1m。

2 抱箍支架及整体落架设计与计算

2.1 支架设计与计算

B匝道桥第一、二联采用抱箍型钢支架,第三、四联采用抱箍贝雷支架。本文以第三联4×20m现浇箱梁为例,如图1所示,支架跨径为17.8m,每一联的边跨边墩采用P630×10mm钢管立柱支撑,中间墩均安装抱箍支撑;枕头梁采用双拼H700×300型钢,主梁采用321型贝雷主梁,主梁在枕头梁处增设I12.6工字钢加强立杆,分配梁采用I25工字钢,沿顺桥向按贝雷梁节点(80+2×70+80)cm间距布置,分配梁上横桥向按30cm(腹板区加密至15cm)间距布置10×10cm方木后布设模板。

图1 第三联抱箍贝雷支架设计图

2.1.1 材料参数

钢材采用Q345和Q235钢,根据相关规范,Q345钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值[σ]=305MPa,弹性模量E=2.1×105MPa;Q235钢抗拉、抗压强度设计值[σ]=215MPa,弹性模量E=2.1×105MPa。贝雷梁采用321型贝雷梁支架。

2.1.2 荷载及荷载组合

第三联型钢贝雷支架采用有限元软件建模,如图2所示。荷载考虑如下:①自重(支架、模板);②人群与施工机具荷载;③混凝土荷载。其中,混凝土荷载根据箱梁典型断面,按照荷载集度分布图(图3),施加梁单元荷载。

图2 支架计算模型

图3 箱梁混凝土荷载集度分布图

根据《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ162—2008),荷载组合分应力荷载组合和位移荷载组合,荷载按照最不利荷载考虑。应力荷载组合:1.2×①+1.4×②+1.2×③;位移荷载组合:1.0×①+1.0×②+1.0×③。

2.1.3 支架结构验算

根据如上计算,支架有限元分析计算结果见表1,各构件应力小于对应钢材的设计值,强度满足要求;贝雷支架最大相对位移为39mm,小于L/400=18 000/400=45mm,变形满足要求;根据屈曲分析结果,临界荷载系数为13,整体稳定性满足要求。

表1 贝雷支架各构件计算结果汇总表

2.2 抱箍设计与计算

图4 主抱箍平面布置图

抱箍需承受竖向压力,偏安全的取N 值为2 000kN,按照最不利原则,全部由高强螺栓的抗剪力承担,采用允许应力法[9]验算高强螺栓抗剪承载力如下:M30螺栓允许承载力[NL]=P*μ*n/K,式中,P为高强螺栓的预拉力,取355kN;μ为摩擦系数,取0.3;n为传力摩擦面数,取1;K为安全系数,取1.3。故[NL]=82kN。螺栓需求数m=N/[NL]=2000/82=25个,故主抱箍48个高强螺栓满足要求。

2.3 整体落架工装设计与计算

图5 精轧螺纹钢分析计算

3 关键施工技术与操作要点

抱箍支架搭设施工与常规满堂支架施工类似,且操作更加便捷,其详细流程在此不做赘述,本节仅对搭设施工及支架整体落架过程中的关键技术进行阐述。

(1) 试拼。抱箍安装前,要严格检查抱箍尺寸、焊缝质量等,尤其内径偏差,且应进行试拼。

(2) 承载力试验。正式施工前,随机调选2组抱箍安装在同一根墩柱上,根据试验用千斤顶尺寸确定二者间距;抱箍与墩柱之间设置一层橡胶垫,每组抱箍用48个10.9级M30高强螺栓连接牢固,采用定矩扭力扳手两边对称拧紧螺栓,扭力值为1 385N·m;安装完成后同时打开两台油泵进油阀,分7级(10%,20%,30%,40%,60%,80%,100%)施加荷载。分别记录各个分级荷载下抱箍的温度、位移、上下抱箍间距。验证抱箍承载力满足设计要求后,方可正式开始施工。

(3) 抱箍升温处理。温度对抱箍承载力有着较大的影响,随着温度的升高,抱箍由于钢材良好的热胀冷缩性能,会导致抱箍的承载力逐渐下降,故抱箍高强螺栓终拧前,可预先对抱箍进行升温处理。

(4) 抱箍位移观测。抱箍安装完成时,应精确控制安装精度;安装完成后,应及时布设位移观测点,高度不高时,可采用与上述试验时相同位移观测方法;墩柱较高时,应布设测量反光贴,并进行全过程位移监测。在支架模板安装、预压、浇筑施工及温度梯度较大时,应加强位移监测。

(5) 支架整体落架工艺。操作流程在上文2.3中已有描述,需要补充的是,如现浇箱梁单跨跨径较大,可适当对称增加卸落预埋点;在支架整体卸落时,应保证多点同步;卸落后,要及时对预留孔洞进行封堵。

4 结束语

本文以山区某新建高速公路匝道桥为背景,对抱箍支架及整体落架的设计进行了计算分析,各参数均满足要求,且安全储备较高;阐述了抱箍支架搭设施工和支架整体落架工艺的关键技术。工程实践表明,该施工方法安全可靠,可有效解决山区桥梁施工中地形陡峭、地质复杂的问题,避免了软基处理,同时可节约施工成本,缩短施工周期,对同类桥梁施工具有一定的参考和借鉴意义。