赵家妹 江 皓 王宇亮

1 工程概况

京福高速公路东排高架桥位于黎川县熊村镇东排村东北约700 m处,跨越两山间谷地,地处丘岗冲蚀谷地,呈“U”形。全桥处在半径为900 m的平曲线内,桥长157 m,全桥五孔一联,桥型采用5×30 m预应力混凝土先简支后连续T梁。最高墩高为34 m,设计盖梁共8个,每个盖梁所需混凝土35.7 m3。盖梁结构大样如图1所示。

2 施工工艺及流程

2.1 施工工艺

穿杠法施工盖梁是靠穿在墩柱预留孔内的实心圆钢作为盖梁模型、盖梁混凝土实体等的主要承载构件。浇筑墩柱时在每个墩柱计算高度的纵桥向预留钢管作为预留孔洞,待墩柱施工完毕后,在预留孔内穿实心圆钢,外套支承铁块并用螺丝帽扣紧。支承铁上横桥向在墩柱两侧各设工字钢一根作为承重梁,工字钢上布设方木作为分配梁,以支承模型体系。

2.2 施工流程

施工准备→抄平定点预留孔洞→穿实心圆钢→套支承铁→扣紧螺栓→安装工字钢、方木支撑构件→安装模型→调整标高→浇筑混凝土→养护混凝土达到规定强度→拆除侧模→拆除底模支撑系统、卸载→拆除工字钢、圆钢等→封堵预留孔。

3 设计过程

3.1 设计荷载

根据《公路桥涵设计规范》,查得钢筋混凝土容重γ=26 kN/m3,则东排高架桥每个桥墩盖梁荷载计算过程如下:

3.2 方木分配梁设计

盖梁底用方木作为分配梁承受模板的面荷载,设计取20 cm×15 cm方木,间距为0.5 m,布置方式为短边水平,长边竖直。则每根方木承受面荷载转化为均布线荷载为:

其力学模型简化为两边铰支的简支梁,如图2所示,则:

3.3 工字钢设计

方木分配梁底采用两根Ⅰ45a承重,则每根工字钢承受荷载换算为均布线荷载为

其力学模型简化为三跨双悬臂连续梁,简化图如图3所示。

工字钢弯曲应力分布如图4所示。

工字钢挠度采用叠加法进行计算:

BD,DE,AB跨单独分布有均布荷载q时C点挠度分别为yC1,yC2,yC3,所以,C点总的挠度为:

由于计算时未考虑盖梁两端截面变小的荷载,实际弯矩和变形都小于计算值,因此计算值偏于保守,故Ⅰ45a工字钢能满足施工要求。

3.4 实心圆钢设计

实心圆钢及支承铁结构的支承铁与墩柱紧密贴合,荷载通过支承铁传递至实心圆钢,实心圆钢在这种情况下可忽略弯曲视为纯剪切受力。实心圆钢采用φ 60 mm的圆钢(实心圆钢宜选用16Mn钢加工)。

作用于每块支承铁上的荷载:

实心圆钢横截面面积:

4 施工过程及施工要点

1)孔道预留。墩柱浇筑时将直径为70 mm钢管封口后,沿顺桥向预先埋入混凝土。其预埋位置应根据盖梁支承系统结构高度确定(即:预埋管中心位置=墩柱设计标高-盖梁底模高度-分布方木高度-楔形块高度-工字钢高度-支承铁中心至其顶面高度)。在确定预埋管位置时应至少考虑80 mm～100 mm木楔高度,楔形块下垫方木,在盖梁混凝土达到强度拆除模型时打开木楔方木下落,以此作为卸脱模的空间。埋入混凝土中的钢管常会因倾倒混凝土或振捣混凝土而浮起或倾斜改变位置,因此在预埋时除将管口用泡沫等物堵塞,胶带裹封外,还应该用铁丝将预埋管端部与墩柱钢筋绑扎牢固,同时应注意将预埋管置于两根主筋之间用垫块将其挤紧。当混凝土浇筑至预埋管位置时,应减少倾倒冲击力,避免振捣棒碰撞预埋管,确保其位置准确。

2)紧扣螺栓。实心圆钢露出墩柱部分套好支承铁后应紧扣螺丝帽,使支承铁与墩柱紧密贴合,以免支撑铁窜动碰撞墩柱伤及混凝土外观,而且支承铁与墩柱贴合越紧密对实心圆钢受力越有利,即在没有空隙的情况下,实心钢所承受弯曲应力接近于零。支承铁与墩柱相贴面宜加工成弧形,弧形接触面不仅不易损伤墩柱而且圆钢螺丝帽套紧后,在其承受偏压的同时可产生摩擦力以抵抗弯曲,有利于结构的受力。

3)对拉工字钢。工字钢纵梁搁置在两块支承铁上时,若不对拉固定,不仅施工安全没有保障,而且形不成整体受力结构。因此,对于两片工字钢纵梁,必须用钢拉杆对拉固定在墩柱上。拉杆的布置间距为墩柱间设3根,悬臂段设2根。墩柱与纵梁间加衬垫,以保护相接柱面。

4)预留孔封堵。盖梁施工完成后,拆除底模、工字钢、圆钢等后,对预留孔道封堵,封堵孔工作宜成批逐段进行,不宜逐个进行。直径60 mm～70 mm预留孔对墩柱的受力几乎没有影响,但从确保墩柱钢筋使用寿命,保证结构外观质量而言,预留孔的封堵工作也相当重要。我们采用人工压入塑性水泥浆封堵孔,要求水泥浆必须经过试验配制,保证其终凝后的颜色必须与墩柱颜色一致。水泥浆中宜加入适量减水剂和膨胀剂。

5 几点体会及建议

1)通过对该工程施工,掌握了穿杠法施工盖梁的施工方法。同时在施工中应严格按照设计及规范要求选用材料,科学组织施工,严格工序检查,严把质量关,才能达到预期的目的。2)在高墩上使用穿杠法施工,可以明显的节约材料和提高施工效率。施工材料的减少,相应的搭、拆、运等费用也减少,无疑也节约了成本。3)墩顶穿杠法托架用钢量比落地支架少,堆料占地面积也少,桥墩处不见落地支架,工地上宽敞,进一步显示了文明施工的场面。4)用墩身代替落地支架承受全部荷载,刚度大、强度高、稳定性好、施工时安全可靠。5)桥墩上方的预留孔洞,完工后再堵洞时,表面色泽较难一致,多少会留下堵洞痕迹,影响外观。故在施工后,一定要对封堵水泥浆多做几次调试,以保证其终凝后的颜色必须与墩柱颜色一致。6)在设计横梁工字钢时,取结构力学模型为三跨双悬臂连续梁比简支梁设计出来更切合实际,对节约材料至关重要。

[1]刘昭培,张韫美.结构力学[M].天津:天津大学出版社,1989.

[2]姚玲森.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2002.