王美宽， 潘玲珑， 王荣庆

(江苏省扬州技师学院，江苏 扬州 225002)

0 引 言

连镇铁路客运专线LZZQ-7标段跨宁启铁路大桥位于江苏中部,地势平坦开阔,平原区地貌,桥址范围属于里下河冲积平原,桥址位于DK239+419.140～DK239+459.840，设计为40 m双线简支梁。采用单箱单室直腹板、等高度、等截面结构作为主梁梁体,单跨梁体全长40.6 m,梁高3.3 m。全桥顶板厚35 cm,底板厚度30 cm,腹板厚度分为50～80 cm,按折线变化。梁体混凝土体积463.6 m3,梁体总重1 228.54 t。梁体在支座处设置墩定横隔板,横隔板厚度1.25 m;箱梁设置跨中横隔板,跨中横隔板厚度0.3 m。全联共设墩顶横隔板2道、跨中横隔板1道,其中横隔板设有孔洞,供检查人员通过。箱梁两侧腹板与顶、底板相交处采用圆弧倒角的形式过渡。桥面宽度:桥梁顶面全宽12.2 m,具体布置为:1.35 m人行道宽度+0.25 m挡砟墙+9.0 m道砟宽+0.25 m挡砟墙+1.35 m人行道宽度。

该桥宽跨比B/L=12.2/40.6=0.3<0.5,为窄桥。桥墩高度为23.23 m,也可称为高墩桥梁。桥梁上部结构采用的是现浇箱梁结构形式,施工时搭设施工支架,且支架的高度高。因此,高墩窄桥施工安全性必须予以高度重视。

1 桥梁支架类型的选择

梁式支架、柱式支架和梁柱式支架是桥梁施工常见的三种支架类型,考虑到上部结构自重、施工荷载、风力、地基承载力等因素,该桥选用对地基要求不高和横向风阻较小的梁柱式支架的施工工艺方案。

2 梁柱式支架安全性验算

2.1 梁柱式支架设计

现浇梁底模模板采用1.5 cm竹胶板,下设10 cm×10 cm纵向方木,腹板区域间距15 cm、底板区域间距25 cm;10 cm×10 cm纵向方木下垫I14工字钢作为横向分配梁,间距50 cm,中隔墙处加密,分配梁下放置贝雷梁,贝雷梁跨度(7.5+9+9+7.5)m,横向方向布置14排贝雷梁;贝雷梁下设三榀I40工字钢做垫梁;垫梁下设置砂箱连接螺旋管;螺旋管坐落在条形基础上。条形基础采用长×宽×高=15×2.0×1.0 m的C30钢筋混凝土条形基础,条形基础上按照设计位置布置直径630 mm壁厚8 mm螺旋焊管5根,作为竖向支撑。螺旋焊管之间进行横向和纵向连接,连接方式采用焊接,螺旋管与墩身之间采用[20槽钢进行焊接。

2.2 荷载和材料参数的取用

人员、机械、设备荷载:2.5 kN/m2;混凝土振捣力:2 kN/m2;混凝土浇筑的冲击荷载:2 kN/m;碗扣支架6 kg/m。计算永久荷载分项系数:1.2；可变荷载分项系数:1.4。

支架采用630 mm螺旋管,壁厚8 mm;底板模板采用18 mm厚竹胶板;纵横向分配梁均采用10 cm×10 cm方木,实际选用强度等级超过TC13A组的树种,计算按TC13A组的强度等级和弹性模量执行,材料参数参照《路桥施工手册》《钢结构设计规范》及相关工具书选用。

2.3 梁柱式支架验算

贝雷梁支架是(7.5+9+9+7.5) m的四跨连续梁。

2.3.1 底模板验算

模板厚1.5 cm,方木间距15 cm,取1 m板带为计算单元,EI=1.9 kN·m2,W=3.75×10-5m3,[σ]=14.84 N/mm2按单跨简支梁计算。

综上所述,底模板抗弯、抗剪和挠度验算符合设计要求。

2.3.2 纵向方木验算

纵向方木取最不利截面1-1进行计算,纵向支撑采用10 cm×10 cm方木,腹板区中心间距0.15 m,底板区中心间距0.25 m,支撑方木间距0.5 m,EI=83.3 kNm2,W=1.667×10-4m3,按照三跨连续梁进行计算。

综上所述，纵向方木抗弯、抗剪和挠度验算符合设计要求。

2.3.3 I14工字钢横梁

工字钢横梁随支架布置,12m工字钢间距50 m,按传递均布荷载计算,EI=1 495.2 kN·m,W=712 cm3,采用四跨连续梁计算图式计算,取最不利荷载进行验算如下:

综上所述，I14工字钢横梁最不利截面正应力、剪应力和挠度验算符合设计要求。

2.3.4 贝雷梁验算

腹板下方的贝雷梁承受的荷载按照80 cm的腹板宽度进行计算,底板下方的贝雷梁按照500 cm的宽度进行计算,翼缘板下方的贝雷梁按照250 cm的宽度进行计算。共选取五个截面进行受力分析,计算施工阶段的活载和自重,确定四跨连续贝雷梁上的均布荷载q。

腹板区贝雷梁q=33.1 kN/m,绘制弯矩图、剪力图和挠度图,得Mmax=225.87 kN·m<[M]=788.2 kN·m;Qmax=149.77 kN<[Q]=245.2 kN·m;fmax=0.29 mm<[f]=L/400=7 500/400=18.75 mm,三项指标均满足验算要求。

底板区贝雷片q=38.65 kN/m,绘制弯矩图、剪力图和挠度图,得Mmax=267.54 kN·m<[M]=788.2 kN·m;Qmax=202.22 kN<[Q]=245.2 kN·m;fmax=0.34 mm<[f]=L/400=7 500/400=18.75 mm,三项指标均满足验算要求。

翼缘板贝雷梁q=34.10 kN/m,绘制弯矩图、剪力图和挠度图,得Mmax=232.70 kN·m<[M]=788.2 kN·m;Qmax=154.29 kN<[Q]=245.2 kN·m;fmax=0.30 mm<[f]=L/400=7 500/400=18.75 mm,三项指标均满足验算要求。

2.3.5 垫梁

垫梁采用三榀I40工字钢,通过支反力计算可得最不利截面位置为3-3截面,并取该截面验算,每一片工字钢所受力腹板区为299.53/3=99.84 kN,底板区为134.81 kN,翼板区为102.86 kN.绘制弯矩图、剪力图和挠度图得Mmax=107.82 kN·m<[M]=233.4 kN·m;τmax=1.5×200.49×10/86.07=58.0 MPa<[τ]=125 MPa,fmax=0.6 mm<[f]=L/400=2 900/400=7.25 mm,垫梁抗弯、抗剪和挠度三项指标均满足验算要求。

2.3.6 钢管支墩

综上所述，钢管柱强度和稳定性验算符合要求。

2.3.7 地基

经计算,1-1、5-5截面N1=483.69 kN,2-2、4-4截面N2=1 239.39 kN,3-3截面N3=1 202.97 kN。

混凝土局部承压的最小容许承载力[N]=w×β×fcc×Ac=0.75×12 155×0.312=2 844.27 kN,故:

基础局部承压验算:Nmax=1 202.97 kN<[N]=2 844.27 kN。

混凝土条形基础局部承压满足要求。

故条形基础下方的地基承载力要达到至少150 kPa。

2.3.8 条形基础配筋验算

基础采用长×宽×高=15 m×2 m×1m的条形基础,C30钢筋混凝土,采用理正结构工具箱计算,根据计算的地基承载力转换成均布线荷载进行加载,验算结果见表1。

表1

经验算条形钢筋混凝土基础裂缝和挠度均满足设计要求。

上述验算,该窄桥高墩采用梁柱式支架施工设计方案,能满足在施工工况情境条件下支架的强度、稳定性等安全施工要求。

3 梁柱式支架关键施工工序的安全性

3.1 支架搭设规范与常规检查

检查工字钢有无变形。检查支架的垂直偏差,尤其注意转角处和断口处的垂直度。如垂直度有异常一经发现,应及时加固维护,消除隐患。检查螺旋管垂直度是否有变化,有异常情况及时分析原因处理。检查支架连接是否全部满焊并满足要求,如发现问题及时纠正。检查支架的荷载情况,严禁存在超荷载情况发生,并定期清理垃圾。支架日常需安排专人进行管理及检查,并及时做好记录。支架施工过程中时刻关注支架变形及地基沉降情况。

3.2 地基处理稳固

根据施工图中的设计地质情况,地面下为粉质黏土层,基础承载力较好,条形基础施工前,清除表面种植土,下挖基础1 m,回填碎石类土,地基触探、分层夯实碾压、每层夯实厚度为30 cm,回填至原地面,做地基承载力试验,根据设计计算结果可知:确保立柱式支架地基承载力不小于150 kPa。如不满足要求,则采用小型夯实机夯填密实。

3.3 钢管柱与条形基础焊接可靠

施工时应在条形基础顶部埋设90 cm×90 cm×1 cm钢板,并与钢管满焊,在螺旋管支墩上下口采取补强措施,在螺旋管顶与砂箱周边采用对称焊接的方式,三角钢板加劲肋需要加固,螺旋管底部焊接钢板与基础预埋钢板加强连接,沿四周焊接三角钢板加劲肋对底座进行加固。

3.4 支架预压

支架安装完成后,经监理检查验收合格后,对其进行预压,预压方式为实物重载。浇段横截面面积为预压的重物选用预压块,预压重量为梁体重量的1.2倍,每块预压块2.4 t。预压采用五级进行,第一级为设计值的2%,第二级为设计值60%,第三级为设计值80%,第四级为设计值100%,测量稳定后,再缓慢加载到梁重的120%,确保安全。严禁集中加载,加载重量误差应控制在±3%范围以内。每级加载完毕1 h后进行支架的变形观测,全部加载完毕后宜每6 h测量一次变形值。最后两次沉落量观测平均值之差不大于2 mm时终止预压。为避免倾斜倒塌,预压块应堆码整齐。预压块应堆码整齐,避免倾斜倒塌。浇段横截面面积为预压的重物选用预压块,混凝土总重量为1 228.54 t,预压重量为梁体重量的.2倍即1 474.25 t,每块预压块2.4 t,共需预压块615块。每级加载完毕1 h后进行支架的变形观测,全部加载完毕后宜每6 h测量一次变形值。最后两次沉落量观测平均值之差不大于2 mm时终止预压。当支架预压稳定后,卸除全部压预块,立即对沉降观测点进行测量,整理数据。

3.5 模板及支架拆除

3.5.1 模板拆除

通过对梁体同条件养护试件进行抗压试验,当简支现浇梁梁体混凝土强度达到。5 MPa时且其表面及棱角不因拆模受损时,拆除梁体端模、腹板内外侧模。当梁体混凝土强度达到设计要求且不小于7 d龄期,张拉预应力筋,完成压浆作业,混凝土强度达到设计强度100%,进行梁体底模、内箱顶模板拆除工作。

3.5.2 梁柱式支架拆除

纵向钢束B1张拉结束后进行支架拆除。

4 结束语

窄桥高墩采用梁柱式支架具有承载力大、风阻小、稳定性好的特点,经过科学合理性的设计验算,该桥梁柱式支架能满足强度、刚度和稳定性要求。同时做好施工过程中关键工序的安全性控制。设计和施工环节的有效控制是窄桥高墩支架施工安全性的根本保障,具有较好的推广价值。