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浅谈公路桥梁支架设计与施工

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摘要:在公路桥盖梁支架临时结构设计和施工中,通常在施工前对支架进行设计和方案选取,决定结构和施工的安全性,文章利用MIDAS/CIVIL有限元软件建模并配合手算,经过施做过程检验,从而得出选用材料、最优搭设方案和构造措施,从而做到工艺简单、安全可靠、成本较低、方便适用,可在类似的工程中推广和应用。

关键词:公路桥梁;圆柱墩盖梁;支架设计;施工组织

1引言

随着工程规模和桥梁建设事业的飞速发展,我国交通路网越来越发达。几十年中,修建了大量跨谷、江河、既有线等高墩桥,在国内外产生了重要的影响,同时在设计和管理以及选用材料、缩短工期、提高效益等方面都总结出一定的经验。

2工程背景

国道302线三岔至阿尔山段公路是国家路网规划的组成部分,线路起点位于兴安盟科右前旗宝格达山东侧,顺接阿力得尔至三岔段终点,终点位于兴安盟阿尔山市,路线在大兴安岭南麓总体呈南北走向,路线长85.672km。在河道、山谷和既有交叉路处均采用简支梁桥跨越,上部结构为预制梁板先简支后连续、基础采取钻(挖)孔桩基础、下部结构为双圆形柱和盖梁,其中柱高在6m~29m范围。

3支架对比分析及设计计算

3.1支架的选用及对比分析

盖梁也称帽梁,通常设置于桩顶、双柱或多柱顶部,在钢筋混凝土预制简支梁桥中起着承上启下作用,是下部结构承重和主要受力构件。现浇盖梁常用的施工方法有:自落地支架式、抱箍挑架式和埋设托架式等,其优缺点对比如表1所示:对支架的形式的选择还应考虑如下几点:①现场的施工场地和柱的高度;②施工进度、质量和安全风险;③经济合理和尽量就地取材。综上所述,经对比分析并结合属地情况,本项目选用抱箍挑架式方法施工。

3.2抱箍挑架结构设计

本示例选取查干郭勒河特大桥3#盖梁进行计算,设计图中盖梁为长×宽×高,即:11.2m×2.2m×1.9m;下设直径2.0m柱,双柱间距为6.8m。抱箍挑架结构自上而下为:现浇盖梁→底板为10cm厚组合钢模→方木尺寸为10cm×10cm、纵向间距为30cm→横向搭设两根Ι40a工字钢→钢楔形垫→钢抱箍(见图1)

3.3荷载分析

通过查阅《路桥施工计算手册》,结合支架材料,在设计计算时考虑的荷载有:①模板自重;②新浇混凝土或钢筋混凝土重量;③施工人员和运输工具重量;④支架自重;⑤倾倒混凝土时产生的冲击荷载;⑥振捣混凝土产生的荷载。各项荷载按照相关规范取用。其中,模板及其他支撑体系按1kPa取值;施工人员和机具等荷载按1kPa取值;混凝土容重按26kN/m3计;混凝土浇筑时产生的冲击荷载按2.0kPa取值;混凝土振捣荷载按2.0kPa取值。由于盖梁面较宽,混凝土不可能同时浇筑和振捣,故施工荷载可适当减小。3.4支架结构检算计算采用极限状态法,用电算配合手算进行,计算软件采用MIDAS/CIVIL。通过查询木材采用TC13的A组木材,木材抗弯强度设计值13.0MPa,抗剪强度为1.5MPa,弹性模量10MPa×103MPa。①方木尺寸为10cm×10cm,间距30cm;其下为两根I40a横梁,横梁落在抱箍上。将方木及横梁建立计算模型(见图2)。计算所得方木最大应力为5.6MPa,小于设计强度13MPa,满足要求(见图3)。②横梁Ι40a工字钢的应力计算结果如图4所示。通过图4可知两墩柱中间部分工字钢应力较大,计算应力为178MPa,小于设计强度215MPa。墩柱柱顶部分因模型与实际结构之间的差异,应力集中,应力超标部分全都在柱顶区域,在稍远离点约束处,应力迅速降至76MPa左右,故实际该区域应力不超标,满足要求。③横梁Ι40a工字钢的变形计算结果如图5。由图5可知,两墩柱中间部分的最大竖向变形约4mm,小于限制值6800/400=17mm,满足要求。④抱箍承受的荷载即如图6所示。由图6可知,一侧的两个反力点计算结果之和为268kN,即要求每个抱箍的承载力不小于268kN,可保证支架结构的安全。⑤根据抱箍所承受的荷载,经查阅临时结构计算书籍,本示例经计算用8个M22的高强螺栓满足要求,在制作抱箍时采用9个M22的螺栓对称连接,满足施工及安全要求。

4施工工艺概述

墩柱施工完成后测量柱顶高程,根据支架高度量测并划线确定抱箍安装高度,在已安装抱箍上搭设横向工字钢,在工字钢顶摆放纵向方木或工字钢,铺设底模和安装防护设施、安装钢筋、侧模和端模,浇筑盖梁混凝土。

4.1盖梁施工工艺流程

盖梁施工工艺流程见为:施工准备→测量放样→抱箍及挑架安装→底模安装→钢筋加工及安装→测量校核→侧模安装→混凝土浇筑→养护→模板及挑架拆除。

4.2施工方法

4.2.1测量放样在抱箍安设前,利用精密全站仪对柱顶的高程和轴线进行测量,作为安设抱箍和悬挑支架的依据。如墩顶已浇筑混凝土高出规范误差允许值,超出部分应用人工进行凿除。
4.2.2抱箍及挑架安装①抱箍安装。依据测量结果,计算抱箍挑架需要的高度并在墩柱周围标识,作为抱箍顶安装控制线,用吊装设备将抱箍调至安装线进行拼装,同一抱箍两半顶面必须水平,用高强螺栓连接,高强螺栓必须全部拧紧,保证螺丝漏出螺母,并用扭矩扳手进行检测,使抱箍和立柱之间接触紧密。②挑架与底模安装。在抱箍顶面横向前后放置两根I40a工字钢横梁,横梁放置后根据工字钢和抱箍间隙用楔形钢垫垫实,并将工字钢对拉固定,防止滑移。之后在横向工字钢顶铺装纵向分配方木,方木间距根据盖梁荷载计算确定,最后铺设底模。③钢筋加工及安装。钢筋在工厂集中加工,加工前先仔细研究设计图纸,对于弯起钢筋等进行绘制CAD图进行复核确认,加工成半成品运输至墩柱旁,在设置的简易架上进行绑扎,完成后采用吊装机械调至已铺设好的挑架底模上。④侧模及预埋件安装。根据盖梁尺寸加工的定型钢模板,首先进行打磨和涂刷脱模剂后吊装就位,在正面较大块模板分节吊装,并用连接螺栓进行连接固定,同时校核模板尺寸并对拉杆拉紧固定。测量人员对安装的模板进行校核,施工人员配合进行调整,确保中心线和高程符合设计及规范允许偏差。在模板安装完成后依据测量放样的点位和高程进行预埋件的安装,预埋件主要有挡块和垫石预埋钢筋,防震锚栓和预埋钢板等,预埋件安装时必须严格控制平面位置和高程,且固定牢靠,保障在浇筑混凝土后不变形和位移。⑤混凝土的浇筑。本项目混凝土由自建站集中供应,混凝土生产严格按施工配合比拌合,罐车运输至现场,同时使用泵车一次浇筑完成。在盖梁钢筋安装时,顶面较密集和部分预埋钢筋交叉。为防止混凝土下落时受钢筋和高度影响而引起混凝土离析,下料口要避开钢筋密集处。浇筑过程由低端按一定的顺序、水平分层进行浇筑,振动要均匀,严格控制振捣时间和顺序,防止过振或漏振。⑥混凝土的养护。混凝土浇筑完成后应及时养护,可根据外界气温等情况覆盖洒水、包裹塑料布或直接洒水等措施进行养护。当混凝土强度达到设计及规范允许时对垫石位置进行凿毛,把松散混凝土和浮浆全部清除,清理后漏出新鲜骨料不小于凿毛面积的75%。⑦模板和抱箍的拆除。当混凝土强度达到2.5MPa以上方可拆除侧模板,承重部位挑架和底模待混凝土强度达设计75%后方可拆除。模板拆解后及时清理和涂刷脱模剂,平放并堆码整齐,以备后用。

4.3质量注意事项

①抱箍、模板等工具必须在具有相应资质的厂家加工,其拼缝、刚度和强度必须满足使用要求。②抱箍安装位置必须经计算确认,螺栓连接紧固并满足计算要求。③横向工字钢搭设时在柱旁设置防滑移连接件。④钢筋必须有出厂合格证,钢筋进场后按规范要求进行取样检测,合格后方可使用。⑤钢筋使用前表面清理干净、调直,对设计尺寸复核后进行下料。焊接前要进行试焊工艺试验,合格后方可大量的焊接。⑥钢筋骨架外部捆绑保护层垫块,数量不少于4个/m2,其强度和厚度同设计。

4.4安全注意事项

①高处作业人员必须具备登高作业的相关资质,进入现场必须经培训和考核合格。②吊装作业人员和专职指挥人员必须持证。③浇筑混凝土期间,派专职质量员检查挑架、模板、钢筋骨架等,当发现有异常时,应暂停浇筑并及时处理后继续实施。④挑架搭设时需在四周设置防护作业平台和安全保证措施。⑤严格按照“先安的后拆、后安的先拆”,拆除过程中严禁猛烈敲打、死拽硬拉和直接向下抛扔。

5结语

通过在国道302线桥梁中盖梁采用抱箍法挑架法施工,验证了挑架临时结构设计合理、受力明确、搭设方便、成本较低、不受墩高限制等优点。实践表明,依据盖梁和墩柱尺寸进行临时结构设计方案,在施工应用方面是成功的,可供类似桥梁施工参考。

参考文献

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作者:邵瑾琨 单位:中铁十九局集团第六工程有限公司

浅谈公路桥梁支架设计与施工责任编辑:张雨    阅读:人次