深水跨江連續(xù)梁直線(xiàn)段支架施工技術(shù)探討

王 波

(常州市軌道交通發(fā)展有限公司，江蘇常州 213022)

1 工程概況

杭長(zhǎng)鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)HCZJ3標(biāo)牌頭浦陽(yáng)江特大橋全橋長(zhǎng)度為9 296．78 m，其中本橋在184號(hào)墩 ～189號(hào)墩(DK80+802．9～DK81+140．6)跨錢(qián)塘江支流浦陽(yáng)江，設(shè)計(jì)采用(48+3×80+48)m連續(xù)梁通過(guò)。梁體為箱室、變高度、變截面結(jié)構(gòu);梁面寬度為12．0 m，頂板厚0．35 m ～0．45 m;腹板厚度分別為 0．48 m，0．7 m，0．9 m折線(xiàn)變化，局部加厚到1．05 m;底板寬6．7 m，底板厚0．435 m～1．0 m;邊跨直線(xiàn)段7．75 m 截面中心梁高3．8 m，重量為298．27 t。

2 鋼管立柱的設(shè)計(jì)

以189號(hào)墩直線(xiàn)段為例進(jìn)行說(shuō)明，靠近中跨側(cè)下部采用單排3根直徑1．0 m鉆孔樁和橫托梁(截面面積1．8 m×1．0 m×12．5 m)作為立柱基礎(chǔ)，靠近189號(hào)墩落地鋼管直接落在承臺(tái)上。鋼管柱直徑采用630 mm(δ=10 mm)螺旋管。

墩高22．0 m，為圓端型實(shí)體墩，截面尺寸為4．0 m ×9．8 m，承臺(tái)尺寸為9．6 m×12．3 m，為水中墩，水深4．2 m，該墩河床面以下8．9 m為細(xì)圓礫土，該墩通過(guò)方案優(yōu)化，采用筑島填筑而成，先對(duì)該墩位處采用粘土回填到施工水位，待鉆孔樁施工完后，采用拉森鋼板樁圍堰進(jìn)行承臺(tái)有擋開(kāi)挖施工。承臺(tái)澆筑完畢后在抽拔鋼板樁之前先將島面以下墩旁鋼管立柱安裝就位，待基坑回填完后再對(duì)其接高。靠近合龍段側(cè)鋼管柱基礎(chǔ)以回填島面標(biāo)高為準(zhǔn)開(kāi)始施工鉆孔樁，樁基嵌巖深度為2．0 m，樁基施工完后再島面以上施工橫托梁作為前排鋼管立柱的基礎(chǔ)部分。

2．1 支架設(shè)計(jì)

1)鋼管柱需設(shè)置2排(縱向)，每排5根，橫向間距按照2．7 m布置，縱向間距按照3 m布置，鋼管之間采用Ⅰ22a工字鋼進(jìn)行連接，并采用［14槽鋼進(jìn)行剪刀撐連接，兩排鋼管柱之間也采用［14槽鋼進(jìn)行剪刀撐連接，189號(hào)墩直線(xiàn)段采用鋼管立柱、貝雷梁進(jìn)行現(xiàn)澆施工，鋼管直徑采用630 mm，δ=10 mm。

2)前落地蓋梁需要采用鉆孔樁來(lái)進(jìn)行基礎(chǔ)施工，并且要求樁基嵌巖深度為2 m，樁徑為1 m，樁基鋼筋籠參考鋼筋籠加工圖，樁基采用C35混凝土進(jìn)行灌注，鉆孔樁長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況確定。

3)落地蓋梁截面尺寸為1 m×1．8 m，橫橋向長(zhǎng)度為12．5 m，蓋梁底部、頂部需設(shè)置鋼筋網(wǎng)片，橫橋向鋼筋直徑為16 mm螺紋鋼，間距為15 cm，縱橋向鋼筋直徑為12 mm螺紋鋼，間距為10 cm，架立鋼筋采用16 mm螺紋鋼，間距按照1．5 m梅花形布置，蓋梁混凝土標(biāo)號(hào)采用C35。

4)為了考慮直線(xiàn)段落模需要，需在鋼管柱頂部設(shè)置落模沙箱，落模沙箱活塞采用直徑50 cm，δ=10 mm鋼管，落模沙箱承載面采用厚度2 cm鋼板進(jìn)行焊接，并需在活塞兩頭和鋼管柱頂部?jī)?nèi)壁焊接加強(qiáng)板，加強(qiáng)板采用厚度10 mm鋼板，落模沙箱頂部采用雙排Ⅰ36工字鋼作為橫向承重梁。

鋼管立柱支架正面、側(cè)面及基礎(chǔ)示意圖見(jiàn)圖1～圖3。

圖1 鋼管立柱支架正面示意圖

圖2 鋼管立柱支架側(cè)面示意圖

2．2 貝雷桁架設(shè)計(jì)

貝雷梁采用3 m×1．5 m規(guī)格，貝雷梁連接花架采用45 cm，同時(shí)為了保證貝雷梁橫向之間的穩(wěn)定性，需在貝雷梁底和頂部采用［14，L=12 m槽鋼用U形螺栓進(jìn)行連接。沿順橋向方向共設(shè)9組，每組兩片，采用45 cm花架進(jìn)行連接，9組貝雷梁間距為1．35 m，桁架頂部橫橋向鋪設(shè)間距按照30 cm，4 m長(zhǎng)15 cm×15 cm方木交錯(cuò)布置。

2．3 支架預(yù)壓

1)預(yù)壓施工及測(cè)試結(jié)果分析。預(yù)壓采用堆碼砂袋的方法，模擬施工荷載進(jìn)行預(yù)壓加載，預(yù)壓測(cè)點(diǎn)采用在桁架底部觀察倒尺的方法，在縱向直線(xiàn)段中心和兩端布設(shè)測(cè)點(diǎn)，沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，可以看出桁架兩端變形較大。

2)對(duì)支架進(jìn)行改進(jìn)，在兩端加密桁架的橫向連接，彈性變形量通過(guò)底模木楔調(diào)整拱度值確保梁底標(biāo)高與設(shè)計(jì)相符，彈性變形中間部位按照2 mm設(shè)置，兩端部位按照8 mm設(shè)置。

表1 沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)表

圖3 鋼管立柱支架基礎(chǔ)示意圖

2．4 沉降結(jié)果分析

在混凝土澆筑過(guò)程中和全橋合龍后，對(duì)相對(duì)應(yīng)觀測(cè)點(diǎn)箱梁底板進(jìn)行了復(fù)測(cè)，實(shí)測(cè)標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高偏差在2 mm以?xún)?nèi)。從而保證了梁體的外觀質(zhì)量，說(shuō)明鋼管立柱支架變形量在施工過(guò)程中更容易控制。

3 支架檢算

箱梁現(xiàn)澆支架見(jiàn)圖1～圖3，梁體底板下部為2 cm的竹膠板，下放中心間距為30 cm的方木，方木規(guī)格為15 cm×15 cm，方木下放長(zhǎng)為3 m的貝雷梁，貝雷梁下為Ⅰ45工字鋼，支撐在落架沙箱上，沙箱支撐于直徑為630 mm厚10 mm的鋼管上。

3．1 支架結(jié)構(gòu)材料參數(shù)

1)木材(A-2紅杉木)。

順紋彎曲容許應(yīng)力［σ］=13 MPa;

容許剪應(yīng)力［τ］=2．0 MPa;

彈性模量E=1×104MPa。

2)竹膠板。

彎曲容許應(yīng)力［σ］=70 MPa;

彈性模量E=6 500 MPa。

3)Q235鋼材。

拉壓容許應(yīng)力［σ］=1．3×140=182 MPa;

容許彎曲應(yīng)力［σw］=1．3 ×145=188．5 MPa;

容許剪應(yīng)力［τ］=1．3×85=110．5 MPa;

彈性模量 Es=2．1 ×105MPa。

3．2 荷載

腹板荷載:q1=26 kN/m3×3．8 m=98．8 kN/m2;

空心段頂、底板荷載:q2=26 kN/m3×(1．1+0．64)m=45．2 kN/m2;

施工人員、施工料具、運(yùn)輸荷載:q3=2．5 kN/m2;

水平模板的混凝土振搗荷載:q4=2．0 kN/m2;

傾倒混凝土產(chǎn)生荷載:q5=2．0 kN/m2;

模板荷載:q6=2．0 kN/m2。

3．3 結(jié)構(gòu)檢算

底模檢算:

1)腹板下底模檢算。

15 cm×15 cm肋木按照中心距30 cm橫橋向布置，保守考慮，模板按照支承在肋木上簡(jiǎn)支梁進(jìn)行受力分析，模板寬度按照單寬計(jì)算。

腹板處底模荷載:

檢算強(qiáng)度時(shí):Q1=(q1+q3+q4+q5+q6)b=107．3 kN/m;

檢算剛度時(shí):Q2=(q1+q6)b=100．8 kN/m;

跨中最大彎矩:Mmax=ql2/8=107．3×103×0．32/8=1 207 N·m;

梁端最大剪力:Qmax=ql/2=81．3 ×0．1/2=4．1 kN;

模板截面抵抗矩:W=bh2/6=1×0．022/6=67×10－6m3;

模板橫截面的最大應(yīng)力:σmax=Mmax/W=1 207/(67×10－6)=18 MPa＜［σ］=70 MPa，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

底板處肋木間距同腹板處，荷載小于腹板處，故底板處模板自動(dòng)滿(mǎn)足規(guī)范要求，不再驗(yàn)算。

2)15 cm×15 cm肋木檢算。

15 cm×15 cm承重方木橫橋向布置間距為30 cm，肋木下放置最大間距為90 cm的貝雷片，保守考慮，肋木計(jì)算模型取簡(jiǎn)支梁。

作用在肋木上的荷載為:

腹板下:q1=107．3 ×0．3=17．56 kN/m=32．2 N/mm。

取腹板下荷載對(duì)肋木進(jìn)行檢算:

截面抵抗矩:W=bh2/6=150×1502/6=562 500 mm3。

截面慣性矩:I=bh3/12=150×1503/12=42 187 500 mm3。

跨中最大彎矩:Mmax=ql2/8=32．2×9002/8=3 260 250 N·mm。

模板橫截面的最大應(yīng)力:σmax=Mmax/W=3 260 250/562 500=5．8 MPa＜［σ］=13 MPa，滿(mǎn)足規(guī)范要求。梁端最大剪力:Qmax=32．2×900/2=14 490 N，最大剪應(yīng)力:τmax=3Q/2A=3 ×14 490/(2 ×150 ×150)=0．97 MPa＜［τ］=2 MPa，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

跨中最大撓度:fmax=5ql4/(384EI)=5×32．2×9004/(384×104 ×42 187 500)=0．65 mm ＜［f］=l/400=900/400=2．25 mm，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

翼緣板和底板下肋木與腹板下等間距布置，荷載相對(duì)較小，滿(mǎn)足規(guī)范要求，不再驗(yàn)算。

3)貝雷梁檢算。

腹板下貝雷梁的計(jì)算長(zhǎng)度為3 m，雙排單層布置，相鄰兩組中心間距為1．35 m。保守考慮，貝雷梁按照簡(jiǎn)支梁計(jì)算。

承受荷載:q=107．3 ×1．35=144．9 kN/m;

最大彎矩為:Mmax=ql2/8=144．9×32/8=163 kN·m＜1 576．4 kN·m，符合規(guī)范要求。

最大剪力為:Qmax=144．9 ×3/2=217．35 kN ＜490．5 kN，符合規(guī)范要求。

4)鋼管立柱檢算。

本工程采用直徑為630 mm厚10 mm的鋼管，高17．93 m，縱橫間距分別為2．7 m和3 m，為軸心受壓構(gòu)件。

腹板下單根立柱最大荷載:N1=107．3×2．7×3=869 kN;

截面參數(shù):W=2 971．9 cm3，ix=21．9 cm，A=194．8 cm2;

長(zhǎng)細(xì)比:λ=81．8＜容許值 =120;

查表得:φ =0．676;

則 σ =N/(φA)=869×103/(0．676×19 480)=66 MPa＜［σ］=188．5 MPa，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

5)地基承載力。

鋼管樁固定于橋墩基礎(chǔ)或直徑為100 cm的鉆孔樁之上，不必檢算地基承載力。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼管立柱支架法施工便捷、安全可靠、保證了總體工期。但要注意以下幾點(diǎn):

1)貝雷梁之間的橫向連接每組必須橫向連接，橫向連接最好在鉸接點(diǎn)附近;

2)橫向連接底部和上部應(yīng)交錯(cuò)布置;

3)立柱和墩身之間必須采用預(yù)埋鋼板進(jìn)行連接;

4)在支架設(shè)計(jì)時(shí)貝雷片考慮到支架剛度和重量時(shí)，可減少貝雷片組數(shù)，增加下弦桿。

［1］ GB 50009-2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］．

［2］ GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［3］ 周水興．路橋施工計(jì)算手冊(cè)［M］．北京:人民交通出版社，2001．