斜跨河流45 m現(xiàn)澆梁支架施工技術(shù)

王 劍

(中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東 濟南 250002)

斜跨河流45 m現(xiàn)澆梁支架施工技術(shù)

王 劍

(中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東 濟南 250002)

以和平站特大橋為例，通過選用321型貝雷梁作為主縱梁，配合5排螺旋管作為主支撐，跨河處采用型鋼焊接為整體支架作為跨河支架的支撐結(jié)構(gòu)，有效地解決了施工難題，為今后同類工程提供參考。

河流，貝雷梁支架，現(xiàn)澆梁，預(yù)應(yīng)力管樁

1 工程概況

和平站特大橋11號～12號墩為45 m跨道岔連續(xù)梁，梁高3.01 m，梁頂面寬11.6 m，底板寬4.44 m。該45 m跨梁斜交64°跨越沿線路方向河岸寬度11.6 m，小里程11號承臺邊距離河岸5.7 m～10.9 m，大里程12號承臺邊距離河岸12.9 m～18.1 m。

2 施工特點及難點

根據(jù)現(xiàn)場勘查及設(shè)計資料，主要有以下施工特點及難點：

1)11號～12號墩45 m跨現(xiàn)澆梁跨度大、結(jié)構(gòu)重，支架要求跨度大、承重大；

2)河流與線路斜交64°，且河流不在跨中，支架支撐立柱及基礎(chǔ)不好布置；

3)跨河支架搭設(shè)施工難度大；

4)地質(zhì)為素填土、淤泥，基礎(chǔ)需要單獨設(shè)計。

3 支架設(shè)計

3.1 支架地基

根據(jù)和平站特大橋橋址勘探數(shù)據(jù)，采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)能滿足施工需要。

預(yù)應(yīng)力管樁采用GB 13476—2009先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁標(biāo)準(zhǔn)直徑400 mm預(yù)應(yīng)力管樁。壁厚95 mm，允許承載力1 700 kN，截面面積910 cm2，單位長度重量0.237 t/m。

管樁頂澆筑鋼筋混凝土地梁，將每排管樁連接成整體，增加基礎(chǔ)穩(wěn)定性。地梁橫截面尺寸為1 m×1 m，采用Φ12螺紋鋼按照10 cm間距布置在截面四周，保護層10 cm。地梁基礎(chǔ)內(nèi)按照鋼管柱法蘭螺栓孔位置預(yù)埋M22絲桿，外露9 cm，絲桿下搭接Φ22螺紋鋼筋連接到地梁底面鋼筋網(wǎng)，中間采用鋼筋焊接固定位置及垂直度，保證澆筑時預(yù)埋絲桿不移位。

3.2 支架立柱及連接型鋼

支架立柱采用φ630×10 mm螺旋管定制加工成4 m節(jié)、1 m節(jié)、0.5 m節(jié)制式鋼管柱，柱端頭采用圓形鋼板做成法蘭，現(xiàn)場施工時采用M22螺栓連接，簡化了支架拼裝過程，加快了工程進(jìn)度。

跨河處斜立柱長度受定制的直立鋼管柱高度限制，因此斜立柱設(shè)計采用6組通長螺旋管，并采用槽鋼與其他立柱橫向連接，主要為控制立柱間距，增加穩(wěn)定性。在斜立柱頂以下50 cm處采用抱箍將兩側(cè)斜立柱拉緊，主要防止立柱傾倒，抵消斜立柱產(chǎn)生的相反水平反力。抱箍采用寬20 cm的直徑830 mm壁厚10 mm螺旋管割開加工而成，雙層結(jié)構(gòu)，在與連接桿連接處將割開的螺旋管折法向30 cm長直角，兩側(cè)扣緊，開孔后與連桿采用直徑5 cm銷子鉸接。為避免銷接孔撕裂，在開孔受拉力側(cè)焊接鋼板進(jìn)行加強。連桿采用寬20 cm厚2 cm鋼帶在端頭開孔銷接。

承臺頂處5組立柱坐落在承臺頂調(diào)高基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)埋螺栓長度不小于50 cm，基礎(chǔ)高度較小時可伸入承臺與承臺錨固。承臺頂制式鋼管立柱應(yīng)與墩身上預(yù)埋的鋼板進(jìn)行連接，保證單排柱穩(wěn)定性。

柱頂連接型鋼采用6組雙拼Ⅰ56b型鋼，受拉壓力，使河兩岸斜立鋼管柱支架形成整體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，防止受力后縱向失穩(wěn)傾覆。

跨河處鋼管柱及連接型鋼設(shè)置如圖1所示。

3.3 貝雷梁

貝雷梁安裝方便，可多次重復(fù)利用，適用于大跨度支架結(jié)構(gòu)，同時可減少支架占用空間，十分適合我項目場地小、支架現(xiàn)澆梁跨度大、支架數(shù)量多等特點。

貝雷梁高1.5 m，長3 m，常以單層雙排、單層雙排通過花窗組合使用。根據(jù)實際選用45 cm寬花窗組合出45 cm寬單層雙排貝雷梁、90 cm寬單層三排貝雷梁作為支架主縱梁。和平站特大橋11號～12號墩45 m跨支架布置12組單層雙排貝雷梁，2組單層三排貝雷梁。

3.4 分配縱橫梁

分配橫梁采用Ⅰ10工字鋼按60 cm間距均勻布置。分配縱梁采用10×10方木在腹板底按照中心間距20 cm布置，在中間底板處按照30 cm間距布置。

4 支架受力特征

4.1 荷載及模型

依據(jù)國家規(guī)范材料特性，選取支架材料。計算根據(jù)TB 10110—2011鐵路混凝土梁支架現(xiàn)澆施工技術(shù)規(guī)程采用荷載分項系數(shù)法，梁體自重、支架自重等恒載取1.2倍系數(shù)，施工人群機具、傾倒混凝土、振搗混凝土等活載取1.4倍系數(shù)，進(jìn)行荷載組合。

支架采用有限元軟件建立整體模型，鋼管柱及型鋼支架模型如圖2所示。

4.2 跨河部分支架驗算

支架跨河部分整體最大變形為2.97 mm，位于靠近12號墩側(cè)墊梁跨中，撓度小于跨度13.9 m的1/400L。

支架跨河部分最大應(yīng)力68.4 MPa，位于河岸12號墩側(cè)斜立支柱頂位置沙箱支點處，小于強度設(shè)計值215 MPa。

4.3 受力最大斜鋼管柱驗算

河岸兩側(cè)斜立鋼管支柱受力較大，單獨進(jìn)行分析。受反力最大斜鋼管柱豎直反力600.8 kN，順橋向水平反力100.8 kN。

受力最大斜立柱組合最大應(yīng)力為34.8 MPa，小于螺旋管強度設(shè)計值215 MPa。

4.4 斜鋼管柱水平反力約束構(gòu)件驗算

受力最大斜立柱受100.8 kN水平力，可通過柱頂以下50 cm處抱箍與20 cm寬2 cm厚鋼帶銷接對拉、柱頂焊接1.6 cm厚鋼板與雙拼Ⅰ56b工字鋼焊接，兩種方式抵消水平反力。由于不能確定現(xiàn)場兩種方式實際分配力的比例，因此計算兩種方式均以受全部水平反力驗算其強度，保證關(guān)鍵點安全。

1)第一種抵消水平力方式前文已詳述，此處計算銷接處孔的撕裂力和銷子的強度。抱箍為雙層螺旋管加工而成，開孔處為4層1 cm壁厚螺旋管結(jié)構(gòu)。單個銷孔最大受力Fmax=100.8 kN/4=25.2 kN，利用銷孔板最大拉力求出危險截面上的拉應(yīng)力和上半圓的擠壓應(yīng)力，并進(jìn)行強度校核。危險截面即銷孔中心處垂直拉力的橫截面A—A處。

銷孔拉板承受的拉力F引起的危險截面處拉應(yīng)力為：

18 MPa<[σ]=215 MPa。

銷孔拉板承受的拉力F引起的銷孔上半圓的擠壓截面壓應(yīng)力為：

其中，F(xiàn)為銷孔所受拉力；r1為銷孔半徑；r2為銷孔中心距銷板外緣的有效半徑。以上銷孔受力計算方法參考了劉鴻文《材料力學(xué)》內(nèi)銷軸拉板連接受力計算公式。

通過計算可知，銷孔能夠承受100.8 kN水平拉力。

銷軸采用直徑5 cm鐵銷軸，主要承受剪切應(yīng)力。

銷軸承受的最大彎矩Mmax為:

最大彎曲應(yīng)力為：

銷軸承受的最大剪力Qmax為：

Qmax=100.8/2=50.4 kN。

最大剪應(yīng)力為：

通過以上計算可知，銷軸能夠承受100.8 kN水平力。

則兩側(cè)50 cm角焊縫(作用力平行于焊縫長度方向)應(yīng)力為：

通過以上計算可知，雙拼Ⅰ56b工字鋼兩側(cè)焊接50 cm焊縫能夠承受水平拉力100.8 kN。

4.5 支架受力特征總結(jié)

現(xiàn)澆梁支架貝雷梁、分配梁等均通過調(diào)節(jié)間距及數(shù)量驗算滿足受力需求，以上過程主要給出了現(xiàn)澆梁支架關(guān)鍵部分驗算過程，即斜跨河流45 m現(xiàn)澆梁支架跨河部分的驗算過程。上文主要介紹了跨河支架整體受力及變形、河岸兩側(cè)受力最大斜鋼管柱驗算、橫向水平力約束構(gòu)件驗算，結(jié)果均符合設(shè)計要求。跨河支架整體受力及變形驗算了最大應(yīng)力、最大變形，保證了支架鋼結(jié)構(gòu)受力時不破壞、同時變形滿足要求；最大斜鋼管柱受力驗算，給出了受力最大構(gòu)件應(yīng)力分布圖，并且找出了最大豎直支反力和最大水平反力；橫向水平力約束構(gòu)件計算，保證了斜立鋼管柱水平反力得到控制，構(gòu)件局部受力計算保證了構(gòu)件關(guān)鍵部位受力時不破壞。

通過以上計算可知，支架受力滿足設(shè)計要求，可用于實際施工。

5 結(jié)語

和平站特大橋11號～12號墩斜跨河流45 m現(xiàn)澆簡支梁支架滿足結(jié)構(gòu)受力要求，在支架設(shè)計施工過程中得到以下結(jié)論。

1)跨河支架軸向受壓立柱優(yōu)先采用螺旋管，配合型鋼連接，穩(wěn)定性好。

2)螺旋管橫向受拉力時，宜采用抱箍，避免局部受力。

3)支架立柱采用φ630×10 mm螺旋管定制加工成4 m節(jié)、1 m節(jié)、0.5 m節(jié)制式鋼管柱，對于支架結(jié)構(gòu)較多的施工項目，增加了支架立柱通用性，簡化了支架拼裝過程，加快了工程進(jìn)度。

4)主梁采用組拼貝雷梁結(jié)構(gòu)，滿足大跨度支架要求，且拼裝簡易，通用性好。

[1] 劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京:高等教育出版社，2005.

On construction technique of 45-meter cast-in-place support across rivers

Wang Jian

(No.4EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway14thBureauGroup,Jinan250002,China)

Taking the super-large bridge at Heping Station as the example, the paper selects type 321 bailey beam as the main longitudinal beam and 5-row spiral pipes as the main support, and adopts the steel welding general support as the support structure for the crossing-river support, so as to solve the construction difficulties and provide some reference for similar projects.

rivers, bailey beam support, cast-in-place beam, prestressed pipe pile

1009-6825(2017)21-0145-02

2017-04-27

王 劍(1978- )，男，工程師

TU445.4

A