鋼棒法在大體積混凝土承臺施工中的應用研究

羅曉東 祖民星

摘要：山區(qū)高速公路多為高橋隧比，且橋梁樁基多位于陡坡地段，施工地形受限，空間狹小，安全隱患較大，尤其大體積混凝土承臺施工，難以采用常規(guī)基坑開挖或滿堂支架方式施作。文章結(jié)合項目實際情況，通過有限元建模計算，創(chuàng)造性地采用“穿心鋼棒法”施工大體積混凝土承臺，避免大刷大挖，在滿足環(huán)保要求的同時，保證了施工安全和質(zhì)量，為后續(xù)同類項目施工提供了可借鑒、可參考的經(jīng)驗。

關鍵詞：山區(qū)高速;大體積承臺;穿心鋼棒法;有限元計算

中圖分類號：U443. 25文獻標識碼：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 037

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0137 - 04

0 引言

山區(qū)高速公路由于獨特的地形地勢條件，多橫跨河流、溝谷，導致橋梁樁基多位于陡坡地段，施工組織及材料進出難度大，施工安全風險較高，尤其對于大體積混凝土承臺，難以采用常規(guī)施工工藝。因此有必要通過多方案對比，選用技術上可行、經(jīng)濟上合理、滿足安全和進度要求的施工工藝。

本文結(jié)合項目實際地形地勢條件，通過方案比選、有限元計算，確定合理的施工方案，確保施工安全和符合質(zhì)量要求，滿足項目整體施工進度計劃。

1 工程概況

白坡特大橋主橋設計橋型為連續(xù)剛構，跨徑組合為（70+130+70）m，橫跨V形溝谷，主墩樁基均位于山體陡坡。如下頁圖1所示。

白坡特大橋主墩承臺尺寸為14.6 m×9.6 m×4.0 m（長×寬×高），基礎采用樁徑為2.2 m的鉆孔灌注樁，單幅樁基按縱向三排、橫向兩排布置，每墩共6根樁（如下頁圖2所示）。實測數(shù)據(jù)顯示，承臺屬高樁承臺，懸空于原地面，樁基需接樁施工至設計標高。

2

施工方案比選

2.1 明挖基坑施工

明挖基坑施工需將原設計承臺標高降低10 m，將導致上邊坡暴露時間過長，且需重新調(diào)整進場便道縱坡，安全、環(huán)保風險大，經(jīng)濟性差，影響施工進度。

2.2 滿堂支架法施工

滿堂支架施工需修整施工平臺，降低承臺標高4m，且滿堂支架搭設時，臨邊安全風險大，陡坡原狀土為堆積層，不滿足支架基礎承載力要求，容易產(chǎn)生質(zhì)量、安全隱患。

2.3 穿心鋼棒法

穿心鋼棒法施工可利用現(xiàn)有地形條件，在樁基接樁時預留鋼棒穿心孔，施工安全系數(shù)較高，材料可周轉(zhuǎn)使用，較大程度地減小挖方量，保證施工進度。

綜上，本分項工程擬采用穿心鋼棒法進行大體積混凝土承臺施工。

3 模型建立及力學驗算

承臺采用鋼棒法施工，并結(jié)合白坡特大橋?qū)嶋H情況選用托架材料，接樁時預留φ12 cm鋼棒穿入位置，鋼棒兩端伸出樁基截面形成懸臂端支點，作為主梁承重支點。安裝橫向I40a雙拼工字鋼主梁，在主梁縱向位置上放置間距為30 cm的I20b工字鋼作為分配橫梁，同時將分配橫梁懸臂部分作為操作平臺。在分配橫梁上方放置25 cm的方木，在方木上面布置2 cm底模，調(diào)整底模標高后施工承臺，如圖3～4所示。材料使用情況見表1。

鋼棒法在承臺施工中主要受到來自承臺混凝土自重及施工的荷載。對鋼棒法在承臺施工中的受力進行驗算，確定是否可用于高樁承臺施工。

3.1 相關荷載取值計算

自動考慮托架與分配梁自重，考慮各類荷載平均分布于橫向分配梁上.分配梁橫向間距為30 cm;分配橫梁傳遞到主梁上，鋼棒作為主梁的承重，受集中荷載。

蓋梁混凝土自重荷載：混凝土容重），= 26 kN/m3;

人群荷載按2.5 kN/m取值;

混凝土傾倒、振搗混凝土荷載按2 kN/m2取值;

承臺懸空段作用在分配橫梁上的壓力荷載為：

q= （2. 5+2+26×4×9.6x14.6）/（9.6x 14.6）=108.5 kN/m2.

3.2

Midas Givil有限元軟件建模計算

通過Midas Civil有限元軟件對白坡特大橋承臺鋼棒法托架進行仿真驗算分析（如圖5所示）。建模過程如下：

（1）定義材料和截面

托架模型鋼棒、主梁、分配橫梁均采用梁單元模擬。模型共有220個梁單元，268個節(jié)點。

（2）定義邊界條件

鋼棒節(jié)點和主梁節(jié)點間為彈性連接，分配橫梁與主梁節(jié)點間為彈性連接，分配橫梁搭設在混凝土臺座端釋放梁端約束。

如圖6～7所示，根據(jù)Midas Civil有限元軟件驗算分配橫梁：

應力：142 MPa<215 MPa容許值。

撓度：0. 962 mm

如圖8～9所示，根據(jù)Midas Civil有限元軟件驗算主梁：

應力：97.6 MPa<215 MPa容許值;

撓度：10. 59 mm< L/400=13. 75 mm容許值。主梁滿足受力要求。

如下頁圖10所示，根據(jù)Midas Civil有限元軟件驗算鋼棒。

撓度驗算：0. 513 mm

經(jīng)Midas Civil有限元軟件驗算結(jié)果表明，該承臺鋼棒、主梁、分配橫梁布置均滿足受力要求，可按照該方案進行施工。

4 結(jié)語

通過Midas Civil有限元軟件計算，采用“穿心鋼棒法”施工高樁承臺是一次大膽的嘗試，是一種新型的施工工藝，充分地發(fā)揮了鋼棒法施工便捷、成本低、安全的特點，有效地解決了承臺基礎懸空、地形陡峭、場地狹窄、安全風險大等難點，避免大刷大挖，保證施工安全和質(zhì)量要求，確保本分部分項工程的施工進度正常，節(jié)約了施工成本，為后續(xù)同類項目施工提供了可借鑒、可參考的經(jīng)驗。

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作者簡介：羅曉東（1996-），助理工程師，研究方向：橋梁與隧道工程;

祖民星（1970-），項目副總工，工程師，研究方向：橋梁與隧道工程。