軟基現(xiàn)澆箱梁鋼管支架施工方法研究

駱桂蘭　胡雄剛　胡曉芳

摘要：現(xiàn)澆箱梁在施工過程中主要采用滿堂支架、門式支架、鋼管立柱等方法施工，在基礎(chǔ)較差的地質(zhì)施工條件下，滿堂支架、門式支架存在基礎(chǔ)處理難、基礎(chǔ)處理復(fù)雜等問題，選擇鋼管立柱法較為適宜，對(duì)于軟基地質(zhì)，特別是淤泥地質(zhì)，鋼管立柱基礎(chǔ)處理需要耗費(fèi)大量混凝土，成本較高。文章結(jié)合該問題，提供一種利用鋼管樁作為基礎(chǔ)的施工方案，施工效果較好，值得推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：軟基；現(xiàn)澆箱梁；鋼管樁；鋼管立柱；力學(xué)驗(yàn)算

中圖分類號(hào)：U448 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）17-0018-03

1 工程概況

金清港大橋主橋起止樁號(hào)為：K90+472.5～K90+692.5，長(zhǎng)度為220m。上部結(jié)構(gòu)布跨型式為（60+100+60）m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，分左右雙幅，單幅箱梁采用單箱單室截面，縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力體系，為全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。橋?qū)?6.25m，根部梁高5.8m，跨中及端部梁高2.5m，箱梁高度按1.8次拋物線變化。

16號(hào)塊為邊跨現(xiàn)澆段，梁高2.5m，長(zhǎng)9m，砼方量137.1m3，橋梁所處位置位于海港，地質(zhì)條件較差，大都為淤泥質(zhì)粘土，承載力極差，如采用混凝土基礎(chǔ)需要換填大量淤泥，且需要鋪設(shè)大量混凝土。

2 現(xiàn)澆段鋼管支架設(shè)計(jì)

在支架施工過程中，項(xiàng)目部技術(shù)人員針對(duì)軟基地質(zhì)，根據(jù)橋墩較高的特點(diǎn)，采用鋼管樁作為支撐、剪刀撐連接、貝雷片安裝及施工機(jī)械的綜合運(yùn)用不斷分析，總結(jié)形成鋼管立柱法施工方法，主要由鋼管立柱、橫梁、貝雷片、小鋼管、方木等組成，采用鋼管樁作為結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。具體布置為橫橋向采用5根鋼管樁基礎(chǔ)（兩側(cè)兩排為直徑530mm的鋼管、中間三排為直徑630mm的鋼管），間距按照4m布置，入土深度為25m；鋼管柱頂上橫梁采用2根40a型工字鋼雙拼，順橋向貝雷梁長(zhǎng)度12m，預(yù)留1.5m工作平臺(tái)，貝雷片上部采用I16工字鋼作為分配梁（按照75mm間距分布），上部采用滿堂腳手架搭設(shè)以便通過頂托調(diào)整預(yù)壓變形及便于支架拆除。

3 力學(xué)驗(yàn)算

對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行力學(xué)驗(yàn)算，主要采用MIDAS軟件進(jìn)行受力計(jì)算。先建立貝雷架和分配梁的模型，并將荷載施加在分配梁上，荷載通過貝雷架傳遞到橫梁上，建立橫梁和鋼管模型，將上一個(gè)模型的計(jì)算反力施加在橫梁上，運(yùn)行模型，得到相關(guān)計(jì)算。

3.1 荷載

主要考慮混凝土自重以及施工時(shí)的活荷載。

恒荷載：混凝土自重按照26kN/m3考慮。

活載：振搗荷載按照2kN/m2、人工荷載按照2kN/m2、其他模板荷載按照1.5kN/m2考慮。

3.2 貝雷架及分配梁計(jì)算

3.2.1 建立計(jì)算模型，根據(jù)腹板、底板以及翼緣板的重量在分配梁上施加荷載。

3.2.2 運(yùn)行模型，得到貝雷架計(jì)算結(jié)果：

Mmax=31.08kN·m<[M]=788.2kN·m

Rmax=79.69kN<[Q]=245.2kN

fmax=15.5mm

貝雷架受力滿足條件。

3.2.3 分配梁計(jì)算結(jié)果：

σmax=38.44MPa<[σ]=145Pa

τmax=5.67MPa<[τ]=85MPa

分配梁受力滿足要求。

3.3 橫梁及鋼管支架計(jì)算

3.3.1 建立橫梁和鋼管支架計(jì)算模型，在橫梁上施加上一個(gè)模型計(jì)算的反力值。

3.3.2 運(yùn)行模型，得到橫梁計(jì)算結(jié)果。

σmax=83.1MPa<[σ]=145Pa

τmax=35.19MPa<[τ]=85MPa

橫梁受力滿足要求。

3.3.3 鋼管樁計(jì)算。

Φ630鋼管樁的參數(shù)：

U=π×D=3.1415926×0.63=1.979m

鋼管樁按照入土25m計(jì)算，土層的摩擦阻力值參照設(shè)計(jì)圖紙，承載力結(jié)果如下[按照《港口工程樁基規(guī)范》（JTJ254-98）的相關(guān)規(guī)定，取單樁垂直承載力分項(xiàng)系數(shù)γa=1.45]：

Qd=U×（qf1×L1+qf2×L2+qf3×L3）+qR×A=1.979×（25×0.6+18×9+13×13.2+20×2.8）+80×0.63×0.63×

3.14159/4=825.641kN

Qd/γa=825.641/1.45=569.4078kN>496kN

Φ530鋼管樁的參數(shù)：

U=π×D=3.1415926×0.53=1.665m

鋼管樁按照入土25m計(jì)算，承載力結(jié)果如下[按照《港口工程樁基規(guī)范》（JTJ254-98）的相關(guān)規(guī)定，取單樁垂直承載力分項(xiàng)系數(shù)γa=1.45]：

Qd=U×（qf1×L1+qf2×L2+qf3×L3）+qR×A=1.979×（25×0.6+18×9+13×13.2+20×2.8）+80×0.53×0.53×3.14159/4=691.308kN

Qd/γa=825.6411/1.45=476.7645KN>347.7kN

鋼管樁承載力滿足要求。

4 施工技術(shù)方案

4.1 鋼管柱振沉及安裝

鋼管樁下沉采用懸打法施工，使用50t履帶式吊車配合振樁錘施打鋼管樁。根據(jù)鋼管柱埋設(shè)深度確定基礎(chǔ)以下鋼管長(zhǎng)度，鋼管柱采用直徑630mm和530mm的鋼管（壁厚10mm）。履帶式吊車吊裝懸臂導(dǎo)向支架，利用懸臂導(dǎo)向支架精確打入支架鋼管樁基礎(chǔ)，測(cè)量組確定樁位與樁的垂直度滿足要求后，開動(dòng)振樁錘下沉，下沉過程中技術(shù)人員使用水準(zhǔn)儀控制鋼管頂面標(biāo)高，達(dá)到要求標(biāo)高后停止下沉。

鋼管采用法蘭盤連接時(shí)，將焊縫上下30mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污、水和雜物清除干凈，焊接定位點(diǎn)和施焊對(duì)稱進(jìn)行，露天焊接時(shí)，應(yīng)考慮陽光照射所造成的鋼管彎曲，環(huán)境溫度低于-10℃時(shí)不宜焊接。鋼管柱采用多層焊，焊完每一層后，及時(shí)清除焊渣，并做外觀檢查，每一層焊縫均應(yīng)錯(cuò)開。當(dāng)采用焊接連接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制其對(duì)接的精確度，安裝時(shí)嚴(yán)格控制鋼管的傾斜度小于0.1%。

鋼管采用法蘭盤連接時(shí)，法蘭盤結(jié)合處應(yīng)密貼，法蘭螺栓應(yīng)對(duì)稱逐個(gè)擰緊，并加設(shè)彈簧墊圈或加焊，錘擊時(shí)采取有效措施防護(hù)螺栓松動(dòng)。

4.2 橫梁

大橫梁采用兩根40a型工字鋼如圖1所示焊接拼接，焊縫飽滿。

鋼管柱頂焊接截面尺寸80×80cm、厚度10mm的鋼板，鋼板與鋼管柱之間設(shè)置斜向支撐。鋼板上放置40a型工字鋼，鋼板與40a工字鋼焊接斜向支撐，防止工字鋼位移。

4.3 貝雷片安裝

在鋼管柱和橫梁安裝完畢并經(jīng)過檢查驗(yàn)收合格后，進(jìn)行貝雷片吊裝。貝雷片的吊裝有兩種方法。在場(chǎng)地條件好，貝雷片不長(zhǎng)并且塔吊或吊車有足夠的起吊能力的情況下，可在地面預(yù)先拼接貝雷片，整聯(lián)雙排進(jìn)行吊裝，如果場(chǎng)地條件不好，貝雷片又過長(zhǎng)，塔吊或吊車的起吊能力有限時(shí)，可將雙排貝雷片縱向分為幾節(jié)，分段吊裝拼接。具體安裝順序?yàn)橄鹊跹b順橋向中間貝雷片，后對(duì)稱吊裝兩邊的貝雷片，吊裝完成后，用角鋼將貝雷片橫向連接，增強(qiáng)貝雷片的橫向剛度。吊裝作業(yè)必須有專人指揮，起吊和下落須平穩(wěn)，避免對(duì)立柱等結(jié)構(gòu)造成沖擊，以確保安全。

4.4 棧橋上部結(jié)構(gòu)

橋面板采取16號(hào)型鋼上鋪設(shè)鋼板，先用吊機(jī)吊裝型鋼，卡箍固定，再吊裝鋼板，最后安裝護(hù)欄立桿、護(hù)欄扶手以及涂刷油漆。每孔上部結(jié)構(gòu)橋面板間留伸縮縫，防止熱脹冷縮引起橋面板變形。

4.5 支架預(yù)壓

安裝模板前，要對(duì)支架進(jìn)行壓預(yù)。支架預(yù)壓的目的：（1）檢驗(yàn)支架及鋼管樁基礎(chǔ)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，確保施工安全。（2）消除整個(gè)支架的塑性變形，消除地基的沉降變形，測(cè)量出支架的彈性變形，有利于橋面線形控制。

5 結(jié)語

采用鋼管樁作為基礎(chǔ)的鋼管立柱法，能較好地解決軟基基礎(chǔ)處理問題，且材料可回收利用，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊文淵，徐.橋梁施工工程師手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2] 天津市市政工程局.道路橋梁工程施工手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

作者簡(jiǎn)介：駱桂蘭（1981—），女，湖北赤壁人，北京中交京緯公路造價(jià)技術(shù)有限公司工程師，研究方向：路橋施工管理；胡雄剛（1979—），男，湖北咸寧人，中天路橋有限公司工程師，研究方向：路橋施工管理；胡曉芳（1981—），女，湖北松滋人，中天路橋有限公司工程師，研究方向：路橋施工管理。