拋石區(qū)現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計(jì)及應(yīng)用

沈友梁,臧 駿,秦小鋒

(1.中交(汕頭)東海岸新城投資建設(shè)有限公司,廣東汕頭 515041；2. 中交第二航務(wù)工程局有限公司,湖北武漢 430000)

拋石區(qū)現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計(jì)及應(yīng)用

沈友梁1,臧 駿2,秦小鋒2

(1.中交(汕頭)東海岸新城投資建設(shè)有限公司,廣東汕頭 515041；2. 中交第二航務(wù)工程局有限公司,湖北武漢 430000)

針對(duì)外砂河大橋48#～49#墩現(xiàn)澆箱梁的具體情況,分析比選了常用的現(xiàn)澆箱梁的支架的優(yōu)缺點(diǎn),確定采用鋼立柱+321貝雷片整垮跨越的結(jié)構(gòu)形式,并且采用相關(guān)技術(shù)措施分析解決了321貝雷梁承載力及變形過大的技術(shù)難題。工程實(shí)踐證明：該支架結(jié)構(gòu)形式拋石區(qū)現(xiàn)澆箱梁施工中具備較好的安全性及經(jīng)濟(jì)性。

現(xiàn)澆箱梁；拋石區(qū)；支架

1 工程概況及重難點(diǎn)分析

外砂河大橋全長(zhǎng)1 880.6 m,橋面寬40 m(左右幅),雙向8車道。主橋?yàn)?1 m+108 m+61 m的三跨梁拱組合結(jié)構(gòu),互通引橋?yàn)楝F(xiàn)澆箱梁,其中48#～49#墩現(xiàn)澆箱梁跨度 28 m, 橋面寬22.75～23.506 m,為單箱四室結(jié)構(gòu),梁高1.9 m,腹板寬0.5～0.8 m,頂板厚0.28～0.5 m,底板厚0.26～0.5 m。橋型布置見圖1。

圖1 橋型布置圖(單位:cm)

其主要重難點(diǎn)如下：

(1)海堤為新進(jìn)吹填形成,基礎(chǔ)固結(jié)沉降尚未完成,采用滿堂支架存在傾覆的風(fēng)險(xiǎn)［1］,而且48#～49#墩位于海堤外側(cè),在臺(tái)風(fēng)期,存在被海浪襲擊的風(fēng)險(xiǎn),滿堂腳手架很難承受臺(tái)風(fēng)期波浪荷載,所以不能采用滿堂腳手架施工工藝。

(2)48#～49#墩位于拋石區(qū),拋石厚度6～8 m不等,重量0.2～1 t,所以采用在跨中設(shè)置基礎(chǔ)的少支點(diǎn)支架工藝需要解決穿過拋石問題。

(3)橋下凈空小,僅有8 m,無法滿足吊車在橋下作業(yè)的需要,所以采用鋼立柱+大跨度的鋼桁架梁整垮跨越的方式需要解決起重吊裝的問題。

2 現(xiàn)澆箱梁支架比選

參考其他類似工程,列舉了以下三種在技術(shù)上可行的現(xiàn)澆箱梁支架方案,并在進(jìn)行使用性和經(jīng)濟(jì)性比較,確定最優(yōu)施工方案為鋼立柱+321貝雷梁支架方案,見表1。

3 鋼立柱+321型貝雷梁現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)

根據(jù)表1分析,鋼立柱+321貝雷梁的結(jié)構(gòu)形式具備較好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性,但是必須解決貝雷梁變形的問題(承載力可以通過增加貝雷片數(shù)量解決)。解決變形最有效的方式是減少貝雷梁的跨度。

3.1 增設(shè)斜立柱,減少貝雷梁的跨度

通過增加兩排斜立柱,將貝雷梁的跨度為3 m+ 18 m+3 m的三跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu),見圖2。

利用Midas建模計(jì)算［2］。貝雷梁的最大變形為37 mm＜18 000/400=45 mm［3］,變形滿足施工要求。支點(diǎn)反力見表2。

最大上拔力-1 543.0 kN(后排直立柱),最大壓力3 489.7 kN(前排斜立柱),最大彎矩3 389.6 kN·m (前排斜立柱)。顯然通過在承臺(tái)安裝預(yù)埋件固定鋼立柱無法承擔(dān)如此巨大的的荷載。主要原因是由于橋下凈空偏矮,斜立柱在角度72°時(shí),僅將貝雷梁的跨度減小為3 m+18 m+3 m,邊跨跨度遠(yuǎn)小于中跨,導(dǎo)致直立柱需要提供抗拔力,而斜立柱不僅要承擔(dān)箱梁混凝土荷載,還需要平衡直立柱的上拔力。由于直立柱受上拔力,斜立柱向下的壓力,由于偏距(斜立柱傾斜)的影響,會(huì)在柱腳產(chǎn)生較大的彎矩。

通過增加斜立柱可以很好的解決貝雷梁變形過大的問題,但是由于橋下凈空偏矮的原因,導(dǎo)致柱腳處出現(xiàn)較大的上拔力和彎矩,而且超過柱腳預(yù)埋件的承受能力,所以必須采取措施減少柱腳的反力。

表1 三種支架方案比選

圖2 增設(shè)斜立柱結(jié)構(gòu)示意圖(單位:mm)

表2 支點(diǎn)反力

3.2 斜立柱之間設(shè)置內(nèi)撐,平衡柱腳反力

為減小柱腳反力,常用的方式是在墩柱與支架之間設(shè)置扶墻,見圖3。在+8.000 m(第一層平聯(lián)位置)處設(shè)置φ426×12的扶墻。

圖3 支架與墩柱支架設(shè)置扶墻示意圖

通過Midas計(jì)算,扶墻處水平方向支反力Fx為2 295 kN,對(duì)墩柱根部的彎矩為11 475 kN·m。很顯然,墩柱無法承受如此大的彎矩荷載,必須采取其他措施。

根據(jù)分析,最終確定在斜立柱之間增加內(nèi)撐平衡柱腳反力。在+6.500 m和+8.000 m分別設(shè)置兩道φ426×12的鋼管內(nèi)撐,并采用2I25的型鋼將兩道鋼管內(nèi)撐連接成一個(gè)桁架體系,增加穩(wěn)定性,見圖4。

利用midas建模計(jì)算。貝雷梁的最大變形為31 mm＜18 000/400=45 mm［1］,變形滿足施工要求。支點(diǎn)反力見表3。

表3 增設(shè)內(nèi)撐后支點(diǎn)反力

根據(jù)表3顯示,最大上拔力-375.2 kN(后排直立柱),最大壓力2 862.2 kN(前排斜立柱),最大彎矩303.6 kN·m(前排斜立柱)。顯然通過在斜立柱之間增設(shè)φ426×12的鋼管內(nèi)撐可以顯著降低柱腳的上拔力及彎矩,采用承臺(tái)上安裝預(yù)埋件錨固鋼立柱可滿足承載力要求。

4 鋼立柱+321型貝雷梁支架實(shí)施效果

4.1 技術(shù)質(zhì)量方面

(1)通過計(jì)算分析,鋼立柱+321型貝雷梁支架形式變形及承載力均滿足規(guī)范及施工要求,支架安全可靠。通過設(shè)置斜立柱減小貝雷梁跨度,確保貝雷梁變形在容許范圍內(nèi)。通過設(shè)置內(nèi)撐平衡由于設(shè)置斜立柱而導(dǎo)致過大的柱腳彎矩和上拔力,確保支架安全可靠。

(2)鋼立柱+321型貝雷梁支架形式所有的材料均為標(biāo)準(zhǔn)化的小型構(gòu)件,可周轉(zhuǎn)使用,而且對(duì)起重吊裝要求低。支架施工可操作性強(qiáng)。

(3)該種支架結(jié)構(gòu)不需要在跨中設(shè)置基礎(chǔ),可避免在拋石區(qū)中施工基礎(chǔ)樁,確保施工工期可控。

鋼立柱+321型貝雷梁支架現(xiàn)場(chǎng)見圖5。

圖5 鋼立柱+321型貝雷梁支架現(xiàn)場(chǎng)施工效果

4.2 經(jīng)濟(jì)效果

根據(jù)經(jīng)濟(jì)性比較,采用鋼立柱+321型貝雷梁結(jié)構(gòu)相對(duì)另外兩種支架方案,單跨單幅支架可節(jié)省成本23.9～41.1萬,單項(xiàng)成本節(jié)約率50%以上。

5 結(jié)論

鋼立柱+321型貝雷梁現(xiàn)澆箱梁支架結(jié)構(gòu)形式在橋下空間有限,且無法采用滿堂腳手架的現(xiàn)澆箱梁施工中具備較好的經(jīng)濟(jì)性和操作性。如橋下凈空有限的軟土地基中現(xiàn)澆箱梁施工、水中現(xiàn)澆箱梁施工、拋石區(qū)現(xiàn)澆箱梁施工等。該支架結(jié)構(gòu)具備以下優(yōu)點(diǎn),可在類似工程中應(yīng)用。

(1)采用321型貝雷梁作大跨度支架的主梁,采用標(biāo)準(zhǔn)小型構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)散拼,可操作性強(qiáng)。

(2)通過設(shè)置斜立柱減少貝雷梁的跨度,確保主梁的變形可控,滿足施工及規(guī)范的要求。

(3)通過設(shè)置內(nèi)撐,平衡由于設(shè)置斜立柱而導(dǎo)致過大的柱腳彎矩和上拔力,確保支架安全可靠。

［1］ 金萬福，朱云.支架法現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁施工方法及對(duì)比分析［J］.西北水電，2011(3):48-52.

［2］ 陳云輝.大跨度鋼管樁貝雷梁組合支架設(shè)計(jì)與受力分析［J］.西部交通科技，2014(7):35-37，80.

［3］ JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.

U445

B

1009-7716(2015)09-0143-03

2015-05-06

沈友梁(1975-),男,江西九江人,工程師,從事路橋工程施工技術(shù)管理工作。