變截面現(xiàn)澆箱梁組合式支架設(shè)計(jì)

隋君華，魏海龍(中交二公局第二工程有限公司)

變截面現(xiàn)澆箱梁組合式支架設(shè)計(jì)

隋君華，魏海龍
(中交二公局第二工程有限公司)

摘要:以變截面現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計(jì)為例，運(yùn)用了鋼管貝雷與碗扣式腳手架組合的支架結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)介紹了支架方案的確定、支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、支架結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算以及不穩(wěn)定土體上鉆孔樁基礎(chǔ)在支架中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:碗扣式腳手架;鋼管貝雷;鉆孔灌注樁

中圖分類號(hào):U442

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C

文章編號(hào):1008－3383(2015)04－0103－02

支架現(xiàn)澆是常見(jiàn)的一種橋梁施工方法，不同的橋梁結(jié)構(gòu)，所采用的支架形式也各不相同。常用的支架結(jié)構(gòu)主要有落地式滿堂支架、梁柱式支架、組合式支架等。支架形式不同，其優(yōu)缺點(diǎn)也有各不相同，具體支架形式以箱梁外形、地形地貌、地質(zhì)條件等條件確定。支架的設(shè)計(jì)滿足承載力、變形和規(guī)范要求。

1　工程概況

江蘇省南京市寧高城際軌道交通二期工程石臼湖特大橋跨南岸大堤段515#～518#墩為三跨現(xiàn)澆連續(xù)變截面箱梁，其跨徑布置為39．72 +60 +39．72 =139．44 m。其中兩邊跨位于水中，中跨位于大堤陸地范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)里程樁號(hào)DK43 + 162．08～DK43 +301．520，跨石臼湖南岸防洪堤及兩側(cè)公路平交路口。箱梁標(biāo)準(zhǔn)截面梁高最高為3．8 m，最低為2 m，頂板厚度為26 cm，腹板厚度由35 cm變化至60 cm，底板厚度由28 cm過(guò)渡至50 cm，箱梁頂寬為900 cm，底板寬度為440 cm。

跨大堤現(xiàn)澆箱梁位于兩側(cè)公路橋梁之間，箱梁兩側(cè)邊緣距離公路橋梁邊緣距離僅4．15 m，施工過(guò)程中，公路橋與輕軌橋之間相互干擾大。橋址區(qū)表層土質(zhì)為大堤道路填土，下層地質(zhì)為8～12 m的淤泥或淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，軟弱層厚，穩(wěn)定性差。施工期間，大堤又作為主要通道，交通量大，既要保證施工生產(chǎn)順利進(jìn)行，又要保證大堤正常通行。

2　方案確定

按照常規(guī)施工方法，水中部分支架采用打入式大鋼管作為基礎(chǔ)，陸地部分碗扣支架采用處理后的地面作為基礎(chǔ)。根據(jù)箱梁兩側(cè)公路橋梁基礎(chǔ)中埋設(shè)的測(cè)斜管對(duì)大堤穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大堤在施工重車荷載的反復(fù)作用下，測(cè)斜管具有非常明顯的位移。經(jīng)分析，大堤道路填土下淤泥層厚達(dá)8～12m，穩(wěn)定性差，在施工重載的反復(fù)作用下，淤泥層位移。根據(jù)公路橋梁的這一監(jiān)測(cè)結(jié)論可知，大堤陸地部分的土體穩(wěn)定性差，若采用常規(guī)的落地式碗扣支架，則施工期間存在地基沉降、支架垮塌的風(fēng)險(xiǎn)。大堤路填土密實(shí)，采用打入式鋼管樁基礎(chǔ)入土難度較大，且鋼管樁打入過(guò)程中，引起地面震動(dòng)，加劇下層淤泥層位移，存在樁基被擠偏的風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)本工程特點(diǎn)，箱梁底采用碗扣支架便于調(diào)節(jié)底模標(biāo)高，形成梁底曲線，通過(guò)貝雷片和型鋼進(jìn)行組合成碗扣支架搭設(shè)平臺(tái)，最后通過(guò)支架基礎(chǔ)將荷載傳遞到地層中。基礎(chǔ)主要分兩個(gè)部分進(jìn)行考慮，水域采用打入式鋼管樁基礎(chǔ);陸地由于軟弱下臥層較厚，下層淤泥在施工荷載作用下位移明顯，碗扣支架直接落地或者采用打入式鋼管樁基礎(chǔ)均不適用，此時(shí)選擇鉆孔灌注樁做為支架基礎(chǔ)。

3　支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程采用鋼管貝雷梁柱式與碗扣支架組合型式。施工期為保證大堤的正常通行，在大堤路設(shè)置門洞。

3．1碗扣支架設(shè)計(jì)

碗扣支架鋼管規(guī)格φ48×3．5 mm，立桿、橫桿采用30～300 cm規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件。支架縱向間距均為60 cm，橫向間距根據(jù)箱梁部位進(jìn)行布置，腹板下間距為30 cm，箱室下間距為60 cm，翼緣板下間距60 cm、90 cm，其間距組合為: (2× 90 cm +2×60 cm + 4×30 cm + 4×60 cm + 4×30 cm + 2× 60 cm +2×90 cm) =1 080 cm。為增加支架整體穩(wěn)定性，立桿之間設(shè)置橫桿，間距均為60 cm，并在縱、橫斷面設(shè)置剪刀撐。

碗扣支架頂托上面橫向采用I12．6型鋼作為橫向分配梁，上面鋪設(shè)10 cm×10 cm方木作為縱向底模分配梁，翼緣板處方木間距布置為0．25 m，箱室下方木布置間距為0．2 m，腹板下方木布置間距為0．15 m。箱梁模板主要采用15 mm厚的竹膠板，圓弧段則采用鋼模。

3．2鋼管支架設(shè)計(jì)

鋼管支架為梁柱式，共16跨，標(biāo)準(zhǔn)跨徑有3 m、6 m、7．5 m、9 m四種。主梁采用“321”型貝雷，橫橋向共布置5 組12片，兩側(cè)腹板位置一組采用3片貝雷梁，其余均為2片貝雷梁一組，貝雷梁頂部設(shè)置橫向I25a和縱向I12．6兩層分配梁，碗扣支架底座則直接扣在I12．6上。

支架基礎(chǔ)采用打入式鋼管樁和鉆孔灌注樁兩種類型，其中水域部分采用單排4根φ630×10 mm鋼管樁，陸地采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，由承臺(tái)連成整體，承臺(tái)上設(shè)置承重鋼管，樁頂采用2HN500×200型鋼連成整體。

承臺(tái)設(shè)計(jì)共有兩種，均采用C30混凝土。門洞處承臺(tái)上放兩排鋼管支撐，其寬3 m，高1 m，長(zhǎng)11 m。其余承臺(tái)上均為單排鋼管支撐，其寬b =1．5 m，高0．6 m，長(zhǎng)11 m。承臺(tái)主筋為C25@15 cm，箍筋C12@15 cm。

每個(gè)承臺(tái)下設(shè)置三根C30的鉆孔灌注樁作為樁基礎(chǔ)，樁間距為4 m，樁基直徑為1．25 m，主筋為12 C20，構(gòu)造上要求配筋穿透淤泥層，選用樁基鋼筋籠長(zhǎng)度為25 m，穿過(guò)淤泥5 m。

3．3大堤通行門洞設(shè)計(jì)

跨大堤現(xiàn)澆箱梁施工期間，為了保證大堤上車輛正常通行，跨大堤支架設(shè)置凈寬11 m、凈高5 m的門洞，具體布置見(jiàn)圖6。

4　結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

4．1支架結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

現(xiàn)澆箱梁支架采用電算和手算相結(jié)合的方式進(jìn)行，電算程序采用MIDAS結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件?，F(xiàn)澆箱梁采用一次性澆筑完成，整體進(jìn)行加載。主要考慮的荷載有:箱梁自重q1= 2．65 kN/m3;方木、模板自重q2= 1．0 kN/m3;施工人員及施工機(jī)具運(yùn)輸或堆放的荷載q3=2．5 kN/m3;振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的豎向荷載q4=2．0 kN/m3;傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的豎向荷

載q5=2．0 kN/m3。

將上述荷載進(jìn)行組合: q =1. 2×(q1+ q2) +1. 4×(q3+ q4+ q5)，分別加載到碗扣支架、大鋼管支架及通行門架的計(jì)算模型上，其最不利計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　支架最不利計(jì)算結(jié)果匯總表

4．2承臺(tái)驗(yàn)算

對(duì)承臺(tái)按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，對(duì)其抗沖切、抗剪、抗彎及局部受壓進(jìn)行驗(yàn)算。具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　承臺(tái)計(jì)算結(jié)果匯總表

4．3鉆孔灌注樁計(jì)算

陸地采用φ1．25 m鉆孔灌注樁作為支架基礎(chǔ)，均為摩擦樁。大堤施工易引起淤泥位移，將淤泥層考慮為負(fù)摩阻力。根據(jù)承臺(tái)計(jì)算可知，最不利單樁承受壓力為2 310．4 kN。擬定樁基底標(biāo)高為－21．50 m，則樁長(zhǎng)為36 m，入巖深度2．63 m。

單樁軸向受壓承載力尚需考慮樁身自重的一半作為外荷載，則單樁承受壓力為N =2 310. 4 +π×1. 252/4×25×36/2 =2 862.6 kN根據(jù)地質(zhì)資料，各有效地層的參數(shù)見(jiàn)表3。

表3　地層參數(shù)表

單樁軸向受壓承載力容許值計(jì)算為:［Ra］=3 048.3 kN＞2 862.6 kN。

按m法計(jì)算樁的內(nèi)力，根據(jù)最不利受力樁C2進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果可知，最大彎矩發(fā)生在承臺(tái)底以下2．439 m，該處Mmax=353. 96 kN·m。

根據(jù)樁基配筋12 C20進(jìn)行計(jì)算，可得截面抗壓承載力為Nu=12 219. 98 kN，Mu=2 080. 7 kN·m，滿足要求。

5　結(jié)論

為準(zhǔn)確估算支架的彈性和非彈性變形及檢驗(yàn)支架的受力性能，對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓荷載按60%、80%、100%、120%四級(jí)進(jìn)行。根據(jù)實(shí)際觀測(cè)結(jié)果可知，支架最大變形為39 mm，其中彈性變形為17 mm，非彈性變形為22 mm;支架理論計(jì)算彈性變形值為11 mm，容許彈性變形值為22．5 mm。由此可知，支架理論計(jì)算與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果存在偏差，但支架剛度滿足要求。

支架是支架現(xiàn)澆箱梁施工過(guò)程中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮支架型式的合理性、施工操作的可行性及經(jīng)濟(jì)性之外，更為重要的是結(jié)構(gòu)的安全性。本現(xiàn)澆箱梁位于陸地部分運(yùn)用鉆孔灌注樁作為支架基礎(chǔ)，成功的避免了軟弱下臥層不穩(wěn)引起的支架沉降、坍塌等風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn):

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收稿日期:2014－12－14