變曲面現(xiàn)澆箱梁組合支架施工方案

廖巧玲，薛　魁

(廣西長長路橋建設(shè)有限公司，廣西　南寧　530001)

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變曲面現(xiàn)澆箱梁組合支架施工方案

廖巧玲，薛魁

(廣西長長路橋建設(shè)有限公司，廣西南寧530001)

文章以某匝道橋現(xiàn)澆段為例，介紹了變曲面現(xiàn)澆箱梁組合支架(抱箍+鋼管樁貝雷片+滿堂支架)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算過程，為同類型現(xiàn)澆箱梁支架方案的選定提供技術(shù)參考。

變曲面現(xiàn)澆箱梁；組合支架；抱箍；鋼管樁；施工方案

0　引言

隨著高速公路及市政道路建設(shè)的快速發(fā)展，現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力箱梁被廣泛應(yīng)用，針對現(xiàn)澆箱梁工程的具體情況，采取合理的施工工藝，往往能有效節(jié)約施工成本，提高施工效率，確保現(xiàn)澆箱梁施工質(zhì)量。本文通過對某匝道橋變曲面現(xiàn)澆箱梁組合支架設(shè)計(jì)及驗(yàn)算進(jìn)行介紹總結(jié)，為類似橋梁提供有益借鑒。

1　工程概況

某匝道橋采用平縱線形設(shè)計(jì)，13#～17#墩處為預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，從該處由一個匝道變?yōu)閮蓚€匝道，為變曲面現(xiàn)澆箱梁，具體橋型布置如下頁圖1所示。

圖1　某匝道橋變曲面現(xiàn)澆段橋型布置圖

2　現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)

該匝道現(xiàn)澆段由一個匝道變?yōu)閮蓚€匝道，橋面較寬，且基礎(chǔ)位于河道上，地基較軟弱，墩柱高度在19.75～29.8 m之間，橋型較復(fù)雜。若全部采用鋼管樁基礎(chǔ)，由于地質(zhì)較差，鋼管樁入土深度要求較深，施工成本高。為降低施工安全風(fēng)險和避免大量鋼管樁施工，擬采用抱箍+鋼管樁貝雷片+滿堂支架的施工工藝。

(1)在圓柱墩中系梁上放置雙抱箍，抱箍之間用φ500mm的鋼管樁進(jìn)行連接，抱箍上放置雙拼Ⅰ63#工字鋼做作橫梁；

(2)雙拼Ⅰ63#工字鋼橫梁懸臂較長部分用雙拼[14a槽鋼(背對背)作支撐，支撐在下抱箍上，并在型鋼連接部位焊接耳朵，用插銷固定；

(3)墩柱跨中搭設(shè)間距為3m的雙排鋼管樁，樁頂采用雙拼Ⅰ40a工字鋼作橫梁；

(4)橫梁上方鋪設(shè)貝雷梁，并用間距為0.6mⅠ12a工鋼作分配梁，上方搭設(shè)5.5m高的碗扣式滿堂支架。

組合支架布置圖如圖2～3所示。

圖2　現(xiàn)澆段組合支架一般構(gòu)造圖

圖3　現(xiàn)澆段組合支架平面布置圖

3　組合支架驗(yàn)算

為驗(yàn)證組合架的可行性，需對支架關(guān)鍵部位進(jìn)行以下驗(yàn)算：組合支架建模驗(yàn)算，雙排鋼管樁驗(yàn)算，抱箍和螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算，中系梁承載力驗(yàn)算。滿堂支架驗(yàn)算本文不予介紹。

3.1組合支架建模驗(yàn)算

該變曲面現(xiàn)澆段為一整聯(lián)，長86.4m。由于現(xiàn)澆段較長，需分跨分層進(jìn)行混凝土澆筑，故分跨建模進(jìn)行驗(yàn)算。該現(xiàn)澆段13#～14#墩之間橋型最復(fù)雜，取該跨進(jìn)行驗(yàn)算。

(1)箱梁自重

經(jīng)計(jì)算，該跨箱梁體積為288m3，鋼筋混凝土容重按26kN/m3計(jì)算，則箱梁重量為：G1=288×26=7 488 kN。

(2)滿堂支架及模板荷載

經(jīng)計(jì)算，滿堂支架自重取75 kg/m2，箱梁內(nèi)模板及底模模板系統(tǒng)自重取40 kg/m2，則滿堂支架及模板荷載重量為：

G2=(75+40)×20.8×21=50 232 kg=502.3 kN。

(3)施工荷載

由于施工面積大，施工人員、機(jī)具、材料及其它臨時荷載+振搗荷載按2.5 kN/m2計(jì)算，則施工荷載為：G3=2.5×20.8×21=1 092 kN。

(4)支架自重

支架自重G4由Midas軟件自行計(jì)算。

(5)荷載組合

G=1.2 G1+1.2 G2+1.2 G4+1.4 G3。

建立Midas模型，如圖4所示，將所有荷載按梁單元荷載加載到分配梁上，模擬變曲線荷載，如圖5所示。

圖4　現(xiàn)澆支架Midas模型圖

圖5　分配梁梁單元荷載示意圖

通過建模驗(yàn)算，支架內(nèi)力均滿足要求，抱箍承受的最大支點(diǎn)反力為：1 065.3 kN，鋼管樁承受的最大支點(diǎn)反力為：630.5 kN。

3.2雙排鋼管樁驗(yàn)算

3.2.1鋼管樁入土深度驗(yàn)算

鋼管樁采用φ500mm、壁厚為8mm的鋼管。根據(jù)現(xiàn)澆段所處地質(zhì)情況，粉質(zhì)黏土底層標(biāo)高為：12.5m；強(qiáng)風(fēng)化互層狀粉細(xì)砂巖頁巖底層標(biāo)高為：-7.5m；13#～14#墩跨中地面線標(biāo)高為：16.870m。

由公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，假設(shè)鋼管樁入土深度為11.5m，由公式(1)：

(1)

乘以0.7的安全系數(shù)，則：R=0.7 Ra=657.293 kN>630.5 kN。

式中：Ra——單樁軸向受壓承載力容許值；

u——樁身周長；

n——土的層數(shù)，值為2；

li——局部沖刷線以下各土層的厚度；

qik——與li對應(yīng)的各土層與樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，q1k=40 kPa、q2k=140 kPa；

qrk——樁端處土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值，為600 kPa；

αi、αr——分別為振動沉樁對各土層樁側(cè)摩阻力和樁端承載力的影響系數(shù)，α1=0.7、α2=1、αr=1。

故當(dāng)鋼管樁入土深入達(dá)11.5 m時，鋼管樁承載力滿足要求。

3.2.2鋼管樁穩(wěn)定性驗(yàn)算

鋼管樁從地面線到樁頂?shù)母叨葹?7.6 m，由于鋼管樁搭設(shè)高度較高，鋼管樁的穩(wěn)定性必須滿足規(guī)范要求，故該組合支架在跨中設(shè)置雙排鋼管樁，其穩(wěn)定性驗(yàn)算根據(jù)《建筑施工臨時支撐結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》，不組合風(fēng)荷載時：

(2)

式中：

N——立柱軸力設(shè)計(jì)值；

φ——軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；

A——立柱截面積；

f——鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，為140 MPa。

(1)鋼管樁截面特性計(jì)算

(2)軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算

利用Midas建立鋼管樁計(jì)算模型，在每根鋼管樁頂部施加單位荷載，進(jìn)行屈曲分析，求出臨界荷載系數(shù)，乘以單位荷載即為單根鋼管樁的臨界荷載，見圖6。

圖6　鋼管樁Midas模型圖

臨界荷載：Pcr=2 801 kN；

根據(jù)《建筑施工臨時支撐結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》查表得出鋼管樁軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)：φ=0.629。

由公式(2)，N=φAf=1.088 kN>630.5 kN

故鋼管樁穩(wěn)定性滿足要求。

3.3抱箍驗(yàn)算

抱箍采用A3鋼，厚度2 cm，高度1 m，直徑1.8 m，設(shè)置有螺栓平臺，每邊有24個螺栓孔，共48個。抱箍分兩片拼裝，抱箍與墩柱這間加設(shè)一層10 mm橡膠墊，目的是增加抱箍與墩柱之間的摩擦力。抱箍之間用8.8級M27高強(qiáng)螺栓緊固。見圖7。

圖7　抱箍受力分析示意圖

抱箍體所承受的壓力N1、N2為現(xiàn)澆箱梁及其以上所有荷載產(chǎn)生的合力，用抱箍體支承上部荷載，抱箍桶壁與墩柱之間產(chǎn)生的摩擦力f抵抗壓力N1、N2，由f=μN(yùn)知，f由作用在抱箍桶上的垂直壓力產(chǎn)生，采用抱箍桶之間的高強(qiáng)螺栓的拉力T對抱箍桶施加壓力。

3.3.1螺栓數(shù)目計(jì)算

(3)

式中：P——M27高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力，為300 kN；

μ——墩柱與抱箍之間的摩擦系數(shù)，為0.2；

n——傳力摩擦面數(shù)目，為1；

K——安全系數(shù)，取1.7。

按照最不利原則，假設(shè)抱箍體的兩扇半圓不平衡受力，豎向壓力1 065.3 kN均由鋼抱箍一側(cè)24根8.8級M27螺栓組的抗剪力產(chǎn)生，由式(3)求出：

故抱箍數(shù)目滿足豎向荷載的抗剪力要求。

3.3.2抱箍應(yīng)力計(jì)算

故抱箍應(yīng)力滿足要求。

3.3.3螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算

螺栓公稱直徑為27 mm，螺栓連接的軸承受的拉應(yīng)力：

故高強(qiáng)螺栓強(qiáng)度滿足要求。

3.4中系梁承載力驗(yàn)算

抱箍施工存在著許多不確定的因素，為保證支架整體的穩(wěn)定性，將抱箍放置在中系梁上，需驗(yàn)算中系梁的承載力，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，由公式：

(4)

式中：ft——C30混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，為1.57 MPa；

b——中系梁截面寬度，1.4 m；

h0——中系梁截面的有效高度，為1.6 m；

fy——箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，為300 MPa；

As——配置在同一截面內(nèi)箍筋各肢的全部截面面積；

s——沿構(gòu)件長度方向的箍筋間距，為0.2 m。

中系梁抗剪能力主要由φ8圓箍筋承受，假設(shè)箍筋受剪破壞角度為斜向45度，取8根φ8箍筋進(jìn)行抗剪驗(yàn)算，φ8箍筋截面積為50.3mm2，由公式(4)得出：VCS=4 876 kN>1 065.3 kN。

所以，中系梁能承受支架上部荷載，即使抱箍失穩(wěn)，支架的整體穩(wěn)定性也能得到保障。

4　變曲面現(xiàn)澆支架的處理

在抱箍螺栓平臺上放置雙拼Ⅰ63#工字鋼做橫梁，沿著橋面彎曲方向，工字鋼橫梁懸臂較長，最長為6.7 m。對于雙拼Ⅰ63#工字鋼懸臂部分用雙拼[14 a槽鋼(背對背)作支撐，在型鋼連接部位焊接耳朵，用插銷固定，頂住上方支架荷載，雙拼Ⅰ63#工字鋼橫梁之間用雙拼Ⅰ25 a工字鋼連接，如圖8所示。

圖8　雙拼63號工鋼懸臂部分處理示意圖

5　結(jié)語

(1)采用雙抱箍雖增加了施工難度，但由于各墩柱樁系梁標(biāo)高不一致，每個墩柱上設(shè)置雙抱箍可使貝雷梁高度在一個平面上，且能更好地處理雙拼Ⅰ63#工字鋼懸臂部分。

(2)由于支架搭設(shè)高度較高，跨中采用雙排鋼管樁，能有效保證鋼管樁的穩(wěn)定性，分?jǐn)偢麂摴軜兜呢Q向力，減小鋼管樁入土深度。

(3)現(xiàn)澆段采用組合支架進(jìn)行施工，施工難度有所提高，但能充分利用抱箍及鋼管樁的優(yōu)勢，節(jié)約施工成本。

[1]GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]JGJ 300-2013，建筑施工臨時支撐結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范[S].

Combination Stent Construction Program of Variable Surface In-situ Box Girder

LIAO Qiao-ling，XUE Kui

(Guangxi Changchang Road and Bridge Construction Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001)

Taking the in-situ segment of a ramp bridge as the example，this article introduced the combination stent(hoop+steel-tube pile Bailey+full stent) design and checking process of variable surface in-situ box girder，thereby providing the technical reference for the stent program selection of the same type of in-situ box girder.

Variable surface in-situ box girder；Combination stent；Hoop；Steel-tube pile；Construction program

U448.21+3

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.07.019

1673-4874(2016)07-0073-05

2016-06-05

廖巧玲(1988—)，助理工程師，研究方向：公路橋梁施工管理；

薛魁(1989—)，助理工程師，研究方向：公路橋梁施工管理。