跨石油管廊鋼箱拱橋主梁現(xiàn)澆支架方案研究

曾 利 劉建武 胡堯慶

(1.浙錨科技股份有限公司 杭州 311400； 2.中國(guó)鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司 天津 300300)

支架法[1]現(xiàn)澆主梁施工方法在新建城市橋梁中得到廣大施工者的青睞，支架體系設(shè)計(jì)不僅需要對(duì)支架本身的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，還需結(jié)合施工場(chǎng)地實(shí)際情況(地質(zhì)條件、交通、地下管線、周圍建筑)合理運(yùn)用，為此，根據(jù)施工場(chǎng)地實(shí)際情況設(shè)計(jì)一種滿足施工要求的支架是橋梁得以順利施工的前提。

1 工程背景

跨石油管廊拱橋總長(zhǎng)200 m，橋型為35 m+130 m+35 m的三跨一拱鋼筋混凝土系桿拱橋結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)，為下承式單肋拱橋，與管廊斜交，交角約66°。

圖1 主橋橋型布置立面圖(單位：m)

主梁為鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)梁，130 m中跨上跨管廊橋，主梁底距管廊橋面6.94 m。管廊橋共2跨，總長(zhǎng)40 m，總寬度42.5 m，采用鉆孔樁(樁長(zhǎng)25 m)基礎(chǔ)，橫向布置3排，樁頂設(shè)墩蓋梁和臺(tái)蓋梁，梁體采用空心板梁，橋梁兩側(cè)設(shè)漿砌塊石擋墻。管廊內(nèi)外布設(shè)多條管道，主要有：工業(yè)用油管、高壓天然氣管、污水管、自來(lái)水管、10 kV電力管、工業(yè)管等，共計(jì)21條。

根據(jù)地質(zhì)資料，管廊橋基礎(chǔ)樁頂以下20 m范圍內(nèi)為淤泥質(zhì)黏性土，樁端以上5 m為中密粉砂(樁在粉砂層側(cè)摩阻為65 kPa，樁端阻力為3 500 kPa),樁徑1.2 m，由沉樁承載力容許值計(jì)算得單樁豎向承載力特征值[Ra]=2 590 kN。

現(xiàn)澆主梁荷載包含：主梁自重7 696 kN、模板自重1 875 kN、人機(jī)料及施工荷載4.5 kN/m2。

2 跨石油管廊支架方案比選

主梁跨石油管廊支模架是主梁施工的重點(diǎn)，擬采用的支架方案[2-5]有4種，分別是：①滿堂碗扣支架；②鋼管柱+貝雷梁支架；③鋼管柱+新型組合桿件支架；④新型組合桿件+碗扣支架。下面分別對(duì)這4種支架型式進(jìn)行分析比較。

2.1 滿堂碗扣支架

滿堂碗扣支架圖見(jiàn)圖2。

圖2 滿堂碗扣支架

主梁跨2跨石油管廊，使用滿堂碗扣支架將主梁施工期荷載附加在管廊頂板上，管廊橋頂板為2×20 m跨徑布置的連續(xù)板，頂板能否承受滿堂碗扣支架傳過(guò)來(lái)的混凝土自重及施工荷載是該方案應(yīng)用的關(guān)鍵。

1) 樁承載力。

Ra=2 590×16=41 440 kN>1.2×9 571+1.4×4.5×12.2×40=14 559.6 kN

(1)

式中:Ra為16根樁樁基豎向承載力特征值總和，kN。

2) 管廊頂板按單向連續(xù)板受彎配筋。

(2)

(3)

式中:M支為中墩支座彎矩，kN·m；As為鋼筋截面面積，mm2；fy為鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa；h0為板截面有效高度，mm；n為鋼筋根數(shù)。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，管廊頂板實(shí)際配HRB400主筋210根，不滿足承載要求。因此，滿堂碗扣支架方案不可行。

2.2 鋼管柱+貝雷梁支架

鋼管柱+貝雷梁支架圖見(jiàn)圖3。

圖3 鋼管柱+貝雷梁支架

為了達(dá)到對(duì)比效果，貝雷梁的橫向布置間距與后幾種支架類型保持一致。在1.2倍主梁自重+1.4倍施工活載作用下做靜力分析，貝雷梁Z方向變形見(jiàn)圖4，貝雷梁梁?jiǎn)卧獞?yīng)力見(jiàn)圖5。

圖4 貝雷梁Z方向變形圖(單位：mm)

圖5 貝雷梁梁?jiǎn)卧獞?yīng)力圖(單位：MPa)

分析結(jié)果顯示跨中最大豎向位移值為98 mm>跨徑/400=20 000/400=50 mm；梁?jiǎn)卧獞?yīng)力最大值為889 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)貝雷梁的屈服強(qiáng)度；綜合變形及梁?jiǎn)卧獞?yīng)力，說(shuō)明該支架類型不滿足要求，無(wú)法使用。

2.3 鋼管柱+新型組合桿件支架

鋼管柱+新型組合桿件支架見(jiàn)圖6。

圖6 鋼管柱+新型組合桿件支架

該支撐體系后期拆除極為困難，且拆除過(guò)程中有極大安全隱患。因此，鋼管柱+新型組合桿件支架方案也不可行。

2.4 新型組合式桿件+碗扣支架

新型組合式桿件+碗扣支架見(jiàn)圖7。

圖7 新型組合桿件+碗扣支架

同樣在1.2倍主梁自重+1.4倍施工活載作用下做靜力分析，Z方向變形見(jiàn)圖8，梁?jiǎn)卧獞?yīng)力見(jiàn)圖9。

圖8 新型組合桿件Z方向變形圖(單位：mm)

圖9 新型組合桿件梁?jiǎn)卧獞?yīng)力圖(單位：MPa)

分析結(jié)果顯示跨中最大豎向位移值為28 mm<跨徑/400=20 000/400=50 mm；梁?jiǎn)卧獞?yīng)力最大值發(fā)生在中間支座處為353 MPa，小于375 MPa設(shè)計(jì)強(qiáng)度，跨中的梁?jiǎn)卧獞?yīng)力為126 MPa；綜合變形及梁?jiǎn)卧獞?yīng)力，說(shuō)明該支架滿足要求，可以使用。

相較于其他3種支撐體系，該新型組合式桿件搭設(shè)簡(jiǎn)單、安拆方便[6]，且能確保管廊安全穩(wěn)定。

匯總跨石油管廊支架方案優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 跨石油管廊支架方案比選匯總表

綜上，通過(guò)方案比選最終確定采用新型組合式桿件+碗扣支架形式跨越石油管廊。

3 新型組合式桿件+碗扣支架應(yīng)用

3.1 總體布置

支架縱橋向間距為0.6 m，縱向布置立面圖見(jiàn)圖10，采用1.2 m標(biāo)準(zhǔn)步距。中墩加厚實(shí)心段橫橋向間距組合為0.6 m+0.9 m×2+0.6 m×2+0.3 m×20+0.6 m×2+0.9 m×2+0.6 m，底腹板采用0.3 m小橫桿加密。其余部位橫橋向間距組合均為0.6 m+0.9 m×2+0.6 m×14+0.9 m×2+0.6 m，見(jiàn)圖11，底腹板采用0.6 m標(biāo)準(zhǔn)間距。所有翼緣板下支架橫向間距均為0.9 m，翼緣板外側(cè)設(shè)通道，寬度為0.6 m。

圖10 主梁支架縱向布置立面圖(單位：mm)

圖11 跨石油管廊支架橫向布置圖(單位：mm)

3.2 跨石油管廊支架

采用新型組合式桿件上部接碗扣支架的支架結(jié)構(gòu)形式跨越石油管廊橋，新型組合桿件單件長(zhǎng)4.0 m，高2.0 m，共計(jì)布設(shè)21榀，每榀設(shè)10片，單榀長(zhǎng)度40 m，榀間距布置組合見(jiàn)圖11,總寬度為12.6 m。

3.3 控制要點(diǎn)

沿管廊墩臺(tái)中心設(shè)置3座鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)(見(jiàn)圖12)，條形基礎(chǔ)截面尺寸為0.8 m×0.8 m，長(zhǎng)約20 m。根據(jù)支架設(shè)計(jì)圖在條形基礎(chǔ)上標(biāo)記新型組合桿件中心位置，安放鋼墊板，從中間條形基礎(chǔ)依次吊裝。吊裝完成后及時(shí)進(jìn)行底、豎花窗安裝連接，并在下弦桿兩側(cè)安裝限位桿，防止桿件橫向移動(dòng)。組合桿件支架底部設(shè)置橫聯(lián)，頂部利用工字鋼分配梁加強(qiáng)橫梁，橫聯(lián)與組合桿件弦桿均采用U形卡扣連接，見(jiàn)圖13。

圖12 條形基礎(chǔ)上組合桿件布置圖

圖13 弦桿與工字鋼U形卡扣連接要點(diǎn)圖

4 結(jié)論

1) 既有連續(xù)管廊空心板承載不足，無(wú)法滿足現(xiàn)澆主梁恒載與施工荷載作用。因此，滿堂碗扣支架方不可行。

2) midas有限元計(jì)算結(jié)果顯示，貝雷梁弦桿強(qiáng)度不足，故否定了鋼管柱+貝雷梁支架方案。

3) 根據(jù)搭設(shè)、拆除方便與否，否定了鋼管柱+新型組合桿件支架方案。

4) midas有限元計(jì)算結(jié)果顯示新型組合桿件強(qiáng)度及剛度均滿足要求。

5) 在跨度、支架橫向布置、用鋼量、荷載及邊界條件相同的情況下，新型組合桿件的承載能力約為貝雷梁的2倍。

從主梁施工結(jié)果來(lái)看，新型組合桿件+碗扣支架方案的成功運(yùn)用，保證了跨石油管廊施工安全，同時(shí)有效保證了主梁線形。