沈友梁,臧 駿,秦小鋒

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

拋石區(qū)現澆箱梁支架設計及應用

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有限公司,廣東汕頭 515041；2. 中交第二航務工程局有限公司,湖北武漢 430000)

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

現澆箱梁；拋石區(qū)；支架

1 工程概況及重難點分析

外砂河大橋全長1 880.6 m,橋面寬40 m(左右幅),雙向8車道。主橋為61 m+108 m+61 m的三跨梁拱組合結構,互通引橋為現澆箱梁,其中48#～49#墩現澆箱梁跨度 28 m, 橋面寬22.75～23.506 m,為單箱四室結構,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)

其主要重難點如下：

(1)海堤為新進吹填形成,基礎固結沉降尚未完成,采用滿堂支架存在傾覆的風險［1］,而且48#～49#墩位于海堤外側,在臺風期,存在被海浪襲擊的風險,滿堂腳手架很難承受臺風期波浪荷載,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,所以采用在跨中設置基礎的少支點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上可行的現澆箱梁支架方案,并在進行使用性和經濟性比較,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型貝雷梁現澆支架設計

根據表1分析,鋼立柱+321貝雷梁的結構形式具備較好的實用性和經濟性,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)梁結構,見圖2。

利用Midas建模計算［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)。顯然通過在承臺安裝預埋件固定鋼立柱無法承擔如此巨大的的荷載。主要原因是由于橋下凈空偏矮,斜立柱在角度72°時,僅將貝雷梁的跨度減小為3 m+18 m+3 m,邊跨跨度遠小于中跨,導致直立柱需要提供抗拔力,而斜立柱不僅要承擔箱梁混凝土荷載,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,會在柱腳產生較大的彎矩。

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,導致柱腳處出現較大的上拔力和彎矩,而且超過柱腳預埋件的承受能力,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 增設斜立柱結構示意圖(單位:mm)

表2 支點反力

3.2 斜立柱之間設置內撐,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置扶墻,見圖3。在+8.000 m(第一層平聯(lián)位置)處設置φ426×12的扶墻。

圖3 支架與墩柱支架設置扶墻示意圖

通過Midas計算,扶墻處水平方向支反力Fx為2 295 kN,對墩柱根部的彎矩為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。

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

利用midas建模計算。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。支點反力見表3。

表3 增設內撐后支點反力

根據表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φ426×12的鋼管內撐可以顯著降低柱腳的上拔力及彎矩,采用承臺上安裝預埋件錨固鋼立柱可滿足承載力要求。

4 鋼立柱+321型貝雷梁支架實施效果

4.1 技術質量方面

(1)通過計算分析,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。通過設置斜立柱減小貝雷梁跨度,確保貝雷梁變形在容許范圍內。通過設置內撐平衡由于設置斜立柱而導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準化的小型構件,可周轉使用,而且對起重吊裝要求低。支架施工可操作性強。

(3)該種支架結構不需要在跨中設置基礎,可避免在拋石區(qū)中施工基礎樁,確保施工工期可控。

鋼立柱+321型貝雷梁支架現場見圖5。

圖5 鋼立柱+321型貝雷梁支架現場施工效果

4.2 經濟效果

根據經濟性比較,采用鋼立柱+321型貝雷梁結構相對另外兩種支架方案,單跨單幅支架可節(jié)省成本23.9～41.1萬,單項成本節(jié)約率50%以上。

5 結論

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

(1)采用321型貝雷梁作大跨度支架的主梁,采用標準小型構件在現場散拼,可操作性強。

(2)通過設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)通過設置內撐,平衡由于設置斜立柱而導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.支架法現澆簡支箱梁施工方法及對比分析［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計與受力分析［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管理工作。