郭子學(xué)

（保利長(zhǎng)大工程有限公司，廣州510000）

1 工程概況

廣佛肇高速總承包項(xiàng)目D 段回龍連接線小河大橋1#～3#孔處于圓曲線、緩和曲線半徑最小處（120m），轉(zhuǎn)彎角度＞33°，加之橋位處于河涌，地形起伏較大，采用滿堂支架搭設(shè)、汽車吊架設(shè)的方式施工均較困難，只能采用架橋機(jī)的方式進(jìn)行，而運(yùn)用常規(guī)架橋機(jī)只能架設(shè)正交或斜交角度的孔位，本橋梁上構(gòu)實(shí)現(xiàn)由直線段向曲線段過渡架設(shè)，屬于小曲線半徑架梁的范疇。利用普通架橋機(jī)進(jìn)行梁板架設(shè)，蓋梁寬度已無法滿足架橋機(jī)正常橫移架梁要求，需在蓋梁外側(cè)增加架橋機(jī)橫移軌道支點(diǎn)。小河橋橋型布置圖見圖1。

2 方案選擇及工況分析

根據(jù)架橋機(jī)形式、架設(shè)孔位角度、喂梁角度等情況進(jìn)行如下綜合分析。

圖1 小河橋型布置圖（單位：cm）

2.1 工況一

過3#孔工序控制流程，過孔過程中通過控制左右2 條導(dǎo)梁行進(jìn)速度及支腿轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)中導(dǎo)軌角度的調(diào)整，中導(dǎo)軌與3#墩蓋梁軸線夾角為4°；過3#孔采用天車兜4#孔中梁作配重。3#孔內(nèi)邊梁吊裝，尾部喂梁后，架橋機(jī)橫移中支腿在中導(dǎo)軌位置距4#孔內(nèi)邊梁翼緣邊約20cm；前支腿在前導(dǎo)軌位置對(duì)應(yīng)2#墩蓋梁低邊側(cè)需做加寬處理，中導(dǎo)軌與墩頂軸線夾角4°，主梁與3#孔梁板軸線平行，喂梁角度7°，結(jié)構(gòu)是安全的。

2.2 工況二

過3#孔后，吊裝外邊梁，喂梁后架橋機(jī)橫移中支腿在中導(dǎo)軌位置距離4#孔外邊梁翼緣板約20cm，中導(dǎo)軌與3#墩蓋梁軸線夾角4°，結(jié)構(gòu)是安全的。

2.3 工況三

過2#孔工序控制流程，過孔過程中通過控制左右2 條導(dǎo)梁行進(jìn)速度及支腿轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)中導(dǎo)軌角度的調(diào)整，中導(dǎo)軌與2#墩蓋梁軸線平行；采用天車兜3#孔邊梁作配重方式；喂梁角度5°，后橫移架設(shè)內(nèi)邊梁，2#墩蓋梁低邊側(cè)旁需施工鋼護(hù)筒，導(dǎo)軌鋪設(shè)在護(hù)筒上，以滿足中支點(diǎn)在導(dǎo)軌上行走要求；1#墩蓋梁加寬，通過工況4 增加護(hù)筒解決。

2.4 工況四

過好2#孔后，橫移架設(shè)外邊梁，1#墩蓋梁高邊側(cè)旁需施工鋼護(hù)筒，以滿足前支點(diǎn)在前導(dǎo)軌上行走要求。

2.5 工況五

過1#孔工序控制流程，過孔過程中通過控制左右2 條導(dǎo)梁行進(jìn)速度及支腿轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)中導(dǎo)軌角度的調(diào)整，中導(dǎo)軌與1#墩蓋梁軸線平行；采用天車兜2#孔邊梁作配重。喂梁角度6°，橫移架設(shè)外邊梁，1#墩蓋梁低邊側(cè)旁需施工鋼護(hù)筒，以滿足中支點(diǎn)在前導(dǎo)軌上行走要求。

2.6 工況六

過好1#孔后，橫移架設(shè)外邊梁，0#臺(tái)右側(cè)路基需做整平處理，以滿足前支點(diǎn)在前導(dǎo)軌上行走要求。

經(jīng)過方案比選，現(xiàn)場(chǎng)25m 架橋機(jī)經(jīng)過角度調(diào)整后橫移仍需作業(yè)寬度2.2m，計(jì)劃在2#墩蓋梁左側(cè)、1#墩蓋梁左右側(cè)增加1 排鋼管樁，順橋向側(cè)插打2 條φ630mm 鋼管樁，間距1.5m，管樁通過平聯(lián)連接，管樁頂部抄平并采用2I36a 工字鋼作為分配梁，原地面距蓋梁擋塊頂部高度1#、2#墩分別為11.8m、21.8m。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，鋼管樁插打受限制，擬采用人工挖孔樁基礎(chǔ)施工方案，且在架橋機(jī)過孔后將橫移軌道與導(dǎo)軌下承重梁2I45a 工字鋼，承重梁與分配梁焊接，并在蓋梁擋塊頂焊接鋼板固定導(dǎo)軌下承重梁以減小管樁頂部自由度。采用人工挖孔樁基礎(chǔ)支架布置圖如圖2 所示。

3 方案實(shí)施

3.1 鋼管樁人工挖孔樁基礎(chǔ)

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)先對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整處理，以便各種機(jī)械現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，由測(cè)量放出管樁及人工挖孔樁基礎(chǔ)位置并做好標(biāo)記。

圖2 人工挖孔樁基礎(chǔ)支架布置立面圖（單位：cm）

根據(jù)基礎(chǔ)尺寸，澆筑基礎(chǔ)前預(yù)埋鋼板，按照測(cè)量放線位置將鋼管樁與預(yù)埋鋼板焊接，立好首節(jié)鋼護(hù)筒，然后再往上接鋼管樁立柱及平聯(lián)。

3.2 鋼管樁立柱

本方案設(shè)計(jì)的鋼管立柱直徑為630mm，壁厚為6mm，樁頂設(shè)置2I36a 工字鋼保證其共同受力。鋼管樁立柱對(duì)接采用10mm 厚加勁板滿焊，焊接應(yīng)牢固，以保證支架施工中立柱具有較好的抗擊水平力作用。管樁頂口、底口應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)，以增加頂?shù)卓诘膭偠?，減小應(yīng)力集中，鋼管立柱應(yīng)保證其垂直度＜1%。

鋼管立柱間采用平聯(lián)管連接，增加鋼管樁的整體穩(wěn)定性，連接采用φ426mm 螺旋鋼管，鋼管立柱間設(shè)連接件按照5.5m/道進(jìn)行設(shè)置。在鋼管柱的起吊、運(yùn)輸和堆存過程中，應(yīng)盡量避免由于碰撞、摩擦等原因造成的管身變形和損傷。

3.3 樁頂承重分配梁

樁頂承重大梁采用2I36a 工字鋼，樁頂分配梁起著將荷載和施工荷載分配到鋼管立柱上，保證其均勻受力的作用。分配梁的強(qiáng)度及剛度決定著支架的整體穩(wěn)定性，上下拼縫進(jìn)行斷焊，分配梁安裝的同時(shí)在管樁頂兩側(cè)焊接加勁板，將分配梁與鋼管立柱連接成整體。

3.4 導(dǎo)軌下承重梁

懸臂端導(dǎo)軌下承重梁采用2I45a 工字鋼，端頭分別落在蓋梁擋塊、樁頂承重分配梁上，導(dǎo)軌下承重梁起著將荷載和施工荷載分配到樁頂承重大梁，保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用。上下拼縫進(jìn)行斷焊，在蓋梁擋塊頂焊接鋼板固定導(dǎo)軌下承重梁，并與導(dǎo)軌焊接，減小管樁頂部自由度。

4 鋼管樁受力計(jì)算

4.1 荷載分析

現(xiàn)場(chǎng)所使用架橋機(jī)自重900kN（90t），所架小箱梁自重765kN（76.5t）。架橋機(jī)在將整條小箱梁吊起過孔時(shí)受力最大，所有荷載全部由4 條支腿承擔(dān)。在過孔配重橫移架邊梁過程中，導(dǎo)軌懸臂側(cè)橫向工字鋼需支撐懸臂側(cè)前支點(diǎn)受力，前支點(diǎn)在懸臂側(cè)跨中，其下面2I45a 工字鋼受力最大，承受單條支腿傳遞來的荷載P=499.5kN；小箱梁前端移動(dòng)到位的情況下，在架橋機(jī)外側(cè)前支腿位于管樁頂部的位置，管樁基礎(chǔ)承受荷載最大。

4.2 導(dǎo)軌下2I 45a 工字鋼受力驗(yàn)算

已知I45a 工字鋼最大抗剪力Qmax=554.9kN，最大抗彎矩Mmax=307.5kN·m。

通過計(jì)算可得，2I45a 受力：最大抗彎矩Mmax=274.7kN·m，最大抗剪力Qmax=249.8kN，最大變形值fmax=0.8mm，兩端的支點(diǎn)反力R=249.8kN。

以上計(jì)算可知，受力均滿足要求。

4.3 護(hù)筒頂2I 36a 工字鋼分配梁受力驗(yàn)算

已知I36 工字鋼極限承載力最大抗剪力Qmax=383.75kN，最大抗彎矩Mmax=188.13kN·m。

通過計(jì)算可得，2I36a 受力：最大抗彎矩Mmax=187.3kN·m，最大抗剪力Qmax=249.8kN，最大變形值fmax=0.5mm，兩端的支點(diǎn)反力R=249.8kN。

以上計(jì)算可知，受力均滿足要求。

4.4 鋼管樁受力驗(yàn)算

根據(jù)前文計(jì)算可知，鋼管柱承受最大荷載為249.8kN，偏心考慮10cm，自由長(zhǎng)度取22m。φ630mm 鋼管柱直徑為63cm，壁厚為6mm。

鋼管柱自由長(zhǎng)度為22m，鋼管樁下端打入土體中，視為固定，上端視為鉸支，長(zhǎng)度系數(shù)μ 取0.732，則鋼管樁計(jì)算長(zhǎng)度l0=22×0.732=16.1m，鋼管樁長(zhǎng)細(xì)比λ=l0/i=73（i 為回轉(zhuǎn)半徑，m）。

根據(jù)λ 值，查GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》【1】得壓桿穩(wěn)定系數(shù)為φ=0.137，則有式（1）：

滿足要求。

考慮10cm 的偏心受力，則有式（2）和式（3）：

滿足要求。

式中，N 為鋼管軸向力，kN；A 為鋼管有效截面積，cm2；M 為鋼管所受偏心彎矩，kN·m；e 為偏心距；W 為鋼管截面系數(shù)，cm3。

4.5 人工挖孔樁基礎(chǔ)承載力驗(yàn)算

每根鋼管下設(shè)置1 根直徑1.2m、深5m 的人工挖孔樁基礎(chǔ)。單個(gè)人工挖孔樁基礎(chǔ)上鋼管樁的豎向荷載設(shè)計(jì)值可以根據(jù)前面計(jì)算過程得到：F=249.8kN，取鋼筋混凝土容重為26kN/m3，

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，結(jié)合各持力層地層參數(shù)，按照強(qiáng)風(fēng)化花崗巖取值得出，偏保守按照摩擦樁考慮荷載傳遞，由計(jì)算可知，樁側(cè)容許承載力：735.13kN；樁端容許承載力：291.66kN，總樁基容許承載力：1026.8kN；樁基外荷載：493.46kN；承載比系數(shù)：2.08＞1.5，滿足受力要求。

4.6 人工挖孔樁基礎(chǔ)配筋驗(yàn)算

基礎(chǔ)計(jì)算按照?qǐng)A形壓彎構(gòu)件，直徑取120cm，受彎矩為25kN·m，軸力取值249.8kN，構(gòu)件采用C20 混凝土，配置φ16mm 三級(jí)鋼筋，保護(hù)層厚度為5cm，按照最小配筋率As=4523.9mm2，鋼筋根數(shù)23，實(shí)際As=4624.4mm2。

受力驗(yàn)算：取1m 范圍基礎(chǔ)，所受荷載彎矩為54.12kN·m；基礎(chǔ)厚度暫取1.0m。截面模量W=0.107m3，抗彎驗(yàn)算M/W=505.6kPa＜1.1MPa，因此按照構(gòu)件配筋即可。

根據(jù)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中8.5.2 條規(guī)定【2】，基礎(chǔ)板最小配筋率應(yīng)≥0.1%，則1m 寬基礎(chǔ)配筋截面面積≥1000mm2，實(shí)配HRB400 φ16mm 鋼筋，主筋間距20cm，箍筋采用HPB300 φ10mm 圓鋼，1m 寬范圍內(nèi)所配鋼筋截面面積為A=1004.8mm2＞1000mm2，滿足配筋率要求。

5 結(jié)語

結(jié)合橋位現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形，傳統(tǒng)梁板架設(shè)方法采用架橋機(jī)進(jìn)行架設(shè)，通過本文計(jì)算分析，較好地完成了該小曲線半徑橋梁孔位梁板的架設(shè)，為后續(xù)類似橋梁上部構(gòu)造施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，過程中過孔架設(shè)工況與實(shí)際吻合，梁板安裝精度高，可控安全。