童富業(yè)

(中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

由葛洲壩集團(tuán)股份有限公司投資建設(shè)的國(guó)家高速德上線巨野至單縣(魯皖界)段高速公路“新萬福河大橋”位于山東省菏澤市巨野縣境內(nèi)，附近學(xué)校集中，人口密度較大。橋梁中心樁號(hào)K42+078，交叉角度為100°，新萬福河規(guī)劃通航等級(jí)為Ⅲ級(jí)航道，通航凈高10 m，凈寬60 m，采用一孔跨越新萬福河，全橋布跨為(11×30+103.6+12×30)m，主跨結(jié)構(gòu)形式為=100 m下承式鋼管混凝土簡(jiǎn)支系桿拱橋。拱肋的理論計(jì)算跨徑為100 m，計(jì)算矢高20 m，矢跨比1/5，理論拱軸線方程為懸鏈線方程，拱軸系數(shù)=1.167。橋面結(jié)構(gòu)采用縱橫梁體系，行車道為簡(jiǎn)支T梁橋面連續(xù)。全橋共設(shè)三根鋼管混凝土拱肋，拱肋截面為啞鈴形，其中中肋高260 cm，寬120 cm；邊肋高240 cm，寬100 cm。系桿采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其截面為矩形實(shí)體截面，中系桿高220 cm，寬160 cm，邊系桿高220 cm，寬140 cm。全橋共設(shè)20道預(yù)應(yīng)力混凝土橫梁，其中有2道端橫梁、18道中橫梁(吊桿處橫梁)。端橫梁采用單箱雙室截面(帶牛腿)，中橫梁帶牛腿的矩形空心截面，牛腿上放置簡(jiǎn)支T型梁。端橫梁寬370 cm，中橫梁翼緣寬60 cm。

2 項(xiàng)目存在的問題

項(xiàng)目于2017年6月份開工，因前期征地拆遷影響造成工程進(jìn)度嚴(yán)重滯后，至2018年9月份，完成下部結(jié)構(gòu)施工，進(jìn)入主跨上部結(jié)構(gòu)施工階段。根據(jù)前期制定的施工方案，主跨現(xiàn)澆及拱肋施工階段，支架體系采用“插打鋼管樁+鋼管立柱+貝雷片桁架梁結(jié)構(gòu)”，共設(shè)13排臨時(shí)墩，排間距設(shè)置為3 m×1+9 m×10+3 m×1，其中第1、第13排排架分別設(shè)置于11、12墩承臺(tái)頂。均采用1×12根Φ630×10 mm鋼管的形式，橫向間距設(shè)置為2 m+2 m+4.325 m+4.325 m+2 m+2 m+2 m+4.325 m+4.325 m+2 m+2 m。受力最大樁單樁承載力1 100 kN，計(jì)算入土深度30 m。鋼管樁施工計(jì)劃工期156 d，根據(jù)總進(jìn)度計(jì)劃要求，系桿及橫梁混凝土澆筑要在2019年2月中旬完成，鋼管樁支架施工工期要壓縮至60 d以內(nèi)完成，原方案不能滿足工期要求，且地下部份鋼管樁無法拔除重新利用，施工成本過高，加之高考、中考臨近，鋼管樁施工噪聲污染嚴(yán)重，投訴多。

3 方案優(yōu)化思路

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，橋梁主跨跨越的新萬福河現(xiàn)狀河道寬度不足30 m，根據(jù)鋼管樁排架原設(shè)計(jì)方案，僅第6、7、8排排架樁位于現(xiàn)狀河道內(nèi)，其他排架均位于現(xiàn)狀河道兩岸堤內(nèi)二級(jí)河岸上，且根據(jù)墩臺(tái)施工基坑開挖過程中對(duì)地質(zhì)情況的現(xiàn)場(chǎng)觀察，兩側(cè)河岸地質(zhì)情況較好，根據(jù)橋梁地堪報(bào)告，施工區(qū)域附近地基承載力特征值達(dá)120 kPa(表1)，具備將鋼管樁基礎(chǔ)改為鋼筋混凝土帶形基礎(chǔ)條件。

表1 地基承載力表

因此，可考慮將原設(shè)計(jì)方案第2、3、4、5、9、10、11、12排排架鋼管樁，改為淺埋鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)+鋼管樁立柱形式，河道內(nèi)第6、7、8排排架仍采用鋼管樁進(jìn)行組合，通過對(duì)整個(gè)支架受力體系進(jìn)行堆載預(yù)壓，可消除鋼管樁基礎(chǔ)排架與混凝土基礎(chǔ)排架的不均勻沉降，即不改變?cè)O(shè)計(jì)方案上部鋼橫梁及貝雷架縱梁的受力體系，同時(shí)也能滿足上部拱肋、風(fēng)撐等施工荷載要求。經(jīng)過調(diào)整，鋼管樁數(shù)量由原方案的132根減少至36根，河岸上的鋼筋混凝土基礎(chǔ)及樁柱可與河道內(nèi)鋼管樁同時(shí)施工，可大大壓縮工期，節(jié)省造價(jià)，同時(shí)能有效減少噪音污染投訴問題，可以取得一舉三得的效果。

4 地基承載力試驗(yàn)及條形基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)放樣，分別抽取第2、3、4、5、10、11、12排排架基礎(chǔ)位置進(jìn)行輕型貫入地基承載力試驗(yàn)，地基承載力特征值達(dá)120 kPa(表1)。根據(jù)排架樁橫向布置間距2 m+2 m+4.325 m+4.325 m+2 m+2 m+2 m+4.325 m+4.325 m+2 m+2 m，最大樁間距僅4.325 m，所以單個(gè)排架可采用整體式鋼筋混凝土帶形基礎(chǔ)，經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算，基礎(chǔ)長(zhǎng)度35 m，截面寬度2.5 m，高1 m。基礎(chǔ)采用C30鋼筋混凝土，上下緣各鋪設(shè)32根直徑為16 mm鋼筋；箍筋直徑為12 mm，間距8 cm?，F(xiàn)場(chǎng)綁扎條形基礎(chǔ)鋼筋并安裝預(yù)埋鋼板。

5 支架預(yù)壓

5.1 預(yù)壓目的

根據(jù)《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性，消除其非彈性變形、觀測(cè)結(jié)構(gòu)彈性變形值基礎(chǔ)沉降情況，在底模拼裝完成后采用預(yù)制混凝土塊和砂袋堆載方式對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓。同時(shí)檢驗(yàn)鋼管樁基礎(chǔ)排架與混凝土條形基礎(chǔ)排架共同工作條件下的不均勻沉降量。同時(shí)模擬實(shí)際受力工況以便檢查支架的穩(wěn)定性。

5.2 預(yù)壓荷載

預(yù)壓荷載為梁體最大施工荷載的110%。預(yù)壓加載按最大施工荷載的60%、100%、110%分三次加載。按拱肋施工時(shí)最大荷載進(jìn)行預(yù)壓。

鋼筋混凝土重量(按一次性澆筑)

鋼筋混凝土容重=2.65 T/m。

(1)系梁(含拱腳)重量

系梁混凝土體積1 718.5 m，拱腳混凝土體積145.2 m。

=×=265×(1 718.5+145.2)=4 938.8 T

(2)拱肋段鋼管拱自重

=254.7 T(3)拱肋灌注混凝土自重

拱肋鋼管混凝土215 m

=2.65×215=569.8 T

(4)拱肋支架每個(gè)按20 t、共10個(gè)計(jì)算，拱肋支架自重

=200 T

(5)拱肋安裝吊車自重按照120 T計(jì)算

=120 T

(6)施工人員、施工料具、運(yùn)輸荷載2 kN/m

=80×16.4×2÷10=262.4 T預(yù)壓荷載為

=1.1×(4 938.8+254.7+569.8+200+120+262.4)=6 980.3 T

5.3 支架檢查驗(yàn)收、預(yù)壓平臺(tái)搭設(shè)

預(yù)壓采用1.4 m×1.4 m×1.2 m預(yù)制混凝土塊和砂袋堆載，在底模鋪裝完成后即進(jìn)行預(yù)壓。支架及預(yù)壓平臺(tái)搭設(shè)完畢后應(yīng)組織相關(guān)人員進(jìn)行檢查驗(yàn)收，包括支架搭設(shè)質(zhì)量、預(yù)壓塊防傾覆措施等，發(fā)現(xiàn)不合格部位，需進(jìn)行返工或加強(qiáng)處理，使之滿足要求方可進(jìn)行預(yù)壓。

5.4 變形觀測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)點(diǎn)布設(shè)：在梁的兩端頭、1/4梁跨、跨中、3/4梁跨及每跨貝雷梁的跨中分別設(shè)觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面左中右設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)。

用水平儀在施加荷載前、施加荷載過程中、加載完成后分別對(duì)每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)高程進(jìn)行觀測(cè)，記錄，計(jì)算相應(yīng)各點(diǎn)沉降量，分析各部位沉降差。

5.5 加、卸載步驟

為使預(yù)壓試驗(yàn)盡可能與實(shí)際工況一致且防止預(yù)壓塊傾覆，預(yù)壓塊堆載方式如下。

預(yù)壓施荷程序按：60%(3 807.4 T)、100%(6 345.7 T)、110%(6 980.3 T)分級(jí)緩慢施加。

每級(jí)加載完畢1 h后進(jìn)行支架的變形觀測(cè)，加載完畢后宜每6 h測(cè)量一次變形值。預(yù)壓卸載時(shí)間以支架地基沉降變形穩(wěn)定為原則確定，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際最后兩次沉落量觀測(cè)平均值之差為1 mm，滿足不大于2 mm方可終止預(yù)壓的要求。進(jìn)行卸載，卸載時(shí)要保持均勻卸載和保持支架的穩(wěn)定性，順序與加載順序相反，做到同步、均勻、對(duì)稱、分級(jí)卸載。為了保證預(yù)壓工況接近于施工實(shí)際工況，對(duì)預(yù)壓進(jìn)行分區(qū)控制。

5.6 支架標(biāo)高調(diào)整

根據(jù)觀測(cè)記錄，整理出沉降結(jié)果，將觀測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終得出各跨跨中彈性形變平均值12 mm，均符合設(shè)計(jì)計(jì)算值，調(diào)整支架標(biāo)高來控制梁底預(yù)拱高度。根據(jù)預(yù)壓試驗(yàn)觀測(cè)的數(shù)據(jù)得出，梁底標(biāo)高=梁底設(shè)計(jì)標(biāo)高+設(shè)計(jì)預(yù)留拱度+支架彈性變形值。按算出的預(yù)拱度重新調(diào)整底模標(biāo)高，以確保成橋后的梁體線形滿足設(shè)計(jì)要求，并形成支架預(yù)壓報(bào)告。

5.7 預(yù)壓前準(zhǔn)備工作

(1)預(yù)壓前對(duì)進(jìn)場(chǎng)的支架預(yù)壓相關(guān)材料做好驗(yàn)收把關(guān)，確保質(zhì)量合格。

(2)預(yù)壓前成立安全檢查小組、各業(yè)務(wù)部門、工段班組對(duì)架體搭設(shè)情況進(jìn)行自檢，層層把關(guān)，層層負(fù)責(zé)。

(3)預(yù)壓前對(duì)相關(guān)施工人員應(yīng)做好相關(guān)安全教育交底，督促作業(yè)人員正確配備和使用安全防護(hù)用品。

(4)預(yù)壓前將壓重所用預(yù)制混凝土塊及砂袋提前準(zhǔn)備至方便起吊運(yùn)輸?shù)牟课弧?/p>

(5)預(yù)壓前對(duì)各構(gòu)件焊點(diǎn)、焊縫進(jìn)行詳細(xì)檢查，確保焊點(diǎn)連接部位牢固可靠。

(6)預(yù)壓前對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行一次噪聲污染防治專項(xiàng)教育交底。

5.8 支架預(yù)壓注意事項(xiàng)

(1)對(duì)預(yù)壓砂袋稱重要有專人負(fù)責(zé)稱量，并做好相關(guān)記錄。

(2)在加載過程中要嚴(yán)格按照加載程序詳細(xì)記錄加載時(shí)間、噸位。

(3)為了保證預(yù)壓噸位的準(zhǔn)確性和加載后架體不發(fā)生過大變形，預(yù)壓時(shí)根據(jù)天氣情況有必要時(shí)準(zhǔn)備好防雨材料以避免預(yù)壓過程中出現(xiàn)下雨等不利天氣，造成預(yù)壓荷載過大。

(4)加載作業(yè)過程中均勻吊裝，支點(diǎn)兩端重量偏差不得大于5 T。

(5)在預(yù)壓過程中還應(yīng)注意避讓和保護(hù)布置的沉降觀測(cè)點(diǎn)。

(6)觀測(cè)過程要貫穿于支架預(yù)壓全過程，在此過程中要統(tǒng)一組織，統(tǒng)一指揮。

(7)測(cè)量全過程要跟蹤觀測(cè)，未經(jīng)觀測(cè)合格，且在未通知的情況下，不得擅自進(jìn)行加載。

(8)加載過程中，必須安排專人對(duì)支架進(jìn)行檢查。發(fā)現(xiàn)異常情況停止加載，及時(shí)進(jìn)行分析，采取應(yīng)對(duì)措施。

(9)預(yù)制混凝土塊及砂袋吊裝時(shí)應(yīng)有專人指揮，起吊作業(yè)半徑內(nèi)不得站人。預(yù)壓時(shí)設(shè)置臨時(shí)警戒圍欄，無關(guān)人員嚴(yán)禁在高空作業(yè)平臺(tái)上滯留。

(10)砂袋裝、卸時(shí)，每袋裝砂量不得過滿，并將袋口扎緊，吊運(yùn)至架體上，碼放整齊、穩(wěn)定。

6 方案實(shí)施及取得的成果

調(diào)整后的方案經(jīng)項(xiàng)目公司、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位共同論證，支架體系強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性能夠滿足施工要求，一致認(rèn)為方案可行。因河岸混凝土帶形基礎(chǔ)施工及排架搭設(shè)與河道內(nèi)鋼樁排架平行施工作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)僅用了45 d即完成了鋼管排架施工，大大節(jié)省了工期。經(jīng)成本核算，單樁節(jié)省成本約3萬元，共計(jì)節(jié)省成本約288萬元。

7 結(jié)束語

系桿拱橋現(xiàn)澆系及拱肋現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)橋梁和其他承重體系施工轉(zhuǎn)換的大跨徑橋梁，施工過程中的支架費(fèi)用占整個(gè)橋梁施工措施費(fèi)的比重較大，且對(duì)橋梁施工工期影響較大。通過結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，因地制宜，調(diào)整支架受力體系的基礎(chǔ)形式、結(jié)構(gòu)形式，乃至不同基礎(chǔ)形式、結(jié)構(gòu)形式的組合能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。通過本案例，可以對(duì)其他相似類型橋梁施工的施工措施方案優(yōu)化提供更廣的思路。