抛石区现浇箱梁支架设计及应用

沈友梁,臧 骏,秦小锋

(1.中交(汕头)东海岸新城投资建设有限公司,广东汕头 515041；2. 中交第二航务工程局有限公司,湖北武汉 430000)

抛石区现浇箱梁支架设计及应用

沈友梁1,臧 骏2,秦小锋2

(1.中交(汕头)东海岸新城投资建设有限公司,广东汕头 515041；2. 中交第二航务工程局有限公司,湖北武汉 430000)

针对外砂河大桥48#～49#墩现浇箱梁的具体情况,分析比选了常用的现浇箱梁的支架的优缺点,确定采用钢立柱+321贝雷片整垮跨越的结构形式,并且采用相关技术措施分析解决了321贝雷梁承载力及变形过大的技术难题。工程实践证明：该支架结构形式抛石区现浇箱梁施工中具备较好的安全性及经济性。

现浇箱梁；抛石区；支架

1 工程概况及重难点分析

外砂河大桥全长1 880.6 m,桥面宽40 m(左右幅),双向8车道。主桥为61 m+108 m+61 m的三跨梁拱组合结构,互通引桥为现浇箱梁,其中48#～49#墩现浇箱梁跨度 28 m, 桥面宽22.75～23.506 m,为单箱四室结构,梁高1.9 m,腹板宽0.5～0.8 m,顶板厚0.28～0.5 m,底板厚0.26～0.5 m。桥型布置见图1。

图1 桥型布置图(单位:cm)

其主要重难点如下：

(1)海堤为新进吹填形成,基础固结沉降尚未完成,采用满堂支架存在倾覆的风险［1］,而且48#～49#墩位于海堤外侧,在台风期,存在被海浪袭击的风险,满堂脚手架很难承受台风期波浪荷载,所以不能采用满堂脚手架施工工艺。

(2)48#～49#墩位于抛石区,抛石厚度6～8 m不等,重量0.2～1 t,所以采用在跨中设置基础的少支点支架工艺需要解决穿过抛石问题。

(3)桥下净空小,仅有8 m,无法满足吊车在桥下作业的需要,所以采用钢立柱+大跨度的钢桁架梁整垮跨越的方式需要解决起重吊装的问题。

2 现浇箱梁支架比选

参考其他类似工程,列举了以下三种在技术上可行的现浇箱梁支架方案,并在进行使用性和经济性比较,确定最优施工方案为钢立柱+321贝雷梁支架方案,见表1。

3 钢立柱+321型贝雷梁现浇支架设计

根据表1分析,钢立柱+321贝雷梁的结构形式具备较好的实用性和经济性,但是必须解决贝雷梁变形的问题(承载力可以通过增加贝雷片数量解决)。解决变形最有效的方式是减少贝雷梁的跨度。

3.1 增设斜立柱,减少贝雷梁的跨度

通过增加两排斜立柱,将贝雷梁的跨度为3 m+ 18 m+3 m的三跨连续梁结构,见图2。

利用Midas建模计算［2］。贝雷梁的最大变形为37 mm＜18 000/400=45 mm［3］,变形满足施工要求。支点反力见表2。

最大上拔力-1 543.0 kN(后排直立柱),最大压力3 489.7 kN(前排斜立柱),最大弯矩3 389.6 kN·m (前排斜立柱)。显然通过在承台安装预埋件固定钢立柱无法承担如此巨大的的荷载。主要原因是由于桥下净空偏矮,斜立柱在角度72°时,仅将贝雷梁的跨度减小为3 m+18 m+3 m,边跨跨度远小于中跨,导致直立柱需要提供抗拔力,而斜立柱不仅要承担箱梁混凝土荷载,还需要平衡直立柱的上拔力。由于直立柱受上拔力,斜立柱向下的压力,由于偏距(斜立柱倾斜)的影响,会在柱脚产生较大的弯矩。

通过增加斜立柱可以很好的解决贝雷梁变形过大的问题,但是由于桥下净空偏矮的原因,导致柱脚处出现较大的上拔力和弯矩,而且超过柱脚预埋件的承受能力,所以必须采取措施减少柱脚的反力。

表1 三种支架方案比选

图2 增设斜立柱结构示意图(单位:mm)

表2 支点反力

3.2 斜立柱之间设置内撑,平衡柱脚反力

为减小柱脚反力,常用的方式是在墩柱与支架之间设置扶墙,见图3。在+8.000 m(第一层平联位置)处设置φ426×12的扶墙。

图3 支架与墩柱支架设置扶墙示意图

通过Midas计算,扶墙处水平方向支反力Fx为2 295 kN,对墩柱根部的弯矩为11 475 kN·m。很显然,墩柱无法承受如此大的弯矩荷载,必须采取其他措施。

根据分析,最终确定在斜立柱之间增加内撑平衡柱脚反力。在+6.500 m和+8.000 m分别设置两道φ426×12的钢管内撑,并采用2I25的型钢将两道钢管内撑连接成一个桁架体系,增加稳定性,见图4。

利用midas建模计算。贝雷梁的最大变形为31 mm＜18 000/400=45 mm［1］,变形满足施工要求。支点反力见表3。

表3 增设内撑后支点反力

根据表3显示,最大上拔力-375.2 kN(后排直立柱),最大压力2 862.2 kN(前排斜立柱),最大弯矩303.6 kN·m(前排斜立柱)。显然通过在斜立柱之间增设φ426×12的钢管内撑可以显著降低柱脚的上拔力及弯矩,采用承台上安装预埋件锚固钢立柱可满足承载力要求。

4 钢立柱+321型贝雷梁支架实施效果

4.1 技术质量方面

(1)通过计算分析,钢立柱+321型贝雷梁支架形式变形及承载力均满足规范及施工要求,支架安全可靠。通过设置斜立柱减小贝雷梁跨度,确保贝雷梁变形在容许范围内。通过设置内撑平衡由于设置斜立柱而导致过大的柱脚弯矩和上拔力,确保支架安全可靠。

(2)钢立柱+321型贝雷梁支架形式所有的材料均为标准化的小型构件,可周转使用,而且对起重吊装要求低。支架施工可操作性强。

(3)该种支架结构不需要在跨中设置基础,可避免在抛石区中施工基础桩,确保施工工期可控。

钢立柱+321型贝雷梁支架现场见图5。

图5 钢立柱+321型贝雷梁支架现场施工效果

4.2 经济效果

根据经济性比较,采用钢立柱+321型贝雷梁结构相对另外两种支架方案,单跨单幅支架可节省成本23.9～41.1万,单项成本节约率50%以上。

5 结论

钢立柱+321型贝雷梁现浇箱梁支架结构形式在桥下空间有限,且无法采用满堂脚手架的现浇箱梁施工中具备较好的经济性和操作性。如桥下净空有限的软土地基中现浇箱梁施工、水中现浇箱梁施工、抛石区现浇箱梁施工等。该支架结构具备以下优点,可在类似工程中应用。

(1)采用321型贝雷梁作大跨度支架的主梁,采用标准小型构件在现场散拼,可操作性强。

(2)通过设置斜立柱减少贝雷梁的跨度,确保主梁的变形可控,满足施工及规范的要求。

(3)通过设置内撑,平衡由于设置斜立柱而导致过大的柱脚弯矩和上拔力,确保支架安全可靠。

［1］ 金万福，朱云.支架法现浇简支箱梁施工方法及对比分析［J］.西北水电，2011(3):48-52.

［2］ 陈云辉.大跨度钢管桩贝雷梁组合支架设计与受力分析［J］.西部交通科技，2014(7):35-37，80.

［3］ JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范［S］.

U445

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1009-7716(2015)09-0143-03

2015-05-06

沈友梁(1975-),男,江西九江人,工程师,从事路桥工程施工技术管理工作。