钢棒法在大体积混凝土承台施工中的应用研究

罗晓东 祖民星

摘要：山区高速公路多为高桥隧比，且桥梁桩基多位于陡坡地段，施工地形受限，空间狭小，安全隐患较大，尤其大体积混凝土承台施工，难以采用常规基坑开挖或满堂支架方式施作。文章结合项目实际情况，通过有限元建模计算，创造性地采用“穿心钢棒法”施工大体积混凝土承台，避免大刷大挖，在满足环保要求的同时，保证了施工安全和质量，为后续同类项目施工提供了可借鉴、可参考的经验。

关键词：山区高速;大体积承台;穿心钢棒法;有限元计算

中图分类号：U443. 25文献标识码：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 037

文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0137 - 04

0 引言

山区高速公路由于独特的地形地势条件，多横跨河流、沟谷，导致桥梁桩基多位于陡坡地段，施工组织及材料进出难度大，施工安全风险较高，尤其对于大体积混凝土承台，难以采用常规施工工艺。因此有必要通过多方案对比，选用技术上可行、经济上合理、满足安全和进度要求的施工工艺。

本文结合项目实际地形地势条件，通过方案比选、有限元计算，确定合理的施工方案，确保施工安全和符合质量要求，满足项目整体施工进度计划。

1 工程概况

白坡特大桥主桥设计桥型为连续刚构，跨径组合为（70+130+70）m，横跨V形沟谷，主墩桩基均位于山体陡坡。如下页图1所示。

白坡特大桥主墩承台尺寸为14.6 m×9.6 m×4.0 m（长×宽×高），基础采用桩径为2.2 m的钻孔灌注桩，单幅桩基按纵向三排、横向两排布置，每墩共6根桩（如下页图2所示）。实测数据显示，承台属高桩承台，悬空于原地面，桩基需接桩施工至设计标高。

2

施工方案比选

2.1 明挖基坑施工

明挖基坑施工需将原设计承台标高降低10 m，将导致上边坡暴露时间过长，且需重新调整进场便道纵坡，安全、环保风险大，经济性差，影响施工进度。

2.2 满堂支架法施工

满堂支架施工需修整施工平台，降低承台标高4m，且满堂支架搭设时，临边安全风险大，陡坡原状土为堆积层，不满足支架基础承载力要求，容易产生质量、安全隐患。

2.3 穿心钢棒法

穿心钢棒法施工可利用现有地形条件，在桩基接桩时预留钢棒穿心孔，施工安全系数较高，材料可周转使用，较大程度地减小挖方量，保证施工进度。

综上，本分项工程拟采用穿心钢棒法进行大体积混凝土承台施工。

3 模型建立及力学验算

承台采用钢棒法施工，并结合白坡特大桥实际情况选用托架材料，接桩时预留φ12 cm钢棒穿入位置，钢棒两端伸出桩基截面形成悬臂端支点，作为主梁承重支点。安装横向I40a双拼工字钢主梁，在主梁纵向位置上放置间距为30 cm的I20b工字钢作为分配横梁，同时将分配横梁悬臂部分作为操作平台。在分配横梁上方放置25 cm的方木，在方木上面布置2 cm底模，调整底模标高后施工承台，如图3～4所示。材料使用情况见表1。

钢棒法在承台施工中主要受到来自承台混凝土自重及施工的荷载。对钢棒法在承台施工中的受力进行验算，确定是否可用于高桩承台施工。

3.1 相关荷载取值计算

自动考虑托架与分配梁自重，考虑各类荷载平均分布于横向分配梁上.分配梁横向间距为30 cm;分配横梁传递到主梁上，钢棒作为主梁的承重，受集中荷载。

盖梁混凝土自重荷载：混凝土容重），= 26 kN/m3;

人群荷载按2.5 kN/m取值;

混凝土倾倒、振捣混凝土荷载按2 kN/m2取值;

承台悬空段作用在分配横梁上的压力荷载为：

q= （2. 5+2+26×4×9.6x14.6）/（9.6x 14.6）=108.5 kN/m2.

3.2

Midas Givil有限元软件建模计算

通过Midas Civil有限元软件对白坡特大桥承台钢棒法托架进行仿真验算分析（如图5所示）。建模过程如下：

（1）定义材料和截面

托架模型钢棒、主梁、分配横梁均采用梁单元模拟。模型共有220个梁单元，268个节点。

（2）定义边界条件

钢棒节点和主梁节点间为弹性连接，分配横梁与主梁节点间为弹性连接，分配横梁搭设在混凝土台座端释放梁端约束。

如图6～7所示，根据Midas Civil有限元软件验算分配横梁：

应力：142 MPa<215 MPa容许值。

挠度：0. 962 mm

如图8～9所示，根据Midas Civil有限元软件验算主梁：

应力：97.6 MPa<215 MPa容许值;

挠度：10. 59 mm< L/400=13. 75 mm容许值。主梁满足受力要求。

如下页图10所示，根据Midas Civil有限元软件验算钢棒。

挠度验算：0. 513 mm

经Midas Civil有限元软件验算结果表明，该承台钢棒、主梁、分配横梁布置均满足受力要求，可按照该方案进行施工。

4 结语

通过Midas Civil有限元软件计算，采用“穿心钢棒法”施工高樁承台是一次大胆的尝试，是一种新型的施工工艺，充分地发挥了钢棒法施工便捷、成本低、安全的特点，有效地解决了承台基础悬空、地形陡峭、场地狭窄、安全风险大等难点，避免大刷大挖，保证施工安全和质量要求，确保本分部分项工程的施工进度正常，节约了施工成本，为后续同类项目施工提供了可借鉴、可参考的经验。

参考文献

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作者简介：罗晓东（1996-），助理工程师，研究方向：桥梁与隧道工程;

祖民星（1970-），项目副总工，工程师，研究方向：桥梁与隧道工程。