客專箱梁膺架現澆施工方案對比及經濟分析

梁永忠

1 工程概況

武廣鐵路客運專線第6標段(XXTJⅥ)位于廣東省韶關、清遠、廣州市花都區境內。其中韶關、清遠交接處是低山丘陵地貌,地勢陡峻,V形谷發育,地面橫坡一般大于30°,植被茂盛,大部分地區為封山育林區,水土保持較好,橋梁大部分跨越水田,墩高變化較大,而且橋隧相連,路基較少,設計中449孔箱梁全采用現澆方案。根據移動模架與膺架的施工特點、工期與投入考慮,除11座特大橋采用移動模架施工外,其余均采用膺架法施工。

2 膺架方案設計

1)WDJ碗扣式多功能腳手架。該腳手架具備功能多、功效高、承載力大、安全可靠、便于管理等諸多優點,在安裝與拆除中不需要大型的機械設備配合。但由于桿件多,花費的勞力較大,而且現場堆放量較大,也比較凌亂。在施工時由于頂托數量較大,對于高程調節時的工作量較大。由于各桿件的間距較小,不適合地形起伏較大的情況。

2)鋼管工字鋼支架。支架受力模型簡單,受力分析簡便,適用于地表起伏較大的情況。與模板的支撐點較少,高程調節簡單。但鋼管受力不均勻,在安裝與拆除中吊車使用量大。

3)鋼管貝雷片梁支架。支架受力模型簡單,受力分析簡便,適用于地表起伏較大的情況。與模板的支撐點較少,高程調節簡單。但鋼管受力不均勻,貝雷梁的安裝、拆除難度較大,在安裝與拆除中吊車使用量大。

4)設計注意事項。a.膺架類型經技術經濟比較選用其結構形式,一般應根據橋的長度、橋下凈空、膺架基礎類型、通車通航要求及各種定型尺寸及受力性能條件確定。b.膺架結構所用鋼結構應符合國家相關標準和要求;對于非國標材料,構件材料厚度往往達不到設計要求,會從材料上降低結構的安全系數。c.膺架基礎必須具有足夠承載力,不得出現不均勻沉降,其基礎類型、面積和厚度應根據膺架結構形式、受力情況、地基承載力等條件確定,同時須做好地面的排水處理。d.膺架結構應具有足夠的承載力和整體穩定性,對膺架的承載力和穩定性必須進行檢算,冬季施工還應考慮雪荷載和保溫養護設施荷載,水中施工還應考慮流水側壓力。e.由于地基承載力只能通過初步的計算、施工機械性能、動力觸探、單樁承載力試驗、靜載試驗和支架預壓等方法確定,有很大的不確定性。為了施工的安全,根據現場的實際情況和地基處理方式,安全系數K值應相應增大。

3 工程實例

以竹園特大橋為例,對膺架現澆梁的施工方案進行分析和對比,該橋全長1 075.44 m,孔跨布置為31×32 m+2×24 m,32 m現澆箱梁為單室結構,梁底寬5.5 m,梁頂寬13.4 m,梁高均為3.05 m,單向預應力體系,單片箱梁重 827 t。共有 32個直立式圓端形橋墩和2個橋臺,其中1號～11號、21號～29號墩為空心墩,最高空心墩墩高為15 m,且位于水庫淹沒區;12號～20號、30號～32號墩為實心墩,最高實心墩墩高為7 m。上部為32 m和24 m預應力鋼筋混凝土整孔箱梁。施工前總共制定了4種施工方案。

3.1 1號～5號孔

3.1.1 1號～5號孔施工方案

1)采用貝雷梁施工方案時,跨中兩排鋼管樁基礎采用雙排φ 50 CFG樁加固處理,CFG樁上現澆一個1.5 m×1.2 m×0.5 m的頂帽;每孔梁有4排鋼管,每排5根;鋼管樁頂放置15 m雙肢56a工字鋼,工字鋼上安裝26排貝雷梁,貝雷梁上安裝30排15 m長Ⅰ20a工字鋼。2)采用鋼管樁基礎施工時,打設11排鋼管樁,每排5根,鋼管樁間用∠75角鋼連接;鋼管樁頂安15 m長Ⅰ32b橫梁;橫梁上放置13根Ⅰ32b縱梁。

3.1.2 成本分析

兩種方案的成本費用見表1,表2。

表1 基礎采用CFG樁、上部貝雷梁施工方案成本費用表

表2 基礎采用鋼管樁、上部采用工字鋼施工方案成本費用表

從經濟角度看,采用打入鋼管樁基礎施工方案成本高,貝雷梁方案較工字鋼方案每孔梁可節約6萬元;從施工角度看,鋼管樁施工速度慢,鋼管打入時機械磨損大,鋼管拔出時作業空間受到限制,施工難度大,貝雷梁方案拼裝構件少,在支撐系統安裝上較工字鋼方案時間快。綜合考慮采用貝雷梁施工方案較為合理。

3.2 6號～33號孔

3.2.1 施工方案

6號～33號孔梁擬采用貝雷梁、鋼管樁支墩和碗扣支架三種方案。貝雷梁施工方案布置方式和前面所說一樣。鋼管樁支墩方案上部結構和打入鋼管樁基礎方案一樣,通過換填片石處理地基。

碗扣支架換填片石壓實后在換填層上墊一層[14槽鋼。立桿橫、縱間距60 cm,頂托內橫向布置[14槽鋼,槽鋼上縱向布置Ⅰ20a工字鋼,間距0.6 m。32 m梁支架橫向布置寬度為15 m,共26排;縱向布置29.7 m,共50排。

3.2.2 施工費用

貝雷梁成本費用見表1,另兩種方案的成本費用見表3,表 4。

表3 鋼管樁支墩施工方案成本費用表

表4 碗扣支架施工方案成本費用表

通過成本分析可知,基礎采用換填、上部立柱采用碗扣支架施工方案材料成本較高。碗扣支架施工方案需要的機械設備相對要少,但是施工速度慢,需要的勞動力較多,支架總成本高。綜合考慮基礎采用換填、上部立柱采用鋼管樁支墩施工方案比較合理。

4 幾點體會

1)膺架搭設方案與地基處理要緊密結合,可根據現場周轉料情況,嘗試各種組架方案,但必須經過支架承載力和穩定性檢算合格后方可使用。2)膺架搭設方案的選擇在確保安全性能的條件下,應綜合考慮經濟、施工難易程度、施工進度、周轉材料等因素。3)不同方案之間比較時,要看哪種方案使用的材料成本最省,還得看耗用勞動力成本高低、使用機械設備成本的高低、施工組織的難易程度、對工期的制約影響程度等進行綜合分析比較。

[1]葉林法,郭 丹.狹小空間下小箱梁架設施工方法探討[J].山西建筑,2009,35(8):345-346.