大跨度公路連續(xù)梁0號(hào)塊支撐方案設(shè)計(jì)

李鵬

摘要：蘭州至?？趪?guó)家高速公路陳家壩特大橋主跨為58m+90m+58m分幅式單箱雙室變截面連續(xù)箱梁，連續(xù)箱梁采取掛籃懸澆方法。特大橋主墩高達(dá)19m，其0號(hào)段具有大尺寸、大體積及特級(jí)高處作業(yè)等特點(diǎn)，故對(duì)現(xiàn)澆模板支撐方案要求非常高，需滿足承受巨大混凝土和施工荷載、沉降變形小、安全穩(wěn)定性好、經(jīng)濟(jì)合理等要求。本項(xiàng)目根據(jù)橋墩高度、0號(hào)段結(jié)構(gòu)尺寸等情況，采用螺旋管做支架承載主體，并對(duì)支撐的其他構(gòu)部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)出了符合高承載、低沉降、高安全及低成本的0號(hào)段支撐系統(tǒng)，順利完成本項(xiàng)目大尺寸0號(hào)段的現(xiàn)澆施工。

Abstract： The main span of Chenjiaba Bridge of Lanzhou-Haikou National Expressway is 58m+90m+58m split-type single-box double-chamber variable-section continuous box girder， and continuous box girder adopts hanging basket suspension method. The main pier of the special bridge is up to 19 meters， and the? section has the characteristics of large size， large volume and special high-level operation. Therefore， the requirements for the cast-in-place formwork support scheme are very high， and it needs to meet the huge concrete and construction load， the small settlement deformation， good safety and stability， economical and other requirements. According to the height of the pier and the structural size of No.0 section， the project adopts a spiral pipe as the main body of the support， and optimizes the other components of the support. Finally， the No.0 support system conforming to high load bearing， low settlement， high safety and low cost is designed to successfully complete the cast-in-place construction of the large size No.0 section of the project.

關(guān)鍵詞：連續(xù)箱梁;0號(hào)段模板支撐系統(tǒng);高墩;大尺寸;螺旋管立柱

Key words： continuous box girder;No.0 section formwork support system;high pier;large size;spiral pipe column

中圖分類號(hào)：U443.22? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）24-0185-04

0? 引言

進(jìn)行連續(xù)梁掛籃懸澆前，首先需進(jìn)行0號(hào)段的墩頂現(xiàn)澆施工，然后以0號(hào)段作為安裝掛籃的基礎(chǔ)，方可以0號(hào)段作為標(biāo)高、線型基準(zhǔn)逐節(jié)懸澆連續(xù)梁的其他節(jié)段?？梢?jiàn)控制0號(hào)段的施工質(zhì)量是非常重要的，其直接影響到后續(xù)其他節(jié)段箱梁的施工質(zhì)量及連續(xù)梁的整體線型，故0號(hào)段的施工質(zhì)量是確保連續(xù)梁整體施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

隨著設(shè)計(jì)、施工技術(shù)的進(jìn)步，橋梁的連續(xù)梁向著跨度更大、橋面更寬、墩身更高方向發(fā)展，相應(yīng)的0號(hào)段也更趨向于大尺寸、大體積及更高處作業(yè)等。采用傳統(tǒng)的0號(hào)段支撐方案已難以適應(yīng)上述0號(hào)段現(xiàn)澆施工的需要，所以工程技術(shù)人員擴(kuò)展思路、采用先進(jìn)材料、技術(shù)方可解決上述難題具有非?，F(xiàn)實(shí)的工程意義。

1? 工程概況

蘭州至?？趪?guó)家高速公路（G75）渭源至武都建設(shè)項(xiàng)目路基、橋涵及隧道工程WW20標(biāo)段的陳家壩特大橋全長(zhǎng)982.56m，特大橋主橋梁體結(jié)構(gòu)為58m+90m+58m分幅式單箱雙室變截面連續(xù)箱梁，每幅箱梁頂板寬17m，底板寬12m，兩翼板懸臂長(zhǎng)2.5m，箱梁頂板設(shè)置成2%單向橫坡，梁高在中橋墩處為5.6m，邊橋墩及跨中處為2.5m。主墩采取雙柱式直墩，墩高為19m。

其0號(hào)段具有大尺寸、大體積及特級(jí)高處作業(yè)等特點(diǎn)，施工難度大，對(duì)現(xiàn)澆模板支撐方案的承載能力及安全穩(wěn)定性要求非常高。

2? 連續(xù)梁0號(hào)段現(xiàn)澆施工模板支撐方案的比選及優(yōu)化

2.1 傳統(tǒng)支撐方案的適用性評(píng)估

2.1.1 墩旁托架

墩旁托架采用在墩身頂部位置預(yù)埋鋼板及錨筋，然后搭設(shè)由型鋼構(gòu)成的牛腳支架等組成。因本項(xiàng)目0號(hào)段為大尺寸、大體積，滿足承載要求牛腿外形尺寸很大，需要耗費(fèi)較多鋼材，施工成本高。且支架焊接工作量大，因高空焊接質(zhì)量難以保證，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

且墩身采用雙柱式墩，兩墩相距較遠(yuǎn)，兩墩間牛腿最近距度達(dá)6.3m。經(jīng)驗(yàn)算，需要在牛腿上鋪設(shè)大尺寸型鋼方可滿足此大跨度的承載要求，而大尺寸型鋼的使用又進(jìn)一步增加了牛腿承受的荷載數(shù)量，故從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及施工可行性方面，墩旁托架的支撐方案適用性差。

2.1.2 滿堂支架

本項(xiàng)目主墩高達(dá)19m，滿堂支架需使用大量支架材料和耗費(fèi)大量勞力進(jìn)行搭設(shè)，施工成本高;高大滿堂支架的沉降變形量較大，0號(hào)段的施工質(zhì)量難以控制，存在較大質(zhì)量及安全風(fēng)險(xiǎn);滿堂支架部分地面支撐點(diǎn)位于承臺(tái)以外，橋下地質(zhì)條件差，支架基底的地基加固處理工程量大，成本高。故本項(xiàng)目不適合采用滿堂支架的形式。

2.2 最終支撐系統(tǒng)方案

結(jié)合其他類似項(xiàng)目的施工方案，最終采取了螺旋管支架的0號(hào)段支撐方案，螺旋管具有施工簡(jiǎn)單，承載能力強(qiáng)，支架的壓縮變形量小及間距可靈活布設(shè)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)支架的下支點(diǎn)均可布置在承臺(tái)上，確保了支撐的牢固安全性，免于進(jìn)行地基處理加固。

本項(xiàng)目根據(jù)設(shè)計(jì)0號(hào)段構(gòu)造、結(jié)構(gòu)尺寸、橋墩高度和現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行了優(yōu)化及創(chuàng)新，實(shí)際螺旋管支架具體設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖1、圖2所示。

在特大橋Z12、Z13號(hào)墩搭設(shè)螺旋鋼管樁平臺(tái)，螺旋管規(guī)格型號(hào)為Φ529×8，順橋向在墩身每側(cè)布置2排，排距為200cm，內(nèi)排距墩中心線為250cm;螺旋鋼管樁橫橋向每排設(shè)置5根，按間距305cm均勻布設(shè)。

在承臺(tái)上預(yù)埋20塊鋼板（80×80×2cm），用于螺旋管的底部連接。每?jī)陕菪摴苤g設(shè)置14#槽鋼橫聯(lián)。鋼管頂部焊接樁頂鋼板，鋼板尺寸為80×80×2cm。為方便卸落支架，在每個(gè)鋼管樁頂部放置一個(gè)沙箱，沙箱上下為80×80×2cm鋼板，中間由Φ529×8鋼管制作而成，沙箱高度70cm。

橫橋向采用三拼I40b工字鋼作為支架主梁。在主梁上均勻分布，三拼I40b工字鋼均勻擺放32b工字鋼作為分配梁，分配梁設(shè)置間距基本為50cm，腹板下分配梁間距加密至30cm。

分配梁上設(shè)置高度不同I20、I32、I40工字鋼進(jìn)行底模的調(diào)坡。調(diào)坡工字鋼上滿鋪10×10方木，方木上擺放竹膠板底模。

3? 主橋0#塊支架驗(yàn)算

3.1 計(jì)算方法

①計(jì)算方法：概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，Midas電算結(jié)合手算。

②材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：

Q235鋼：抗拉、抗壓和抗彎f=215MPa;抗剪fv=125MPa;彈性模量E=206GPa。

方木：抗彎fw=17MPa;抗剪fwv=1.6MPa;彈性模量E=10GPa。

3.2 荷載取值

3.2.1 恒載

恒載主要包括梁體鋼筋混凝土重和支架模板重，各材料容重如下：

3.2.2 活載

3.2.3 荷載組合（表1、表2）

3.3 荷載分布的確定

根據(jù)連續(xù)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，結(jié)合支架布置情況，選擇標(biāo)準(zhǔn)截面進(jìn)行各部位桿件受力檢算。

3.4 分配方木驗(yàn)算

竹膠板下采用10×10cm方木，方木選用東北落葉松，方木截面特性如下：

截面積A=10×10=100cm2

彈性模量：E=1×104MPa

抗彎模量：W=bh2/6=10×102/6=166.67cm3

慣性矩I=bh3/12=10×103/12=833.3cm4

根據(jù)《建筑施工計(jì)算手冊(cè)》，方木按照多跨連續(xù)梁考慮。荷載取值長(zhǎng)度按方木間距計(jì)算，取0.2m（底板）和0.15m（腹板）。計(jì)算跨度按I30b縱梁間距取值，腹板下取0.3m，底板下取0.5m。面荷載強(qiáng)度計(jì)算按上面荷載組合分布取值，計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表3。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，正應(yīng)力均小于17MPa，剪應(yīng)力均小于1.6MPa，剛度均小于l/400，所以方木強(qiáng)度和剛度均滿足要求。

3.5? 0號(hào)段I32b縱梁驗(yàn)算

I32b縱梁受力驗(yàn)算如圖6～圖8所示。

從計(jì)算結(jié)果得知：

I32b縱梁最大組合應(yīng)力：213.6MPa<[σw]=215MPa。

I32b縱梁最大剪應(yīng)力：116.9MPa<[τ]=125MPa。

I32b縱梁最大變形：2.23mm

因此，I32b縱梁強(qiáng)度和剛度滿足要求。

3.6 0號(hào)段三拼I40b橫梁驗(yàn)算

從計(jì)算結(jié)果得知：

3I40b橫梁最大組合應(yīng)力：163MPa<[σw]=215MPa;

3I40b橫梁最大剪應(yīng)力：108MPa<[τ]=125MPa;

3I40b橫梁最大變形：5.32mm

3.7 0號(hào)段鋼管樁驗(yàn)算

①鋼管樁強(qiáng)度驗(yàn)算。

經(jīng)計(jì)算，鋼管樁受力見(jiàn)圖9所示。

鋼管樁所受的最大軸力N=1239.7kN，？準(zhǔn)529×8mm鋼管樁截面積為：

式中：MP—考慮立柱垂直度和柱頂橫梁安裝誤差，由軸力對(duì)管柱產(chǎn)生的彎矩，此處不考慮安裝誤差，MP=0。

因此，鋼管樁強(qiáng)度滿足要求。

②鋼管樁穩(wěn)定性驗(yàn)算。

鋼管樁長(zhǎng)度因數(shù)μ=1.0，鋼管長(zhǎng)度取l=19.0m。

4? 結(jié)束語(yǔ)

進(jìn)行陳家壩特大橋連續(xù)梁0號(hào)段現(xiàn)澆施工時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)橋墩高度、0號(hào)段構(gòu)造、外形尺寸和現(xiàn)場(chǎng)情況，0號(hào)塊采用螺旋管樁的模板支撐系統(tǒng)。并通過(guò)承載檢算，對(duì)支撐系統(tǒng)的其他構(gòu)件布設(shè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，在施工時(shí)嚴(yán)格控制質(zhì)量，按時(shí)順利完成施工任務(wù)。樹立了公司品牌，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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