基于風洞試驗及預算定額研究的大練島高墩支架變更設計

李陽

摘? 要：福平項目大練島橋橋址區屬于典型的海洋性季風氣候，受海峽上“穿堂風”增強效應的影響，形成一個“風谷”通道，風速進一步加強集中，導致風速大、頻次高，且現場腐蝕嚴重，導致施工條件惡劣，安全和質量風險較高。原設計預算中按照內陸常規定額組價，而且采用萬能桿件搭拆定額，但后續發現費用組成與設計圖紙不符合，而且嚴重偏低。通過對現澆支架進行縮尺模型風洞試驗研究發現，原設計無法滿足現場安全、進度等相關要求，項目部與設計院及業主多次溝通，最終業主同意變更，同時項目部與設計院溝通，抽換了原預算的萬能桿件定額，變為鋼結構定額，為項目贏得了最大效益。

關鍵詞：高墩支架;變更;鋼結構;減虧;定額

中圖分類號： U446.1?? 文獻標識碼：A???????? 文章編號：2096-6903（2021）02-0000-00

1工程概況

原設大練島高墩支架計（D0-D23、D27-D31）公路梁支架量為16956噸，主要設置在大練島陸地上（如圖1所示）。支架寬度34.08m，跨度為9m、11.25m、12m，斷面設32片貝雷桁架，頂分配梁鋼管支架立柱采用Φ1000×12mm鋼管，縱向4排，鋼管支架平聯采用Φ400×14mm鋼管，斜撐采用Φ400×8mm鋼管，邊跨鋼管樁直接支撐于鐵路承臺上。鋼管樁頂部放置三拼56b工字鋼做橫梁;縱梁采用單層貝雷梁，貝雷梁橫向間距為90cm，每跨貝雷梁大約425片貝雷片;貝雷梁縱向頂部設置頂分配梁，頂分配梁采用25b槽鋼，間距為60cm（如圖2所示）。原預算采用定額QY-1011現澆梁門架式萬能桿件支架搭拆、QY-1012現澆梁門式萬能桿件1季度使用費這兩個定額進行預算，原設計共計16973萬噸，合計金額1475萬元。

2變更的必要性

（1）為應對氣象、地質條件，調整支架結構。項目2017年6月份開始與福建平潭氣象局合作，在我項目施工區域內建立兩個測風點，如圖3所示。

根據測風點對2017年7月1日至2019年4月30日共669天的風力情況進行統計測量，并將形成的數據和大練站、浮標站、潭城鎮進行對比分析，見表1對比數據：

由上表統計看出，大練島特大橋測風點F1825，風力等級明顯比其他海上北東口水道特大橋、大練島洋坪頂測風點等各測風點風力等級都大，具體原因是大練島特大橋位處兩山之間的低凹處，受穿堂風影響，風力較大，具體如圖4所示。

為確保工程按期建成，需要系統的考慮工程施工安全、質量、資源配置、工效等因素，根據建設單位組織的高墩支架專項方案評審，對原計劃投入的鋼結構數量及結構作出較大調整。一方面由于受穿堂風影響，風力較大，作業天數少，為保證支架在季風期安全使用，臺風期（14級臺風）不被破壞，項目部通過風洞試驗研究，對支架強度、剛度和穩定性進行分析計算，需對支架結構進行特殊加強設計。而且項目通過靜載沉降觀測試驗研究鋼管樁沉降范圍，證明鋼管本身變形在1cm左右，因此不能滿足支架基礎的規范要求，基于此設計院及業主建議改成鉆孔樁。

（2）原定額的不適用性;一方面原定額QY-1011門架式萬能桿件搭拆中無焊接工藝。而實際情況是連接后需要焊接以及在安裝過程中全部采用焊接拼裝。另一方面支架高度達到60m，采用QY-1011門架式萬能桿件搭拆已經不能滿足現場安全性需要。

具體所套用的QY-1011費用明細如圖5：（消耗萬能桿件0.09t，單位10t，損耗率9‰，定額中無焊接工藝）。

QY-1012費用明細如圖6：（消耗萬能桿件0.25t，單位10t，反推周轉次數為40次）。

3具體做法

（1）為應對特殊的海島惡劣條件，具體措施如下：

1）為保證支架在季風期（8級風以下）安全使用，臺風期（14級臺風）不被破壞，及現場施工需求，對支架結構進行特殊設計。

2）根據《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）第10.1.2條也指出：圓鋼管的外徑與壁厚之比不應超過100（235/fy）=100（235/205）=114.6;由于支架使用年限在4年以上，為保證結構的安全，管樁壁厚必須滿足規范要求并預留加厚量。

3）根據《海港工程鋼結構腐蝕技術規范》（JTS153-3-2007）表3.10表明，鋼結構單面腐蝕速度：大氣區（有養護條件）平均腐蝕速度0.05～0.1mm/a;浪濺區（有養護條件）平均腐蝕速度0.2～0.3mm/a，需對支架鋼管按照規范規定4年防腐標準進行防腐涂裝。

4）由于橋址處地質條件復雜，跨度大，荷載大，并且前期對支架結構進行了專家評審。為保證現場能夠安全施工，對支架基礎進行特殊設計。

（2）為滿足人員、設備、梁部施工安全需要，調整了支架結構，對高墩公路梁現澆支架進行縮尺模型風洞試驗—固定模型天平測力邊界層風洞試驗研究，最終得出的支架結構形式滿足人員、設備、梁部施工的安全需求，具體如下：

1）增加鋼管立柱、連接系及貝雷片桁架。橋址區氣象及水文條件惡劣，原設計跨中支架鋼管立柱為兩排，支架上部結構為32貝雷桁架，無法保證棧橋在該區域的結構安全，變更后將跨中鋼管立柱增加一排，整體支架立柱連接系增加，支架貝雷桁架變為48-70（最小及最大寬度）片貝雷片以增加支架整體穩定性。

2）支架基礎形式。原設計支架基礎采用鋼管樁，跨中鋼管樁入土深度>15m。因考慮支架施工及使用過程中所承受荷載較大，為保證支架結構穩定，支架基礎形式改為鉆孔樁，D0#-D8#為φ1m鉆孔樁;D8#-D19#為φ1.5m鉆孔樁。

3）根據建設單位評審后的支架施工方案如下：

總體結構說明：現澆支架采用梁柱式鋼管支墩結構，基礎D0#-D2#、D7#-D19#采用鉆孔樁基礎，D2#-D7#采用條形基礎。其中樁基位置處設置橫向系梁。D0#-D8#鋼管立柱采用φ720×14mm鋼管，邊墩鋼管之間連接系采用雙拼28b工字鋼、雙拼40b工字鋼、400鋼管。牛腿橫聯采用Φ400×10mm。跨中鋼管之間平聯、斜撐采用φ400×10mm鋼管、雙拼40b工字鋼聯結。D8#-D19#鋼管立柱邊墩采用φ720×14mm，跨中鋼管立柱采用φ1200×14mm鋼管。邊墩鋼管之間連接系采用雙拼28b工字鋼、雙拼40b工字鋼、400鋼管。牛腿橫聯采用Φ400×10mm。跨中鋼管之間平聯采用φ720×14mm鋼管聯結，斜撐采用φ400×10mm鋼管或雙拼工40b工字鋼聯結，程Z字形或八字形布置。邊跨橫梁采用三拼56b工字鋼，跨中橫梁采用雙拼H700型鋼，橫梁與鋼管樁交接處采用10塊厚16mm鋼板加強，從樁中心向兩邊分間距為24cm;承重梁采用321貝雷片組裝，D5#-D19#跨度為15m+7.6m+15m，D0#-D5#跨度為15m+9m+13.5m。各片桁梁之間采用花窗連接成整體，貝雷梁縱向頂部設置特制頂托便于拆除時落梁，一片貝雷梁上間距355mm、880mm、530mm、880mm、355mm，設置在貝雷梁上接近節點處，然后頂托上縱向放置150mm×150mm方木，在150方木上橫向放置100mm×100mm方木，縱向間距300mm，最后鋪設15mm厚竹膠板做底模。

（3）多次與設計院溝通，建議采用鋼結構、軍用梁制作、安拆相關定額，鋼管樁、連接系等相關鋼結構采用QY-1064（鋼結構制作 一般焊接結構）施工工藝為：調直整平、劃線下料、鉆孔、電焊、組拼。QY-1065（鋼結構安拆）施工工藝為：鋪拆臨時腳手，桿件安裝、拆除。貝雷梁采用QY-1001（軍用梁安拆 便橋用 跨度≤30m）施工工藝為：搭拆人字扒桿，安裝絞車及埋設地壟，安裝支座墊木，組合鋼梁，架設鋼梁，調整鋼梁在平面上的位置，拆除鋼梁。其定額中所使用施工材料及方案與我項目施工的方案基本一致，建議運用。最后盡最大可能按照現場實際大型設備抽換其定額中的機械，具體定額如下：

（4）在變更定額的同時設計院原計劃采用周轉攤銷計算方式計算費用，這樣總費用將降低，項目部一方面以監理簽認的施工時間為證明材料，又提出一下三點原因：一是支架現澆梁連接系寬度每孔均不相同，而且拆除連接系時由于需要氣焊切割，當材料發生周轉時，需要重新加工焊接制作，因此連接系制作按照施工設計量計算。二是支架鋼管樁由于支架高度不同，需制作對應鋼管樁的調整節，所以鋼管樁制作按照周轉計算，調整節需要重新加工制作，按照設計量計算制作費用。三是支架橫梁由于現澆梁寬度不同，需重新制作對應長度的橫梁，按照設計量計算橫梁制作費用。

4總結

高墩支架原設計1475萬元（其中大練島橋1235萬元，舍人宮橋240萬元）原設計參照內陸標準設計，實際通過指導性施組及風洞試驗增加了工程數量，變更后公路梁支架量為26073噸，較原指導性施組增加9117噸。由變更前的萬能桿件定額變為鋼結構定額，另一方面調整了鋼結構攤銷次數，因此費用加大，變更后總費用5606萬元，增加金額4131萬元。平潭橋集氣候、水文、地質等惡劣自然條件為一體，項目部因地制宜進行變更，取得了較好的經濟效果。

參考文獻

[2] JTS153-3-2007.海港工程鋼結構腐蝕技術規范[S].

Modification Design of Dalian Island High Pier Support Based on Wind Tunnel Test and Budget Quota Research

LI Yang

（China Railway Construction Bridge Engineering Bureau Group No.4 Engineering Co.， Ltd. Harbin Heilongjiang? 150056）

Abstract： the Dalian Island Bridge site of Fuping project is a typical marine monsoon climate， which is affected by the enhanced effect of "cross-strait wind"， especially in Dalian Island， which is affected by the topography， forming a "wind Valley" channel， and the wind speed is further strengthened， resulting in high wind speed and high frequency. And the site corrosion is serious， resulting in poor construction conditions， high safety and quality risks. In the original design budget， the price was set according to the inland conventional quota， and the universal rod erection and dismantling quota was adopted， so the cost composition was not consistent with the design drawings， and it was seriously low. On the other hand， the project and the University jointly carried out the scale model wind tunnel test on the cast-in-place support. Through the fixed model balance force measurement boundary layer wind tunnel test， the original design could not meet the site safety， progress and other related requirements The project department communicated with the design institute and the owner for many times， and finally the owner agreed to the change. At the same time， the project department communicated with the design institute through the special volume. After the change， in the cost group price， the original budget universal member quota was changed into the steel structure quota， which won the maximum benefit for the project.

Key words： high pier support;change;steel structure;loss reduction;quota