跨路現(xiàn)澆連續(xù)箱梁支架設計與施工工藝研究

蘇 軒 楊開放 牟雨龍 張康榮 郭迎旗

(中電建路橋集團有限公司,北京 100048)

本項目基于對臺山至開平快速路主線上跨S274 省道(35+45+35)m 現(xiàn)澆連續(xù)梁鋼管樁支架的設計與施工工藝的研究,做到既保證施工質(zhì)量、安全與工效,又滿足S274 省道車輛通行的安全和凈高要求。對鋼管樁支架的結(jié)構(gòu)進行設計和驗算,并通過施工前的支架預壓來驗證支架的使用性能,并對其中的控制要點進行詳細分析、闡述,為同類型現(xiàn)澆梁鋼管樁支架施工提供有效的經(jīng)驗支持。

1 工程概況

臺山至開平快速路主線起于臺山市以西和安里S274 線處,設永和互通立交順接臺山市西環(huán)路,往北經(jīng)南盛村、大安村,沿臺山工業(yè)園以西經(jīng)西亨村、西安村,與深茂鐵路相交,路線長16.299km。在新建橋址3#～6#墩處, 上部結(jié)構(gòu)采用(35+45+35)m等截面現(xiàn)澆連續(xù)箱梁作為上跨S274 省道的橋型布置。

2 鋼管樁支架設計及驗算

2.1 條形基礎設置

選用條形基礎對地基進行處理。將施工地段平整壓實,保證原地面壓實度達到90%以上[1]。按照圖1 支架總體布置圖所示測放樣基礎角點,并插打地腳螺栓將φ529×10mm 鋼管樁固定在設計位置,澆筑寬1m×高0.7m C30 素混凝土條形基礎。利用地腳螺栓和澆筑的混凝土基礎,對立柱進行穩(wěn)固處理,提高立柱穩(wěn)定性[2]。

圖1 支架總體布置圖

2.2 鋼管樁架立

立柱順橋向中心間距為6m,布置3 排,每排布置11根,中心間距2m。鋼管立柱頂部焊接100×100×2cm 鋼板作為鋼管樁的樁頭；為加強鋼管樁支架的整體穩(wěn)定性,在距離鋼管頂面4.5m 高度處設置[16a 型槽鋼進行橫向連接。根據(jù)立柱的幾何尺寸以及布置形式驗算其整體穩(wěn)定性：

式中：f 為抗壓強度；N 為最大軸力,取值1272.33KN；A 為立柱面積,取值1.63×102cm2；φ 為折減系數(shù),由立柱的基本力學特性,查得取值0.824,[f]為抗壓強度標準值,取值為195MPa,滿足穩(wěn)定性要求。

2.3 砂箱設置

鋼管樁立柱頂部設置砂箱與樁頭焊接,便于卸落支架；卸落支架時,割開砂筒卸砂,使支架與梁體脫落開,便于拆除支架。

2.4 枕梁搭設

鋼管樁頂砂箱上焊接布置11 根雙拼32c 工字鋼,根據(jù)工字鋼的布置形式及力學性能驗算其抗彎及抗剪強度：

式中：Mmax為枕梁所受最大彎矩,最大容許值為319.2KN·m；Qmax為枕梁所受最大剪力,最大容許值為335.82KN·m；q 為枕梁所受荷載,取值32.08KN/m；l 為計算跨徑,取值為6m。

在荷載作用下,枕梁產(chǎn)生的最大彎矩Mmax=144.36KN·m＜319.2KN·m；最大剪力Qmax＜335.82KN·m,其抗彎及抗剪性能足以達到使用要求。

2.5 分配梁及底模鋪設

于枕梁之上均勻布置50 根14 號工字鋼作為分配梁,并在其上按照間距30cm 鋪設10×10cm 方木和2cm厚的竹膠板作為現(xiàn)澆箱梁的底模對底模系統(tǒng)進行驗算,保證箱梁施工安全性的足夠強度及抗撓性能：

式中：h 為竹膠板厚度；W 為截面模量,取值為4.7×10-5m2；[σw]為容許彎應力,取值13MPa；b 為模板計算寬度,取值為1；f 為竹膠板撓曲變形；E 為彈性模量,取值9×106；I 為慣性矩,取值為3.3×10-7；g 為作用于模板上的荷載,取值68.16KN/m；l 為模板跨徑,取0.3m。

式中：σ 為強度設計值；M為跨中處最大彎矩；W 為截面抵抗彎矩q 為方木所受荷載,取25.05KN/m；a 為方木下工字鋼間隔；d 為方木截面尺寸；ωmax為最大撓度值；E 為彈性模量,取值11×103；I 為慣性矩,取值為8.33×10-6。

底模上部荷載直接作用于方木及竹膠板,竹膠板產(chǎn)生的撓曲變形f=1.45mm＜l/250；方木受載壓力σ=4.67MPa ＜14.5MPa,在壓力作用下產(chǎn)生的撓曲變形ωmax=0.22mm＜l/400。即所使用的底模材料足以滿足安全使用性能。

3 支架預壓設計

3.1 支架預壓加載

采用水袋注水預壓法進行預壓,其加載材料易得且不易損耗,荷載貼近設計值,加載速度可調(diào)控,安全風險低。支架預壓總體荷載不應小于現(xiàn)澆節(jié)段支架所承受的箱梁自重的1.2 倍,即m預壓荷載≥1.2×m澆筑段箱梁自重=261t。根據(jù)分級加載的重量不同,將水抽入水袋密封,預壓加載方式按照0→60%→80%→100%進行[3]。

按照“跨中向支點,中心向兩側(cè)”的原則在支架上布置空水袋,后按照分級加載的不同荷載值,勻速對稱注水加載,精確把控加載量。荷載的突增易造成地基突發(fā)性破壞,因此要避免加載過快或者出現(xiàn)荷載突增的情況,避免導致支架因加載方式不當造成破壞。

3.2 支架沉降監(jiān)測點位設計

支架底模橫橋向?qū)挾?6.25m,順橋向?qū)挾?2m。按照“順橋向從橋梁中心線每間隔500cm,橫橋向每間隔306cm”的原則在底模上標記監(jiān)測點,形成一個5×3 的沉降監(jiān)測網(wǎng)格。

通過測量的初始高程及后續(xù)相對高差法測量的各節(jié)段標高數(shù)據(jù),對支架進行數(shù)據(jù)分析。按照不同階段的測量時間間隔要求測量[4]。對預壓記錄的標高及沉降量統(tǒng)一分析整理,若測量數(shù)據(jù)沒有異常,說明支架通過理論計算及現(xiàn)場預壓已達到使用要求。按照布置的各個截面的沉降平均值計算出支架整體彈性變形,通過彈性變形計算支架的立模標高。支架預壓過程中測點布置如圖2 所示布置。

圖2 支架預壓測點布置

支架標高記錄原則按照每12h 測量記錄一次支架標高數(shù)據(jù)變化,若連續(xù)兩次標高測量沉降值在2mm 以內(nèi)時,表明支架在當級荷載下處于穩(wěn)定狀態(tài),可繼續(xù)進行預壓。根據(jù)預壓過程中測量記錄的數(shù)據(jù),整理計算得出表1-2 支架各截面平均標高及沉降變化。并計算出支架各截面沉降變形量[5]。

表1 支架各截面平均標高/m 及沉降/mm 變化

通過對支架標高變化的計算和分析,得出圖3 所示的預壓過程中支架截面標高變化規(guī)律：預壓過程中,隨著荷載增加,支架開始沉降,標高降低。在每級荷載剛加載完時沉降最大,后逐步趨于穩(wěn)定。因支架存在彈性變形,卸載中支架標高逐漸上升,又因支架的非彈性變形在預壓中基本被消除,卸載完成后的最終標高低于初始測量的支架標高。

圖3 支架截面預壓標高變化規(guī)律

4 結(jié)論

綜合本文所述,現(xiàn)澆箱梁上跨正常運行道路采用鋼管樁支架施工,其結(jié)構(gòu)和施工工藝對道路通行影響較其他工藝更小,對于施工質(zhì)量和工效的保障更加有優(yōu)勢。本文研究介紹的現(xiàn)澆連續(xù)箱梁鋼管樁支架結(jié)構(gòu)設計及施工工藝,分析說明了支架施工過程中包括支架設計、驗算、預壓試驗及數(shù)據(jù)分析。對類似支架施工提高了有效的經(jīng)驗支持。

表2 支架各截面平均標高/m 及沉降/mm 變化