软基现浇箱梁钢管支架施工方法研究

骆桂兰　胡雄刚　胡晓芳

摘要：现浇箱梁在施工过程中主要采用满堂支架、门式支架、钢管立柱等方法施工，在基础较差的地质施工条件下，满堂支架、门式支架存在基础处理难、基础处理复杂等问题，选择钢管立柱法较为适宜，对于软基地质，特别是淤泥地质，钢管立柱基础处理需要耗费大量混凝土，成本较高。文章结合该问题，提供一种利用钢管桩作为基础的施工方案，施工效果较好，值得推广应用。

关键词：软基；现浇箱梁；钢管桩；钢管立柱；力学验算

中图分类号：U448 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）17-0018-03

1 工程概况

金清港大桥主桥起止桩号为：K90+472.5～K90+692.5，长度为220m。上部结构布跨型式为（60+100+60）m三跨预应力混凝土变截面连续箱梁，分左右双幅，单幅箱梁采用单箱单室截面，纵、横、竖三向预应力体系，为全预应力构件。桥宽16.25m，根部梁高5.8m，跨中及端部梁高2.5m，箱梁高度按1.8次抛物线变化。

16号块为边跨现浇段，梁高2.5m，长9m，砼方量137.1m3，桥梁所处位置位于海港，地质条件较差，大都为淤泥质粘土，承载力极差，如采用混凝土基础需要换填大量淤泥，且需要铺设大量混凝土。

2 现浇段钢管支架设计

在支架施工过程中，项目部技术人员针对软基地质，根据桥墩较高的特点，采用钢管桩作为支撑、剪刀撑连接、贝雷片安装及施工机械的综合运用不断分析，总结形成钢管立柱法施工方法，主要由钢管立柱、横梁、贝雷片、小钢管、方木等组成，采用钢管桩作为结构的基础。具体布置为横桥向采用5根钢管桩基础（两侧两排为直径530mm的钢管、中间三排为直径630mm的钢管），间距按照4m布置，入土深度为25m；钢管柱顶上横梁采用2根40a型工字钢双拼，顺桥向贝雷梁长度12m，预留1.5m工作平台，贝雷片上部采用I16工字钢作为分配梁（按照75mm间距分布），上部采用满堂脚手架搭设以便通过顶托调整预压变形及便于支架拆除。

3 力学验算

对设计方案进行力学验算，主要采用MIDAS软件进行受力计算。先建立贝雷架和分配梁的模型，并将荷载施加在分配梁上，荷载通过贝雷架传递到横梁上，建立横梁和钢管模型，将上一个模型的计算反力施加在横梁上，运行模型，得到相关计算。

3.1 荷载

主要考虑混凝土自重以及施工时的活荷载。

恒荷载：混凝土自重按照26kN/m3考虑。

活载：振捣荷载按照2kN/m2、人工荷载按照2kN/m2、其他模板荷载按照1.5kN/m2考虑。

3.2 贝雷架及分配梁计算

3.2.1 建立计算模型，根据腹板、底板以及翼缘板的重量在分配梁上施加荷载。

3.2.2 运行模型，得到贝雷架计算结果：

Mmax=31.08kN·m<[M]=788.2kN·m

Rmax=79.69kN<[Q]=245.2kN

fmax=15.5mm

贝雷架受力满足条件。

3.2.3 分配梁计算结果：

σmax=38.44MPa<[σ]=145Pa

τmax=5.67MPa<[τ]=85MPa

分配梁受力满足要求。

3.3 横梁及钢管支架计算

3.3.1 建立横梁和钢管支架计算模型，在横梁上施加上一个模型计算的反力值。

3.3.2 运行模型，得到横梁计算结果。

σmax=83.1MPa<[σ]=145Pa

τmax=35.19MPa<[τ]=85MPa

横梁受力满足要求。

3.3.3 钢管桩计算。

Φ630钢管桩的参数：

U=π×D=3.1415926×0.63=1.979m

钢管桩按照入土25m计算，土层的摩擦阻力值参照设计图纸，承载力结果如下[按照《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）的相关规定，取单桩垂直承载力分项系数γa=1.45]：

Qd=U×（qf1×L1+qf2×L2+qf3×L3）+qR×A=1.979×（25×0.6+18×9+13×13.2+20×2.8）+80×0.63×0.63×

3.14159/4=825.641kN

Qd/γa=825.641/1.45=569.4078kN>496kN

Φ530钢管桩的参数：

U=π×D=3.1415926×0.53=1.665m

钢管桩按照入土25m计算，承载力结果如下[按照《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）的相关规定，取单桩垂直承载力分项系数γa=1.45]：

Qd=U×（qf1×L1+qf2×L2+qf3×L3）+qR×A=1.979×（25×0.6+18×9+13×13.2+20×2.8）+80×0.53×0.53×3.14159/4=691.308kN

Qd/γa=825.6411/1.45=476.7645KN>347.7kN

钢管桩承载力满足要求。

4 施工技术方案

4.1 钢管柱振沉及安装

钢管桩下沉采用悬打法施工，使用50t履带式吊车配合振桩锤施打钢管桩。根据钢管柱埋设深度确定基础以下钢管长度，钢管柱采用直径630mm和530mm的钢管（壁厚10mm）。履带式吊车吊装悬臂导向支架，利用悬臂导向支架精确打入支架钢管桩基础，测量组确定桩位与桩的垂直度满足要求后，开动振桩锤下沉，下沉过程中技术人员使用水准仪控制钢管顶面标高，达到要求标高后停止下沉。

钢管采用法兰盘连接时，将焊缝上下30mm范围内的铁锈、油污、水和杂物清除干净，焊接定位点和施焊对称进行，露天焊接时，应考虑阳光照射所造成的钢管弯曲，环境温度低于-10℃时不宜焊接。钢管柱采用多层焊，焊完每一层后，及时清除焊渣，并做外观检查，每一层焊缝均应错开。当采用焊接连接时应严格控制其对接的精确度，安装时严格控制钢管的倾斜度小于0.1%。

钢管采用法兰盘连接时，法兰盘结合处应密贴，法兰螺栓应对称逐个拧紧，并加设弹簧垫圈或加焊，锤击时采取有效措施防护螺栓松动。

4.2 横梁

大横梁采用两根40a型工字钢如图1所示焊接拼接，焊缝饱满。

钢管柱顶焊接截面尺寸80×80cm、厚度10mm的钢板，钢板与钢管柱之间设置斜向支撑。钢板上放置40a型工字钢，钢板与40a工字钢焊接斜向支撑，防止工字钢位移。

4.3 贝雷片安装

在钢管柱和横梁安装完毕并经过检查验收合格后，进行贝雷片吊装。贝雷片的吊装有两种方法。在场地条件好，贝雷片不长并且塔吊或吊车有足够的起吊能力的情况下，可在地面预先拼接贝雷片，整联双排进行吊装，如果场地条件不好，贝雷片又过长，塔吊或吊车的起吊能力有限时，可将双排贝雷片纵向分为几节，分段吊装拼接。具体安装顺序为先吊装顺桥向中间贝雷片，后对称吊装两边的贝雷片，吊装完成后，用角钢将贝雷片横向连接，增强贝雷片的横向刚度。吊装作业必须有专人指挥，起吊和下落须平稳，避免对立柱等结构造成冲击，以确保安全。

4.4 栈桥上部结构

桥面板采取16号型钢上铺设钢板，先用吊机吊装型钢，卡箍固定，再吊装钢板，最后安装护栏立杆、护栏扶手以及涂刷油漆。每孔上部结构桥面板间留伸缩缝，防止热胀冷缩引起桥面板变形。

4.5 支架预压

安装模板前，要对支架进行压预。支架预压的目的：（1）检验支架及钢管桩基础的强度和稳定性，确保施工安全。（2）消除整个支架的塑性变形，消除地基的沉降变形，测量出支架的弹性变形，有利于桥面线形控制。

5 结语

采用钢管桩作为基础的钢管立柱法，能较好地解决软基基础处理问题，且材料可回收利用，值得推广应用。

参考文献

[1] 杨文渊，徐.桥梁施工工程师手册[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2] 天津市市政工程局.道路桥梁工程施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

作者简介：骆桂兰（1981—），女，湖北赤壁人，北京中交京纬公路造价技术有限公司工程师，研究方向：路桥施工管理；胡雄刚（1979—），男，湖北咸宁人，中天路桥有限公司工程师，研究方向：路桥施工管理；胡晓芳（1981—），女，湖北松滋人，中天路桥有限公司工程师，研究方向：路桥施工管理。