钢管桩支架在现浇箱梁桥中的优化应用

黄先滨，王　锋

(广西长长路桥建设有限公司，广西　南宁　530001)



钢管桩支架在现浇箱梁桥中的优化应用

黄先滨，王锋

(广西长长路桥建设有限公司，广西南宁530001)

文章以那厘右江特大桥引桥箱梁支架施工为例，介绍了钢管桩支架施工方案，同时对其进行受力分析，并阐述了支架施工工艺。

钢管桩；支架；现浇箱梁；应用

0　引言

钢管桩贝雷片支架因为结构稳定、受力明确，在现浇箱梁施工中得到广泛应用。但是由于结构构造的限制，一般只能应用于等截面现浇箱梁施工，而变截面现浇箱梁更多采用满堂脚手架或挂篮施工。本文结合那厘右江特大桥引桥7#～10#墩现浇箱梁施工特点，在变截面现浇箱梁施工中对钢管桩贝雷片支架进行优化，并尝试将钢管桩贝雷片支架与满堂式脚手架二者相结合进行施工。

1　概述

那厘右江特大桥7#～10#墩上构为跨越在建云桂高铁(45+65+45)m三跨双线预应力混凝土变截面单箱单室连续箱梁，单幅箱梁顶板宽度为12.75 m，桥面宽度为11.75 m，底板宽6.75 m，两侧翼板各悬臂3 m；箱梁跨中梁高2.0 m，支点梁高4.0 m。箱梁顶板厚度0#块为0.7 m，自0#块开始沿3 m长由0.7 m线形变化到0.28 m，翼板端顶板厚度为0.2 m，箱梁底板厚度0#块为1.1 m，在梁高变化段线形变化到跨中底板厚度0.28 m，见图1～2。

图1　跨云桂高铁现浇箱梁平面布置图

图2　跨云桂高铁现浇箱梁横断面示意图

2　施工方案比选

结合施工现场条件及本公司现有材料，拟用于该现浇连续箱梁施工的方案主要有满堂脚手架、移动挂篮等，满堂脚手架安拆方便，机械设备投入较少，施工简单工期短，但安全隐患较多，支架搭设高度受限制，该连续梁最大搭设高度达25 m，且要跨过云桂高铁路基边坡，出于安全考虑不采用满堂支架方案。挂篮施工可节约施工成本，但工序较多且施工工期长，因本工程上跨云桂高铁，铁路部门要求尽快完成上跨施工，工期较紧，同样挂篮施工不适用于本工程。因此考虑将钢管贝雷片支架与满堂脚手架二者的优点结合起来，用钢管贝雷片支架搭设主承重结构，在其上铺设分配梁，形成受力平台，再在平台上搭设满堂脚手架，这样既减少了满堂脚手架搭设高度和大面积地基处理，又解决了钢管贝雷片支架不适用截面变化较大的现浇箱梁的问题，通过对比，决定采用钢管桩贝雷片支架+满堂脚手架施工方案。

3　方案设计

3.1支架布置

图3　现浇箱梁支架立面图

图4　现浇箱梁支架横断面图

3.2实际施工中出现的问题及解决措施

3.2.1钢管桩基础处理

该现浇箱梁上跨正在施工中的云桂高铁，有部分钢管桩基础落在高铁路基边坡上，为不破坏高铁路基边坡，需要对高铁边坡进行帮填处理，现浇梁施工完成后再刷坡恢复，如图5所示。

图5　高铁路基帮填示意图

3.2.2贝雷片不能通长设置的措施

该现浇箱梁处在曲线上，贝雷片纵梁不能通长设置，因此要在墩顶处断开，用三排贝雷片纵梁以直代曲，对于墩顶处翼缘板要用满堂脚手架落地支撑。

3.2.3满堂脚手架水平力

由于下部钢管贝雷片支架与上部满堂式脚手架分属两个不同的支架体系，满堂式脚手架下部与型钢分配梁之间处于铰接状态，浇筑混凝土时在上部荷载的作用下会对满堂式脚手架产生一个纵向水平推力，为避免满堂脚手架相对钢管桩支架滑动，在搭设满堂脚手架时，靠近墩身的地方要用纵向水平杆牢固地支撑在墩身上。

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4　支架受力分析

杆件采用一般梁单元进行模拟，主要考虑结构的自重及混凝土容重，施工荷载及振捣荷载按规范取值。

4.1荷载取值

恒荷载考虑混凝土和结构本身自重，按规范要求取1.2荷载分项系数；活荷载考虑施工荷载和振动荷载，按规范取1.4荷载分项系数；验算结构强度时采用恒荷载与活荷载的荷载组合；验算结构刚度时只考虑横荷载。

4.2边界条件

钢管底部支承平动DXDYDZ方向全部约束，转动RXRYRZ方向非约束；钢管顶部工字钢与钢管、工字钢与贝雷片之间用刚性连接，释放梁端约束来模拟贝雷片之间的销接。

4.3荷载计算

结构自重按荷载分项系数提高1.2程序自动计入，混凝土荷载取26 kN/m3，按照梁高变化及实腹板、翼缘板的部位混凝土厚度的不同简化为线性荷载加载到横向分配梁上，按荷载分项系数提高1.2计入。施工活载包括施工人员及机具重量、倾倒、振动荷载等，按2 kN/m2计入，满堂支架、模板、方木等荷载近似按混凝土自重的10%考虑。

4.4计算结果

计算结果如图6～7及表1所示。

图6　现浇梁支架应力云图

图7　现浇梁支架整体位移图

部位最大计算值允许值结论钢管桩组合应力(MPa)108.3145满足要求桩顶横梁组合应力(MPa)88145满足要求贝雷片组合应力(MPa)173.4273满足要求分配梁组合应力(MPa)49.7145满足要求支架整体位移(mm)DX1.610满足要求DY2.810满足要求DZ10.322.5满足要求

从计算结果可以看出，改现浇梁支架强度及刚度满足要求。

5　支架施工工艺

5.1工艺流程

准备工作→场地平整、压实、测量放样定位→浇筑条形基础→架立钢管桩→架设2Ⅰ45 a工字钢横梁→贝雷片拼装→贝雷片安装→铺设Ⅰ14 a工字钢分配梁→碗扣式钢管搭设→底模板制作、安装→侧模板制作、安装→钢筋和钢绞线制作、安装→浇筑混凝土→养生(张拉、压浆)→拆除模板、支架。

5.2支架施工

施工前，先用挖掘机把钢管桩施工范围内的场地整平，局部软弱的地基要换填，然后压路机压实。为避免开挖基坑造成土层扰动，直接在压实好的地基上支立模板浇筑条形基础。在条形基础顶放出钢管桩中心点，钢管桩要按设计位置支立，吊锤保证钢管桩垂直度，横桥向5根钢管确保在同一直线上。钢管桩立好后测量管口标高，把管口切割水平，钢管顶焊接十字撑和封口钢板，在钢板外悬部分焊三角板加劲，防止钢板外悬部分变形。然后在钢管盖板上横放2条Ⅰ45#工字钢横梁，工字钢用1 cm厚钢板按1.2 m间距在上、下侧焊成一组再吊装，工字钢底部与钢管盖板接触处焊接固定，如果接触部位有缝隙，要用钢板垫实。Ⅰ45#工字钢上放置贝雷片纵梁，相邻贝雷梁间用支撑架连接，以加强贝雷梁的稳定性。贝雷梁面上横铺间距0.6 m的[14#槽钢分配梁，分配梁上再支立满堂脚手架和模板。

6　支架预压

根据现场情况，为加快施工进度，节省材料，采取分跨预压的方法。预压材料为编织袋装碎石，预压荷载为梁体自重的120%。加载及卸载均逐级进行观测，通过观测得出支架的弹性变形和非弹性变形，并以此为依据算出施工时应当采用的预拱度，按算出的预拱度调整底模标高。

7　结语

钢管桩支架在现浇箱梁施工中比较常见，在地形比较复杂或地质不良的情况下更能发挥其优势，因此，有必要对其进行优化，以增强其在各种条件下的适用性。

[1]周水兴，何兆益，邹毅松.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]黄绍金，刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]邱顺东.桥梁工程软件Midas/Civil常见问题解答[M].北京：人民交通出版社，2009.

Optimization Application of Steel-tube Pile Bracket in the In-situ Box-girder Bridges

HUANG Xian-bin，WANG Feng

(Guangxi Changchang Road and Bridge Construction Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001)

With box-girder stent construction of approach ramp in Nali Youjiang Super-large Bridge as the example，this article introduced the steel-tube pile stent construction programs，conducted its stress analysis，and described the stent construction process.

Steel-tube pile；Stent；In-situ box girder；Applications

U448.21+3

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.07.016

1673-4874(2016)07-0062-04

2016-06-05

黄先滨(1980—)，工程师，研究方向：公路与桥梁施工技术；

王锋(1970—)，高级工程师，研究方向：公路与桥梁施工技术。