变曲面现浇箱梁组合支架施工方案

廖巧玲，薛　魁

(广西长长路桥建设有限公司，广西　南宁　530001)



变曲面现浇箱梁组合支架施工方案

廖巧玲，薛魁

(广西长长路桥建设有限公司，广西南宁530001)

文章以某匝道桥现浇段为例，介绍了变曲面现浇箱梁组合支架(抱箍+钢管桩贝雷片+满堂支架)设计及验算过程，为同类型现浇箱梁支架方案的选定提供技术参考。

变曲面现浇箱梁；组合支架；抱箍；钢管桩；施工方案

0　引言

随着高速公路及市政道路建设的快速发展，现浇预应力箱梁被广泛应用，针对现浇箱梁工程的具体情况，采取合理的施工工艺，往往能有效节约施工成本，提高施工效率，确保现浇箱梁施工质量。本文通过对某匝道桥变曲面现浇箱梁组合支架设计及验算进行介绍总结，为类似桥梁提供有益借鉴。

1　工程概况

某匝道桥采用平纵线形设计，13#～17#墩处为预应力混凝土现浇连续箱梁，从该处由一个匝道变为两个匝道，为变曲面现浇箱梁，具体桥型布置如下页图1所示。

图1　某匝道桥变曲面现浇段桥型布置图

2　现浇支架设计

该匝道现浇段由一个匝道变为两个匝道，桥面较宽，且基础位于河道上，地基较软弱，墩柱高度在19.75～29.8 m之间，桥型较复杂。若全部采用钢管桩基础，由于地质较差，钢管桩入土深度要求较深，施工成本高。为降低施工安全风险和避免大量钢管桩施工，拟采用抱箍+钢管桩贝雷片+满堂支架的施工工艺。

(1)在圆柱墩中系梁上放置双抱箍，抱箍之间用φ500mm的钢管桩进行连接，抱箍上放置双拼Ⅰ63#工字钢做作横梁；

(2)双拼Ⅰ63#工字钢横梁悬臂较长部分用双拼[14a槽钢(背对背)作支撑，支撑在下抱箍上，并在型钢连接部位焊接耳朵，用插销固定；

(3)墩柱跨中搭设间距为3m的双排钢管桩，桩顶采用双拼Ⅰ40a工字钢作横梁；

(4)横梁上方铺设贝雷梁，并用间距为0.6mⅠ12a工钢作分配梁，上方搭设5.5m高的碗扣式满堂支架。

组合支架布置图如图2～3所示。

图2　现浇段组合支架一般构造图

图3　现浇段组合支架平面布置图

3　组合支架验算

为验证组合架的可行性，需对支架关键部位进行以下验算：组合支架建模验算，双排钢管桩验算，抱箍和螺栓强度验算，中系梁承载力验算。满堂支架验算本文不予介绍。

3.1组合支架建模验算

该变曲面现浇段为一整联，长86.4m。由于现浇段较长，需分跨分层进行混凝土浇筑，故分跨建模进行验算。该现浇段13#～14#墩之间桥型最复杂，取该跨进行验算。

(1)箱梁自重

经计算，该跨箱梁体积为288m3，钢筋混凝土容重按26kN/m3计算，则箱梁重量为：G1=288×26=7 488 kN。

(2)满堂支架及模板荷载

经计算，满堂支架自重取75 kg/m2，箱梁内模板及底模模板系统自重取40 kg/m2，则满堂支架及模板荷载重量为：

G2=(75+40)×20.8×21=50 232 kg=502.3 kN。

(3)施工荷载

由于施工面积大，施工人员、机具、材料及其它临时荷载+振捣荷载按2.5 kN/m2计算，则施工荷载为：G3=2.5×20.8×21=1 092 kN。

(4)支架自重

支架自重G4由Midas软件自行计算。

(5)荷载组合

G=1.2 G1+1.2 G2+1.2 G4+1.4 G3。

建立Midas模型，如图4所示，将所有荷载按梁单元荷载加载到分配梁上，模拟变曲线荷载，如图5所示。

图4　现浇支架Midas模型图

图5　分配梁梁单元荷载示意图

通过建模验算，支架内力均满足要求，抱箍承受的最大支点反力为：1 065.3 kN，钢管桩承受的最大支点反力为：630.5 kN。

3.2双排钢管桩验算

3.2.1钢管桩入土深度验算

钢管桩采用φ500mm、壁厚为8mm的钢管。根据现浇段所处地质情况，粉质黏土底层标高为：12.5m；强风化互层状粉细砂岩页岩底层标高为：-7.5m；13#～14#墩跨中地面线标高为：16.870m。

由公路桥涵地基与基础设计规范，假设钢管桩入土深度为11.5m，由公式(1)：

(1)

乘以0.7的安全系数，则：R=0.7 Ra=657.293 kN>630.5 kN。

式中：Ra——单桩轴向受压承载力容许值；

u——桩身周长；

n——土的层数，值为2；

li——局部冲刷线以下各土层的厚度；

qik——与li对应的各土层与桩侧摩阻力标准值，q1k=40 kPa、q2k=140 kPa；

qrk——桩端处土的承载力标准值，为600 kPa；

αi、αr——分别为振动沉桩对各土层桩侧摩阻力和桩端承载力的影响系数，α1=0.7、α2=1、αr=1。

故当钢管桩入土深入达11.5 m时，钢管桩承载力满足要求。

3.2.2钢管桩稳定性验算

钢管桩从地面线到桩顶的高度为17.6 m，由于钢管桩搭设高度较高，钢管桩的稳定性必须满足规范要求，故该组合支架在跨中设置双排钢管桩，其稳定性验算根据《建筑施工临时支撑结构技术规范》，不组合风荷载时：

(2)

式中：

N——立柱轴力设计值；

φ——轴心受压构件的稳定系数；

A——立柱截面积；

f——钢材的抗压强度设计值，为140 MPa。

(1)钢管桩截面特性计算

(2)轴心受压构件的稳定系数计算

利用Midas建立钢管桩计算模型，在每根钢管桩顶部施加单位荷载，进行屈曲分析，求出临界荷载系数，乘以单位荷载即为单根钢管桩的临界荷载，见图6。

图6　钢管桩Midas模型图

临界荷载：Pcr=2 801 kN；

根据《建筑施工临时支撑结构技术规范》查表得出钢管桩轴心受压稳定系数：φ=0.629。

由公式(2)，N=φAf=1.088 kN>630.5 kN

故钢管桩稳定性满足要求。

3.3抱箍验算

抱箍采用A3钢，厚度2 cm，高度1 m，直径1.8 m，设置有螺栓平台，每边有24个螺栓孔，共48个。抱箍分两片拼装，抱箍与墩柱这间加设一层10 mm橡胶垫，目的是增加抱箍与墩柱之间的摩擦力。抱箍之间用8.8级M27高强螺栓紧固。见图7。

图7　抱箍受力分析示意图

抱箍体所承受的压力N1、N2为现浇箱梁及其以上所有荷载产生的合力，用抱箍体支承上部荷载，抱箍桶壁与墩柱之间产生的摩擦力f抵抗压力N1、N2，由f=μN知，f由作用在抱箍桶上的垂直压力产生，采用抱箍桶之间的高强螺栓的拉力T对抱箍桶施加压力。

3.3.1螺栓数目计算

(3)

式中：P——M27高强螺栓预拉力，为300 kN；

μ——墩柱与抱箍之间的摩擦系数，为0.2；

n——传力摩擦面数目，为1；

K——安全系数，取1.7。

按照最不利原则，假设抱箍体的两扇半圆不平衡受力，竖向压力1 065.3 kN均由钢抱箍一侧24根8.8级M27螺栓组的抗剪力产生，由式(3)求出：

故抱箍数目满足竖向荷载的抗剪力要求。

3.3.2抱箍应力计算

故抱箍应力满足要求。

3.3.3螺栓强度验算

螺栓公称直径为27 mm，螺栓连接的轴承受的拉应力：

故高强螺栓强度满足要求。

3.4中系梁承载力验算

抱箍施工存在着许多不确定的因素，为保证支架整体的稳定性，将抱箍放置在中系梁上，需验算中系梁的承载力，根据混凝土结构设计规范，由公式：

(4)

式中：ft——C30混凝土轴心抗拉强度设计值，为1.57 MPa；

b——中系梁截面宽度，1.4 m；

h0——中系梁截面的有效高度，为1.6 m；

fy——箍筋抗拉强度设计值，为300 MPa；

As——配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；

s——沿构件长度方向的箍筋间距，为0.2 m。

中系梁抗剪能力主要由φ8圆箍筋承受，假设箍筋受剪破坏角度为斜向45度，取8根φ8箍筋进行抗剪验算，φ8箍筋截面积为50.3mm2，由公式(4)得出：VCS=4 876 kN>1 065.3 kN。

所以，中系梁能承受支架上部荷载，即使抱箍失稳，支架的整体稳定性也能得到保障。

4　变曲面现浇支架的处理

在抱箍螺栓平台上放置双拼Ⅰ63#工字钢做横梁，沿着桥面弯曲方向，工字钢横梁悬臂较长，最长为6.7 m。对于双拼Ⅰ63#工字钢悬臂部分用双拼[14 a槽钢(背对背)作支撑，在型钢连接部位焊接耳朵，用插销固定，顶住上方支架荷载，双拼Ⅰ63#工字钢横梁之间用双拼Ⅰ25 a工字钢连接，如图8所示。

图8　双拼63号工钢悬臂部分处理示意图

5　结语

(1)采用双抱箍虽增加了施工难度，但由于各墩柱桩系梁标高不一致，每个墩柱上设置双抱箍可使贝雷梁高度在一个平面上，且能更好地处理双拼Ⅰ63#工字钢悬臂部分。

(2)由于支架搭设高度较高，跨中采用双排钢管桩，能有效保证钢管桩的稳定性，分摊各钢管桩的竖向力，减小钢管桩入土深度。

(3)现浇段采用组合支架进行施工，施工难度有所提高，但能充分利用抱箍及钢管桩的优势，节约施工成本。

[1]GB 50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

[2]JTG D63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[3]JGJ 300-2013，建筑施工临时支撑结构技术规范[S].

Combination Stent Construction Program of Variable Surface In-situ Box Girder

LIAO Qiao-ling，XUE Kui

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

Taking the in-situ segment of a ramp bridge as the example，this article introduced the combination stent(hoop+steel-tube pile Bailey+full stent) design and checking process of variable surface in-situ box girder，thereby providing the technical reference for the stent program selection of the same type of in-situ box girder.

Variable surface in-situ box girder；Combination stent；Hoop；Steel-tube pile；Construction program

U448.21+3

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.07.019

1673-4874(2016)07-0073-05

2016-06-05

廖巧玲(1988—)，助理工程师，研究方向：公路桥梁施工管理；

薛魁(1989—)，助理工程师，研究方向：公路桥梁施工管理。