公铁两用桥双层门式墩施工方案优化设计

2019-11-06王青山

四川建筑 2019年4期

王青山

(中铁十二局集团第七工程有限公司湖南长沙, 410004)

盖梁施工时所建立的支撑在桥梁施工中起到很重要的作用，甚至直接影响施工工期、质量、安全及投资控制[1]。其常用的支撑方法有满堂支架法、抱箍法、钢管桩支撑法等等。其中满堂支架法强度高，可以满足大部分的悬臂支撑要求，但是工期长、成本高；抱箍法成本低、工期短，但是经常无法满足强度要求。因此，根据工程具体情况选择合适的支撑方案影响着整个施工质量和进程[2]。本文以西江特大桥门式墩悬臂施工为例，在分析工程实例的基础上，对三种不同的施工方案进行受力分析和验算，确保盖梁施工中有足够的强度、刚度及稳定性，并结合成本和工期，选用最佳支撑方案，提高施工速度。

1 工程概况

西江特大桥门式墩盖梁长32.2 m，高3.6 m，宽3 m，每端悬臂长6.1 m，如图1所示。由于两端悬臂梁相对于盖梁整体来说较长，因此悬臂梁在整个盖梁的施工过程中是难点，特别是支撑方案的选择。在综合考虑工期、成本以及安全的基础上，还要保证工程质量，因此悬臂梁施工支撑方案的选择尤为重要。

图1 门式墩正面及侧面(单位:mm)

2 方案介绍

2.1 钢管桩支架法

悬臂端下面布置10 cm×10 cm方木，间距设置为25 cm，方木下面通过斜撑布置在I20a的工字钢上，I20a工字钢下面上横向I40a的工字钢，间距100 cm,纵向布置4根，再通过双I40a工字钢贝支撑在φ610、t=7mm的钢管支墩上，横向布置2排钢管支墩，每排各布置2根，间距200 cm。如图2所示。在浇筑混凝土过程中，荷载通过工字钢传播到钢管桩，钢管桩再传递至基础。

图2 钢管桩支撑法

2.2 托架法

悬臂端下面布置10 cm×10 cm方木，间距设置为25 cm，方木下面通过斜撑布置在I20a的工字钢上，I20a工字钢下面通过脚手架支撑，脚手架下部纵向布置I20a工字钢，I20a工字钢由三根托架横向分配梁I32支撑，间距1.1 m，横向分配梁通过销钉与墩身铰接，在距与墩身铰接处4.5 m处通过销钉与2[40b斜支撑铰接，斜支撑下端与墩身铰接，铰接处距横向分配梁与墩身铰接处4.5 m，如图3所示。

图3 托架法

2.3 改进托架法

图4 改进托架法

3 方案验算与比选

3.1 荷载组合

根据相关规范，考虑新浇筑钢筋混凝土、模板、施工人员与施工设备的重量，以及倾倒混凝土时产生的冲击荷载，经计算可得支架所承受的荷载：N=319.2kN/m。

取全横截面计算，则混凝土面积A=9.0m2，横截面上长度为L=3m，取模板的纵向每延米宽度为B=1m。可得总荷载的设计值为：S=133.22kN/m

3.2 托架法验算

对托架法各构件强度进行验算，包括模板刚度验算、方木强度验算、工字钢强度验算、横向分配梁验算、斜支撑验算以及墩身承受弯矩验算。

墩身承受弯矩计算。上部荷载传递至三个托架系统，简化为均布荷载，大小为：

受力图及内力图如图5所示。

(a)受力

(b)弯矩图5 托架法墩身受力及弯矩

由此可得，墩身最大弯矩为Mmax=7929.70kN·m，墩身受弯矩过大，不利于结构的安全。

3.3 改进托架法验算

对改进托架法各构件强度进行验算，包括模板刚度验算、方木强度验算、工字钢验算、横向分配梁验算、斜支撑验算以及墩身承受弯矩验算。其模板刚度验算、方木强度验算、工字钢验算、横向分配梁验算、斜撑验算均满足要求。

3.3.1 帽梁中部施工荷载计算

将帽梁中间部分施工荷载计算进行简化，上部荷载传递至贝蕾梁，简化为均布荷载，大小为：

q=319.20kN/m

按简支梁计算其支座反力为：

支座距离墩身2 m。

3.3.2 墩身承受弯矩验算

受力图及内力图如图6所示：

(a)受力

(b)弯矩

(c)剪力图6 改进托架法墩身受力及内力

由此可得，墩身最大弯矩为Mmax=3141.70kN·m，Qmax=1762.16kN，相比改进前的方案，墩身承受弯矩减小，对结构安全有利。

3.4 方案分析比选

对比以上三种方案，其中钢管桩支撑法是桥墩悬臂端施工常用的施工方法，施工安全可靠，但是其成本过高，工期较长，影响整个工程的进度，故不予以考虑。托架法节约施工成本，施工工期短，但是其加在墩身的附加施工荷载过大，对结构安全有不利影响。改进托架法通过将帽梁中部的施工荷载传递至墩身与悬臂端传递至墩身的施工荷载进行平衡，从而减小墩身承受的弯矩，既保证了施工的安全可靠，又节约了成本与工期。因此通过对比选取最优的改进托架法施工。