跨路现浇连续箱梁支架设计与施工工艺研究

2022-07-24杨开放牟雨龙张康荣郭迎旗

科学技术创新 2022年21期

苏轩杨开放牟雨龙张康荣郭迎旗

(中电建路桥集团有限公司,北京 100048)

本项目基于对台山至开平快速路主线上跨S274 省道(35+45+35)m 现浇连续梁钢管桩支架的设计与施工工艺的研究,做到既保证施工质量、安全与工效,又满足S274 省道车辆通行的安全和净高要求。对钢管桩支架的结构进行设计和验算,并通过施工前的支架预压来验证支架的使用性能,并对其中的控制要点进行详细分析、阐述,为同类型现浇梁钢管桩支架施工提供有效的经验支持。

1 工程概况

台山至开平快速路主线起于台山市以西和安里S274 线处,设永和互通立交顺接台山市西环路,往北经南盛村、大安村,沿台山工业园以西经西亨村、西安村,与深茂铁路相交,路线长16.299km。在新建桥址3#～6#墩处, 上部结构采用(35+45+35)m等截面现浇连续箱梁作为上跨S274 省道的桥型布置。

2 钢管桩支架设计及验算

2.1 条形基础设置

选用条形基础对地基进行处理。将施工地段平整压实,保证原地面压实度达到90%以上[1]。按照图1 支架总体布置图所示测放样基础角点,并插打地脚螺栓将φ529×10mm 钢管桩固定在设计位置,浇筑宽1m×高0.7m C30 素混凝土条形基础。利用地脚螺栓和浇筑的混凝土基础,对立柱进行稳固处理,提高立柱稳定性[2]。

图1 支架总体布置图

2.2 钢管桩架立

立柱顺桥向中心间距为6m,布置3 排,每排布置11根,中心间距2m。钢管立柱顶部焊接100×100×2cm 钢板作为钢管桩的桩头；为加强钢管桩支架的整体稳定性,在距离钢管顶面4.5m 高度处设置[16a 型槽钢进行横向连接。根据立柱的几何尺寸以及布置形式验算其整体稳定性：

式中：f 为抗压强度；N 为最大轴力,取值1272.33KN；A 为立柱面积,取值1.63×102cm2；φ 为折减系数,由立柱的基本力学特性,查得取值0.824,[f]为抗压强度标准值,取值为195MPa,满足稳定性要求。

2.3 砂箱设置

钢管桩立柱顶部设置砂箱与桩头焊接,便于卸落支架；卸落支架时,割开砂筒卸砂,使支架与梁体脱落开,便于拆除支架。

2.4 枕梁搭设

钢管桩顶砂箱上焊接布置11 根双拼32c 工字钢,根据工字钢的布置形式及力学性能验算其抗弯及抗剪强度：

式中：Mmax为枕梁所受最大弯矩,最大容许值为319.2KN·m；Qmax为枕梁所受最大剪力,最大容许值为335.82KN·m；q 为枕梁所受荷载,取值32.08KN/m；l 为计算跨径,取值为6m。

在荷载作用下,枕梁产生的最大弯矩Mmax=144.36KN·m＜319.2KN·m；最大剪力Qmax＜335.82KN·m,其抗弯及抗剪性能足以达到使用要求。

2.5 分配梁及底模铺设

于枕梁之上均匀布置50 根14 号工字钢作为分配梁,并在其上按照间距30cm 铺设10×10cm 方木和2cm厚的竹胶板作为现浇箱梁的底模对底模系统进行验算,保证箱梁施工安全性的足够强度及抗挠性能：

式中：h 为竹胶板厚度；W 为截面模量,取值为4.7×10-5m2；[σw]为容许弯应力,取值13MPa；b 为模板计算宽度,取值为1；f 为竹胶板挠曲变形；E 为弹性模量,取值9×106；I 为惯性矩,取值为3.3×10-7；g 为作用于模板上的荷载,取值68.16KN/m；l 为模板跨径,取0.3m。

式中：σ 为强度设计值；M为跨中处最大弯矩；W 为截面抵抗弯矩q 为方木所受荷载,取25.05KN/m；a 为方木下工字钢间隔；d 为方木截面尺寸；ωmax为最大挠度值；E 为弹性模量,取值11×103；I 为惯性矩,取值为8.33×10-6。

底模上部荷载直接作用于方木及竹胶板,竹胶板产生的挠曲变形f=1.45mm＜l/250；方木受载压力σ=4.67MPa ＜14.5MPa,在压力作用下产生的挠曲变形ωmax=0.22mm＜l/400。即所使用的底模材料足以满足安全使用性能。

3 支架预压设计

3.1 支架预压加载

采用水袋注水预压法进行预压,其加载材料易得且不易损耗,荷载贴近设计值,加载速度可调控,安全风险低。支架预压总体荷载不应小于现浇节段支架所承受的箱梁自重的1.2 倍,即m预压荷载≥1.2×m浇筑段箱梁自重=261t。根据分级加载的重量不同,将水抽入水袋密封,预压加载方式按照0→60%→80%→100%进行[3]。

按照“跨中向支点,中心向两侧”的原则在支架上布置空水袋,后按照分级加载的不同荷载值,匀速对称注水加载,精确把控加载量。荷载的突增易造成地基突发性破坏,因此要避免加载过快或者出现荷载突增的情况,避免导致支架因加载方式不当造成破坏。

3.2 支架沉降监测点位设计

支架底模横桥向宽度16.25m,顺桥向宽度12m。按照“顺桥向从桥梁中心线每间隔500cm,横桥向每间隔306cm”的原则在底模上标记监测点,形成一个5×3 的沉降监测网格。

通过测量的初始高程及后续相对高差法测量的各节段标高数据,对支架进行数据分析。按照不同阶段的测量时间间隔要求测量[4]。对预压记录的标高及沉降量统一分析整理,若测量数据没有异常,说明支架通过理论计算及现场预压已达到使用要求。按照布置的各个截面的沉降平均值计算出支架整体弹性变形,通过弹性变形计算支架的立模标高。支架预压过程中测点布置如图2 所示布置。

图2 支架预压测点布置

支架标高记录原则按照每12h 测量记录一次支架标高数据变化,若连续两次标高测量沉降值在2mm 以内时,表明支架在当级荷载下处于稳定状态,可继续进行预压。根据预压过程中测量记录的数据,整理计算得出表1-2 支架各截面平均标高及沉降变化。并计算出支架各截面沉降变形量[5]。

表1 支架各截面平均标高/m 及沉降/mm 变化

通过对支架标高变化的计算和分析,得出图3 所示的预压过程中支架截面标高变化规律：预压过程中,随着荷载增加,支架开始沉降,标高降低。在每级荷载刚加载完时沉降最大,后逐步趋于稳定。因支架存在弹性变形,卸载中支架标高逐渐上升,又因支架的非弹性变形在预压中基本被消除,卸载完成后的最终标高低于初始测量的支架标高。