浅谈抱箍螺栓连接钢管柱+贝雷梁支架系统的施工技术
2022-11-16陈益周
陈益周
(大成工程建设集团有限公司,福建 厦门 361000)
1 工程简述
溪东路位于福建省东南部厦门市翔安区,是福建省国省干线横十线(G319)的重要组成部分,也是厦门市两环八射快速路网的重要组成部分,是拟建翔安机场对外的重要集疏运通道之一。溪东路工程北起翔安南路互通立交(茂林互通),往南延伸以全线高架形式上跨莲河中路后与滨海东大道互通立交(东园互通),并以跨海桥梁的形式穿过南港海通往大嶝岛,入岛后其主线为全线高架接至机场快速路高架层。本项目总体分两大部分:K4+736~K5+433为茂林互通;K5+433~K7+235为莲河段。
2 设计概况
茂林互通桩号K4+736~K5+433,桥梁全长697m,其中双港互通主线2号桥左幅共12联:3×30m+(21+35+30)m+3×30m+30m+4×30m+7×(3×30)m,右幅共11联:3×30m+(2×30+22)m+2×(4×30)m+7×(3×30)m,其中有2联为现浇箱梁,分别为左幅第2联和右幅第5联。箱梁为变截面悬臂单箱4室箱梁,左幅第2联顶板宽 17.116~21.533m,底板宽 13.616~18.033m,右幅第5联顶板宽18.363~22.128m,底板宽14.863~18.628m。现浇箱梁在墩柱的支点处设置横梁,增强梁体的整体性,其中端横梁宽1.5m,中横梁宽2m。桥面和底板设向外侧2.0%的双向横坡,通过顶底板倾斜横向形成,正常段箱梁顶板厚25cm,底板厚25cm,腹板厚45cm。近支点段顶板厚度不变,底板、腹板分别逐渐增厚至50cm、65cm。下部结构为柱式墩、桩基础;茂林互通左、右幅各7联,其中第2联上跨翔安南路。
3 选定支架形式
现浇箱梁支架的形式有多种,城市公路现浇箱梁常用支架形式有:盘扣式满堂支架、钢管柱贝雷梁+盘扣式组合支架、钢管柱+贝雷梁组合支架、抱箍螺栓连接钢管柱+贝雷梁组合支架。因本桥跨越城市主干道,桥梁墩柱较高,从地形、安全性能、施工难易、经济效益考虑,决定选用抱箍螺栓连接钢管柱+贝雷梁组合支架。
4 施工方法
茂林互通箱梁截面高度有2.0m和2.2m两种,最大宽度24.832m,抱箍螺栓连接钢管柱+贝雷梁组合支架根据合适的跨径进行布跨后,纵桥向钢管立柱最大跨径(立柱中心距离)为13.5m,横桥向根据箱梁截面宽度等间距布置,最大间距(立柱中心距)不超过3m。选择典型代表跨度进行设计计算,满足要求后,其他同类型桥跨可参照典型代表联跨进行抱箍螺栓连接钢管柱+贝雷梁组合支架模板施工。
抱箍螺栓连接钢管柱+贝雷梁组合支架模板由上而下的布置方式为:
(1)箱室、腹板下。1.5cm竹胶板底模→纵桥面5cm×5cm方钢(厚度2.5mm)→10a工字钢分配梁→纵桥向贝雷梁3×1.5m→双拼36b工字钢横梁→调坡、落架砂筒→φ630×7mm钢管立柱(12#槽钢连接)→C30钢筋混凝土预制块基础或扩大基础→基础处理。
(2)翼缘下。1.5cm竹胶板底模→纵桥面10cm×10cm方木→横桥向整体弧形架→横向10a工字钢分配梁→纵桥向贝雷梁3×1.5m→双拼36b工字钢横梁→调坡、落架砂筒→φ630×7mm钢管立柱(12#槽钢连接)→C30钢筋混凝土预制块基础或扩大基础→基础处理。
4.1 基础处理
根据设计地勘报告设计桥型布置图,支架模板的地基以素填土为主。将原地面的浮土清除、夯实后,根据支架立柱独立基础尺寸、支架单根立柱轴向力进行计算,当采用2m×2m的C30钢筋混凝土预制块基础,最大梁跨步设的出地基承载力容许值达到170kPa后,方可进行独立基础及上部施工。对于处在既有绿化带、人行道、泥浆池、桥梁基坑边缘的独立基础地基,如地基承载力达不到单根立柱轴向力对应的承载力值时,需进行换填处理,可在基础底下换填深度1m的水泥稳定碎石,并碾压密实,基础处理后的地基承载力应不小于计算要求的承载力。场地整平、测量放样后,安装2m×2m的C30钢筋混凝土预制块,厚度不小于30cm,基础内部设直径12mm双层螺纹钢筋网片,基础顶面设90cm×90cm×1.0cm预埋钢板。
4.2 抱箍螺栓连接钢管柱安装
(1)做好测量控制点的交接与核对工作,施工中钢管柱使用全站仪定位。
(2)采用Ф630×7mm螺旋焊接钢管做立柱,立柱底部和顶部均设70cm×70cm×1cm钢板垫与钢管焊接牢固,以提高立柱的稳定性。同时,钢管柱底板需采用6cm×6cm×1.0cm加筋板与钢板垫焊接牢固。承台宽度大于5m时,靠近墩柱的钢管立柱可直接立于承台上。钢管柱基础连接部立面图见图1。
图1 钢管柱基础连接部立面图
(3)根据现场施工环境,做好编号,确定钢管安装顺序,以施工方便为宜。
(4)安装钢管柱时,需先测量基础标高,计算钢管柱高度,钢管柱长度必须满足设计高度,钢管柱用吊车吊装,施工人员用登高车配合安装。
(5)钢管柱就位后,整排或多根钢管柱安装,应按设计标高割齐,钢管柱之间的纵、横向可采用钢抱箍+12#槽钢、M20螺栓(性能等级8.8)进行连接,钢抱箍连接钢管柱每侧3个螺栓应均匀拧到相似的坚固程度,并加垫垫片,用电动扳手安装螺母,拧紧力矩值需达到408N·m,抱箍钢管柱构造图见图2。
图2 抱箍钢管柱构造图
(6)钢管桩位应根据测量样的中心设置,并保护好标记。轴线定位允许偏差:a单桩的纵、横轴线位置±5mm;b两桩之间的中心间距±5cm;c竖直度0.1%。
(7)钢管柱如有接长,接头必须错开,错开的上、下距离不得小于1m,采用对口钢板焊接连接,焊缝等级应达到二级焊缝要求,并加焊4片钢板20cm×15cm。
4.3 砂筒安装
为了上部现浇梁施工完成后支架拆卸方便,需在每个钢管柱上设一个落架砂筒,砂筒分上、下两部分,均采用钢板封底;上砂筒钢板规格为长×宽×厚=60cm×60cm×1.0cm,筒身采用Φ559mm×8mm钢管,含钢板总高度40cm;下砂筒钢板规格为长×宽×厚=70cm×70cm×1.0cm,筒身采用Φ630mm×7mm钢管,含钢板高度40cm。施工时上、下砂筒内灌满砂后总高度应控制在60cm左右。砂筒安装应确保水平、与钢管柱轴线同轴。砂筒底钢板与钢管柱上钢板之间采用点焊或钢筋帮条焊接固定。
4.4 双拼36b工字钢横梁安装
在施工现场,两根36b工字钢上下应各用一块1cm厚、与工字钢等长、与两根工字钢等宽的钢板焊接,且2根一组连接,形成整体后用吊车进行安装,注意必须放在砂筒的中部。由于横坡的原因,在横梁与砂筒上钢板之间会形成小角度的横坡间隙,该间隙应采用同坡度楔形钢板填塞,确保横梁落在砂筒上不会形成单点受力。上砂筒钢板与横梁之间需采用8#等边角钢焊接固定。
4.5 纵向贝雷梁安装
贝雷梁安装必须按照设计位置排放。贝雷片与贝雷片之间用插销连接,梁与梁之间用支撑架连接,在地面分段拼装后,用吊车吊装就位。方案设计中,贝雷梁为简支梁,实际施工、安装中,两跨简支梁分跨处的贝雷梁之间应互相交叉嵌入,长度不得少于20cm,交叉嵌入部分横向需采用通长槽钢连接固定,形成连续梁。贝雷梁安装时,尽量使贝雷立杆,位置搁放在工字钢横梁处。
由于现浇梁底板纵坡,贝雷梁与工字钢横梁间有一个夹角,其间隙采用同坡度楔形钢板填塞,防止横梁单边受力。防止桁架滑移的措施:
(1)纵向:贝雷梁需在纵坡低处墩身端头与桥墩柱间用12#槽钢+木楔与墩身顶紧。
(2)横向:贝雷梁与双拼36b工字钢横梁之间,在横坡低处一侧横梁上,采用6.3cm×6.3cm等边角钢焊接作为贝雷梁的限位措施,再用U型卡将贝雷梁与横梁有效连接、卡控。
4.6 整体弧形架安装
现浇梁翼缘部分,需在横梁上采用整体弧形架固定支撑。整体弧形架由8#、6.3#槽钢、Φ48×3mm钢管组合焊接而成。弧形架采用钢管,7片为一组(标准段、间距90cm)连成整体,然后吊装至分配梁上,用U型卡与贝雷梁固定,或在8#槽钢上打孔,通过螺栓固定在贝雷梁上。弧形架与弧形架之间设置Φ48通长钢管,并用扣件固定在弧形架Φ48×3mm的钢管上,形成整体。
4.7 横向10a工字钢分配梁
腹板下,贝雷梁片上架设10a的工字钢分配梁,横桥向架设,间距90cm。
4.8 模板背楞
在底板10a工字钢分配梁上纵桥向摆5cm×5cm方钢,厚度2.5mm,间距20cm,作为模板背楞。翼缘及侧模部分的纵桥向摆放间距为25cm。方钢与贝雷梁或整体弧形架用铁丝捆绑固定,再铺、钉竹胶模板后,方可进行其他工序施工。
4.9 支架验收
支架施工完成后,项目部需先按规范测量验收支架的整体及各部位高程,满足设计要求后,报监理预验收、交通质监站验收,合格后支架预压。箱梁支架构造图见图3。
图3 箱梁支架构造图
5 结语
本文结合工程实例分析了抱箍螺栓连接钢管柱+贝雷梁支架系统的操作,抱箍采用标准构件作业,施工前根据基础高度测算每一联、每一跨的钢管柱长度,并以此下料,钢管柱之间的剪刀撑采用抱箍+槽钢通过螺栓连接,代替传统的剪刀撑槽钢与钢管柱焊接连接。抱箍螺栓采用电动扳手进行连接,施工人员简单培训即可操作,施工方便,操作简单,无需焊接与切割作业,极大地缩短了安装与拆除的时间,从而提高整体的施工效率,且所有构件都是标准件,可循环、重复使用,节省了大量的人力及材料损耗,缩短高空作业的时长,降低高空作业的安全风险,加快了材料的周转效率,最终有效地保证了施工进度。施工现场交通环境复杂,影响施工质量因素较多,需要制定完善的施工方案,加强施工细节控制,确保施工顺利进行。支架模板施工作为混凝土现浇箱梁的一部分,由于施工现场交通繁忙,车辆和行人较多,施工现场存在安全隐患,因此,必须在施工现场安排专业人员指挥施工,从而保证施工安全。