深水跨江连续梁直线段支架施工技术探讨

2014-08-02王波

山西建筑 2014年19期

王波

(常州市轨道交通发展有限公司，江苏常州 213022)

1 工程概况

杭长铁路客运专线HCZJ3标牌头浦阳江特大桥全桥长度为9 296．78 m，其中本桥在184号墩～189号墩(DK80+802．9～DK81+140．6)跨钱塘江支流浦阳江，设计采用(48+3×80+48)m连续梁通过。梁体为箱室、变高度、变截面结构;梁面宽度为12．0 m，顶板厚0．35 m ～0．45 m;腹板厚度分别为 0．48 m，0．7 m，0．9 m折线变化，局部加厚到1．05 m;底板宽6．7 m，底板厚0．435 m～1．0 m;边跨直线段7．75 m 截面中心梁高3．8 m，重量为298．27 t。

2 钢管立柱的设计

以189号墩直线段为例进行说明，靠近中跨侧下部采用单排3根直径1．0 m钻孔桩和横托梁(截面面积1．8 m×1．0 m×12．5 m)作为立柱基础，靠近189号墩落地钢管直接落在承台上。钢管柱直径采用630 mm(δ=10 mm)螺旋管。

墩高22．0 m，为圆端型实体墩，截面尺寸为4．0 m ×9．8 m，承台尺寸为9．6 m×12．3 m，为水中墩，水深4．2 m，该墩河床面以下8．9 m为细圆砾土，该墩通过方案优化，采用筑岛填筑而成，先对该墩位处采用粘土回填到施工水位，待钻孔桩施工完后，采用拉森钢板桩围堰进行承台有挡开挖施工。承台浇筑完毕后在抽拔钢板桩之前先将岛面以下墩旁钢管立柱安装就位，待基坑回填完后再对其接高。靠近合龙段侧钢管柱基础以回填岛面标高为准开始施工钻孔桩，桩基嵌岩深度为2．0 m，桩基施工完后再岛面以上施工横托梁作为前排钢管立柱的基础部分。

2．1 支架设计

1)钢管柱需设置2排(纵向)，每排5根，横向间距按照2．7 m布置，纵向间距按照3 m布置，钢管之间采用Ⅰ22a工字钢进行连接，并采用［14槽钢进行剪刀撑连接，两排钢管柱之间也采用［14槽钢进行剪刀撑连接，189号墩直线段采用钢管立柱、贝雷梁进行现浇施工，钢管直径采用630 mm，δ=10 mm。

2)前落地盖梁需要采用钻孔桩来进行基础施工，并且要求桩基嵌岩深度为2 m，桩径为1 m，桩基钢筋笼参考钢筋笼加工图，桩基采用C35混凝土进行灌注，钻孔桩长度根据现场的实际情况确定。

3)落地盖梁截面尺寸为1 m×1．8 m，横桥向长度为12．5 m，盖梁底部、顶部需设置钢筋网片，横桥向钢筋直径为16 mm螺纹钢，间距为15 cm，纵桥向钢筋直径为12 mm螺纹钢，间距为10 cm，架立钢筋采用16 mm螺纹钢，间距按照1．5 m梅花形布置，盖梁混凝土标号采用C35。

4)为了考虑直线段落模需要，需在钢管柱顶部设置落模沙箱，落模沙箱活塞采用直径50 cm，δ=10 mm钢管，落模沙箱承载面采用厚度2 cm钢板进行焊接，并需在活塞两头和钢管柱顶部内壁焊接加强板，加强板采用厚度10 mm钢板，落模沙箱顶部采用双排Ⅰ36工字钢作为横向承重梁。

钢管立柱支架正面、侧面及基础示意图见图1～图3。

图1 钢管立柱支架正面示意图

图2 钢管立柱支架侧面示意图

2．2 贝雷桁架设计

贝雷梁采用3 m×1．5 m规格，贝雷梁连接花架采用45 cm，同时为了保证贝雷梁横向之间的稳定性，需在贝雷梁底和顶部采用［14，L=12 m槽钢用U形螺栓进行连接。沿顺桥向方向共设9组，每组两片，采用45 cm花架进行连接，9组贝雷梁间距为1．35 m，桁架顶部横桥向铺设间距按照30 cm，4 m长15 cm×15 cm方木交错布置。

2．3 支架预压

1)预压施工及测试结果分析。预压采用堆码砂袋的方法，模拟施工荷载进行预压加载，预压测点采用在桁架底部观察倒尺的方法，在纵向直线段中心和两端布设测点，沉降观测数据见表1，可以看出桁架两端变形较大。

2)对支架进行改进，在两端加密桁架的横向连接，弹性变形量通过底模木楔调整拱度值确保梁底标高与设计相符，弹性变形中间部位按照2 mm设置，两端部位按照8 mm设置。

表1 沉降观测数据表

图3 钢管立柱支架基础示意图

2．4 沉降结果分析

在混凝土浇筑过程中和全桥合龙后，对相对应观测点箱梁底板进行了复测，实测标高与设计标高偏差在2 mm以内。从而保证了梁体的外观质量，说明钢管立柱支架变形量在施工过程中更容易控制。

3 支架检算

箱梁现浇支架见图1～图3，梁体底板下部为2 cm的竹胶板，下放中心间距为30 cm的方木，方木规格为15 cm×15 cm，方木下放长为3 m的贝雷梁，贝雷梁下为Ⅰ45工字钢，支撑在落架沙箱上，沙箱支撑于直径为630 mm厚10 mm的钢管上。

3．1 支架结构材料参数

1)木材(A-2红杉木)。

顺纹弯曲容许应力［σ］=13 MPa;

容许剪应力［τ］=2．0 MPa;

弹性模量E=1×104MPa。

2)竹胶板。

弯曲容许应力［σ］=70 MPa;

弹性模量E=6 500 MPa。

3)Q235钢材。

拉压容许应力［σ］=1．3×140=182 MPa;

容许弯曲应力［σw］=1．3 ×145=188．5 MPa;

容许剪应力［τ］=1．3×85=110．5 MPa;

弹性模量 Es=2．1 ×105MPa。

3．2 荷载

腹板荷载:q1=26 kN/m3×3．8 m=98．8 kN/m2;

空心段顶、底板荷载:q2=26 kN/m3×(1．1+0．64)m=45．2 kN/m2;

施工人员、施工料具、运输荷载:q3=2．5 kN/m2;

水平模板的混凝土振捣荷载:q4=2．0 kN/m2;

倾倒混凝土产生荷载:q5=2．0 kN/m2;

模板荷载:q6=2．0 kN/m2。

3．3 结构检算

底模检算:

1)腹板下底模检算。

15 cm×15 cm肋木按照中心距30 cm横桥向布置，保守考虑，模板按照支承在肋木上简支梁进行受力分析，模板宽度按照单宽计算。

腹板处底模荷载:

检算强度时:Q1=(q1+q3+q4+q5+q6)b=107．3 kN/m;

检算刚度时:Q2=(q1+q6)b=100．8 kN/m;

跨中最大弯矩:Mmax=ql2/8=107．3×103×0．32/8=1 207 N·m;

梁端最大剪力:Qmax=ql/2=81．3 ×0．1/2=4．1 kN;

模板截面抵抗矩:W=bh2/6=1×0．022/6=67×10－6m3;

模板横截面的最大应力:σmax=Mmax/W=1 207/(67×10－6)=18 MPa＜［σ］=70 MPa，满足规范要求。

底板处肋木间距同腹板处，荷载小于腹板处，故底板处模板自动满足规范要求，不再验算。

2)15 cm×15 cm肋木检算。

15 cm×15 cm承重方木横桥向布置间距为30 cm，肋木下放置最大间距为90 cm的贝雷片，保守考虑，肋木计算模型取简支梁。

作用在肋木上的荷载为:

腹板下:q1=107．3 ×0．3=17．56 kN/m=32．2 N/mm。

取腹板下荷载对肋木进行检算:

截面抵抗矩:W=bh2/6=150×1502/6=562 500 mm3。

截面惯性矩:I=bh3/12=150×1503/12=42 187 500 mm3。

跨中最大弯矩:Mmax=ql2/8=32．2×9002/8=3 260 250 N·mm。

模板横截面的最大应力:σmax=Mmax/W=3 260 250/562 500=5．8 MPa＜［σ］=13 MPa，满足规范要求。梁端最大剪力:Qmax=32．2×900/2=14 490 N，最大剪应力:τmax=3Q/2A=3 ×14 490/(2 ×150 ×150)=0．97 MPa＜［τ］=2 MPa，满足规范要求。

跨中最大挠度:fmax=5ql4/(384EI)=5×32．2×9004/(384×104 ×42 187 500)=0．65 mm ＜［f］=l/400=900/400=2．25 mm，满足规范要求。

翼缘板和底板下肋木与腹板下等间距布置，荷载相对较小，满足规范要求，不再验算。

3)贝雷梁检算。

腹板下贝雷梁的计算长度为3 m，双排单层布置，相邻两组中心间距为1．35 m。保守考虑，贝雷梁按照简支梁计算。

承受荷载:q=107．3 ×1．35=144．9 kN/m;

最大弯矩为:Mmax=ql2/8=144．9×32/8=163 kN·m＜1 576．4 kN·m，符合规范要求。

最大剪力为:Qmax=144．9 ×3/2=217．35 kN ＜490．5 kN，符合规范要求。

4)钢管立柱检算。

本工程采用直径为630 mm厚10 mm的钢管，高17．93 m，纵横间距分别为2．7 m和3 m，为轴心受压构件。

腹板下单根立柱最大荷载:N1=107．3×2．7×3=869 kN;

截面参数:W=2 971．9 cm3，ix=21．9 cm，A=194．8 cm2;

长细比:λ=81．8＜容许值 =120;