某跨河桥箱梁临时支架施工技术

作者:李永红 赵文峰
单位:山西高速公路工程检测有限公司
摘要:某跨河桥设计为3跨预应力混凝土箱梁结构,箱梁临时支架采用满堂红钢管碗扣式支架搭设。因有通航要求,河内需搭设过河门洞,门洞横梁采用I50b。详细介绍了支架区域的地基处理,临时支架的设计,以及支架施工技术,保证了主体桥梁的施工安全。
关键词:桥梁工程箱梁桥支架设计搭设计算施工技术
作者简介:李永红,高级工程师。
基金: -页码-:62-65

1 工程概况

   某跨河桥分东、西两幅,每幅桥跨径为32+46+36=114m,桥宽均为12.1m,中间隔离带宽2.5m,全桥宽26.7m,桥梁面积为3 043.8m [2]

   全桥共计20根钻孔灌注桩、4根墩柱、4座承台,上部结构为单箱双室连续预应力混凝土箱梁。(1),(4)轴为每单幅桥3根钻孔灌注桩,直径1.2m、桩长15m,上接桥台,桥台上设板式橡胶支座;(2),(3)轴为每单幅桥2根钻孔灌注桩,直径1.8m,桩长18m,上接承台(长×宽×高=8.2m×3.4m×2.5m),承台上接直径2m墩柱,墩柱与箱梁采取刚接。河道断面为现浇混凝土衬砌的梯形复式断面,河底高程为46.980m,现况水深2m。河底宽20m,河面宽25m,河道上口宽36m。桥梁中线由缓和曲线及圆曲线组成,与河道夹角为48.85°。

   桥区地质情况:在两岸地表以下3m范围内为杂素填土,杂素填土下面为厚1m左右的亚黏土,亚黏土层下面是厚40cm左右的细砂层,下面至现况河底为卵石层,成分以火山岩、沉积岩为主,呈亚圆形,一般粒径3~8cm,最大粒径16cm,充填30%~40%的砂砾。

2 支架区域的地基处理

   为确保箱梁施工安全及临时支架的整体稳定性,须对桥区范围内的地基进行处理。河两岸绿地部分需将该处下挖2m清表,开挖完成后,把表面平整后铺垫60cm厚砂砾料,并碾压夯实。左、右岸河坡形式对称,现以左岸为例进行说明。现况河底高程为46.980m,岸上开挖后高程为49.600m,回填砂砾料后高程为50.000m,高差为3.02m。清除表面浮土后在坡脚处砌筑365mm厚砖墙,墙高1.52m,墙顶高程为48.500m。墙体与坡面间回填砂砾料至高程48.300m,然后浇筑20cm厚C20混凝土,形成宽3.5m(3步排架)的平台。沿平台外侧再砌筑1道365mm厚砖墙至高程50.000m,墙体与岸坡间用优质黄土回填密实。

   河床分为2部分,上游30m河底为固化土河床,经多年河水浸泡后已不能满足施工需要,故将其全部清除,露出河底原状土,在其上浇筑20cm厚C25混凝土作为支架基础。清除河床底部需先设置围堰,围堰可采用双排9m拉森钢板桩布置,中间填素土,上部用砂袋封顶,围堰顶标高应高于河道汛期最高水位0.5m。

   围堰分为2块区域设置,中间留出航道。航道下河床处理可在一侧围堰施工完毕后进行。围堰设置完后进行清淤及抽水工作,随后浇筑混凝土作为支架基础。围堰内下方采用素土回填,分层夯实,上部浇筑混凝土。四周应设置排水沟,不使场地积水。

   门洞部分的基础在紧贴围堰支架处,凿除原河底混凝土及固化土后浇筑60m×2m×50cm C20混凝土条形基础,基础下的原状土先清除表面淤泥质土,后进行分层回填夯实处理。

   基槽开挖地段河道内承台基坑共有4个,受力尤为关键,故基础承载力要求较高,为保证承载要求,采用密级配砂砾料回填,分层夯实并取样,每层虚铺厚度控制在20~30cm,然后浇筑混凝土垫层。

3 临时支架设计

3.1 计算说明

   采用I50b,间距20cm,净跨度11.4m;工字钢上为间距10cm的10cm×10cm木方,上为箱梁底模板。

   碗扣架为纵向×横向×竖向。步距分别为:门洞工字钢下为30cm×30cm×60cm,中支点横梁下为60cm×60cm×120cm,箱梁底为90cm×60cm×120cm,翼板下为90cm×90cm×120cm。

3.2 计算参数取值

   G混凝土:钢筋混凝土重度取26kN/m [3];G:施工人员、施工料具荷载取2.5kN/m [2];G:振捣混凝土对水平模板产生的荷载取2.0kN/m [2];G:倾倒混凝土对水平模板产生荷载取2.0kN/m [2];木方自重:8kN/m [3];胶合板自重:12kN/m [3];碗扣架单根承载力:[σ]=25kN。

3.3 工字钢受力验算

3.3.1 I50b外形尺寸及力学性能(见图1)

图1 I50b外形尺寸及力学性能(单位:cm)

   图1 I50b外形尺寸及力学性能(单位:cm)  

   Fig.1 Shape size and mechanical properties of I50b(unit:cm)

   总长L=16m,高h=50.0cm,腿宽b=16.0cm,腿厚t=2.0cm,腰厚d=1.4cm。

   查工具手册得:Ix=48 600cm [4],Wx=1 940cm [3],A=139.3cm2

   工字钢每延米重101.504kg,工字钢弹性模量E=2.06×105MPa。

3.3.2 荷载计算

3.3.2. 1 I50b承载力验算

   I50b长16m,净跨11.4m,工字钢间距20cm。计算时,按净跨为12m单跨简支梁进行验算,取12m×0.2m为计算单元,计算简图如2所示。

图2 计算简图

   图2 计算简图 

   Fig.2 Computing model

   箱梁下钢筋混凝土每平方米自重:[12.46×1.8-(1.4+1.6)×1.855-3.4×1.38×2+0.75×0.15×4]×26/8.75=23.56k N/m2

   活荷载:2.5×12×0.2=6kN。

   倾倒及振捣荷载:(2+2)×12×0.2=9.6kN。

   钢筋混凝土重:23.56×12×0.2+0.5×1.8×0.2/sinα×26=62.85kN。

   模板重:12×0.01×12×0.2+8×0.05×12×0.2=1.248kN。

   木方重:8×0.25×12×0.2=4.8kN。

   I50b重:1.015×12=12.18kN。

   永久荷载分项系数取1.35,可变荷载分项系数取1.4进行验算,则有:

    

   抗剪验算如下。

   最大剪力:

    

   剪应力:

    

   抗弯验算如下。

   最大弯矩:

    

   弯曲应力:

    

   挠度验算如下。

    

   经核算,工字钢在荷载作用下各项力学指标均满足要求。

3.3.2. 2 碗扣架及地基承载力验算

   30cm×30cm支架及河底地基承载力验算如下。

   假设上一步计算中的荷载均匀分布,且经过支架传递的荷载均匀分布在两侧2m宽的条形基础范围内。现取长16m、宽10m为计算单元,该单元与河道中心为正交。按平均分配两侧各2m宽范围进行承载验算。

   活荷载:2.5×10×16=400kN。

   倾倒及振捣荷载:(2+2)×10×16=640kN。

   箱梁钢筋混凝土重:23.56×10×16×1=3 769.6k N。

   模板重:G=12×0.012×10×16+8×0.05×10×16=83.2kN。

   木方重:G=8×0.25×10×16=320kN。

   I50b重:GI50b=1.015×16×50=812kN。

   条形基础混凝土重:26×10×2×0.5×2=520kN。

   顶托[12重:12.06×10×9.8×14=16.55kN。

   碗扣架重计算如下。

   用于验算的10m长的范围内,共有34×6根竖向支柱,分7层,顶层和底层分别是KTC-75型顶托重9.69kg,KTZ-75型底托重8.5kg;中间5层为LG-60型竖杆,每根重4.05kg;横向连接为HG-30型横杆,每根重1.67kg。

   竖杆总重:34×6×5×2×4.05=8 262kg;横杆总重:(33×6×5×2+34×5×5×2)×1.67=6 145.6kg;顶托总重:34×6×2×9.69=3 953.52kg;底托总重:34×6×2×8.5=3 468kg。

   碗扣架总荷载:

    

   则有:

    

    

   最大计算承重荷载为:8 210.336/(4×10)=205.26kN/m [2]。排架基础为原状砂砾料。查《市政工程施工手册》,中密砂砾的[σ]=400kPa,河底地基承载力可满足箱梁支架承重荷载要求。尽管如此,在基础处理完成后进行静载试验,以确保施工安全。

   30cm×30cm间距碗扣架单根承载力验算(按11根/m [2]立杆):205.26/11=18.66kN<[σ]=25kN,立杆强度满足要求。

   60cm×60cm间距碗扣架单根承载力验算:

    

   满足施工要求。

   90cm×60cm间距碗扣架单根承载力验算:

    

   满足施工要求。

   经核算,碗扣架步距承载力均满足施工要求。

3.3.2. 3 岸坡地基承载力验算

   按有关工程施工手册,提供的轻便触探试验锤击数与地基容许承载力对比如下:锤击数分别为15,20,25,30击,对应的容许承载力[R]分别为100,140,180,220kN/m [2]

   按最不利情况考虑,选取60cm×60cm支架步距进行地基承载力验算,则理论地基承载力最大值为:14.9/0.36=41.4kN/m [2]

   由上文可知,只要最小锤击数>15击即可完全满足箱梁支架承重荷载要求。经地基轻便触探试验,最小锤击数均为19击,岸坡地基承载力满足要求。

4 支架施工

4.1 材料

   跨河桥临时支架采用满堂红钢管碗扣式支架,钢管、碗扣架、工字钢等材料进场验收要查验和保存生产许可证、产品合格证、检测报告等有关资料,并委托有资质检验机构进行检验,杜绝不合格产品。

4.2 支架结构形式

   1)碗扣架平面跨门洞段采取沿河道为横轴、垂直于河道为纵轴的正交矩阵布置,其余部分与河道斜交布置,横向、纵向设45°剪刀撑。

   支架横×纵×竖向间距为:(1)一般部位60cm×90cm×120cm;(2)跨河门洞30cm×30cm×120cm;(3)墩柱处中支点横梁下60cm×60cm×120cm。支架宽度大于桥宽4m。

   2)支架底托下垫5cm厚木板(或15cm×15cm木方),顶托上为横向15cm×15cm木方,其上顺桥向布置10cm×10cm木方,间距60cm,其上再满铺5cm厚木板+1.2cm厚竹胶板。木方与木方、木方与木板均采用钢钉连接固定。

   3)跨河门洞处,加密碗扣架作为竖向支撑,底托下垫5cm厚木板(或15cm×15cm木方),顶托上横向布置(顺水流方向)[12,上面沿垂直于河道中线方向布置长16m的I50b横梁,间距20cm。

4.3 预留拱度

4.3.1 设计预拱度

   桥梁第1,3跨设计预拱度2cm,第2跨设计预拱度2.5cm。

4.3.2 施工预拱度

   箱梁支架施工预拱度包括因素为基础压缩沉陷值、碗扣架压缩值、荷载弹性变形值等。

   施工预拱度与箱梁设计预拱度叠加后形成最终预拱度,施工中按此控制。以下为施工预拱度经验参考值:(1)支架荷载作用下弹性变形忽略不计;(2)满布式支架的非弹性变形底托与木板为1mm,方钢与木板为2mm,木楔为2mm,合计5mm;(3)支架基底的永久变形5mm。

   经过叠加后的各跨最终预拱度如下。

   1)第1,3跨施工预拱度取1cm,加上设计预拱度形成最终预拱度为3cm。

   2)第2跨经计算跨河工字钢计算挠度为2.63cm,充分考虑设计预拱度、施工预拱度及以往施工经验,综合调整后取第2跨最终预拱度为4cm。

4.3.3 预拱度的实际调整

   在钢筋和模板全部加载后,按已加载量和变形量的关系曲线进行二次调整。

   支架高程控制如下:预拱度按二次抛物线分配好后进行支架高程调整,由测量人员进行控制,施工人员按给定的数据先进行可升降顶托的调高控制,然后采用插木楔方法进行高程调整。

4.4 施工方法

   地基处理完成后,结合主体结构施工进度,为争取工期,由(1),(4)轴桥台向中间开始搭设支架,到达河坡时,转为过河门洞施工,然后由内向外施工。

   1)过河门洞施工门洞支架为加密碗扣架(30cm×30cm×120cm),底托下垫15cm×15cm木方,顶托横向(顺水流方向)布置[12,然后垂直于水流方向布置I50b。槽钢与工字钢之间采用木楔调整高程并防止滑移。现况水面高程为48.996m,门洞工字钢底高程为51.773m,门洞基础顶面高程为46.980m,门洞总高为4.793m,门洞净高为2.777m,满足通航要求。工字钢采用50t起重机吊装,起重机施工时就位于桥的东南方向,紧邻河坡。同时,在河底架设门式起重机,借助门式起重机进行过渡,然后在河西岸人工用吊链进行接力,实现人工配合机械作业,使工字钢到达指定位置。工字钢就位后,与下面的[12点焊连接,然后工字钢两两间用钢筋连接在一起。

   2)碗扣架施工施工时在支架底托下垫15cm×15cm木方,以提高支架整体稳定性及使基础受力均匀。碗扣架搭设时,确保位置准确、安装牢固,必须配合施工进度搭设,一次搭设高度不应超过相邻位置以上2步。河坡处跨砖墙位置时必须计算出适当步距,根据情况可增设扣件杆数,横杆在同一平面可错开搭设,保证支架整体受力稳定。在横、纵向每4步设置45°剪刀撑,提高整体稳定性。

   3)支架验收支架按施工顺序搭设完成后,请监理及质量监督部门验收合格后方可投入使用。

   4)支架搭设及使用过程中注意事项因该河有通航要求,因此临时支架在施工及使用过程中安全至关重要。施工过程中设专人检查并维护支架安全,发现问题及时处理,并立刻停止施工进行整改,消除隐患后再继续施工。

5 结语

   本文通过该跨河桥临时支架的科学设计与精确计算,工程项目临时支架非常稳定,保证了主体桥梁的施工安全,达到既满足桥梁主体工程的施工需要以及通航要求,又节约工程成本的目的。

    

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[6]孙国良,朱庆庆,吴文斌.山字形截面开口钢箱梁顶推施工监测分析[J].施工技术,2018,47(22):117-123.
Construction Technology of Temporary Support for Box Girder of a Cross-river Bridge
LI Yonghong ZHAO Wenfeng
(Shanxi Expressway Development Co.,Ltd.)
Abstract: A cross-river bridge is designed as a three-span prestressed concrete box girder structure,and the temporary support of the box girder is set up with a bowl of buckles. The navigation requirements need set up a translator crossing the river gate in river,and the door beam is made of I50 b beam. This paper introduces the foundation treatment of the support area in detail,the design of temporary support,and the support construction technology,which ensure the construction safety of the main bridge.
Keywords: bridges; box girder bridges; supports; design; erection calculation; construction
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