福建高速公路工程橋梁現(xiàn)澆連續(xù)箱梁中鋼管貝雷梁支架施工技術(shù)

鋼管貝雷梁支架在互通多層立交現(xiàn)澆連續(xù)箱梁中的應(yīng)用摘要：xx高速公路xx樞紐互通位于xx省xxxxxx村，樞紐互通內(nèi)xx線1#主線橋第8孔上跨第一期已施工完成的B匝道橋并與B匝道斜交，第8孔跨徑30米，屬xx線1#主線橋第三聯(lián)，上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，為確保首期已施工完成的B匝道橋受力結(jié)構(gòu)不致受到破壞，而不能采用傳統(tǒng)的施工方法在橋面搭設(shè)滿堂支架，因此，通過(guò)多方面技術(shù)探討和方案優(yōu)化，采用了鋼管貝雷梁柱式支架方案，實(shí)踐證明此方案可行、可靠、經(jīng)濟(jì)、快速，值得在同條件下現(xiàn)澆箱梁施工中推廣應(yīng)用。關(guān)鍵詞：現(xiàn)澆連續(xù)箱梁；上跨既有橋梁；鋼管貝雷梁；設(shè)計(jì)；驗(yàn)算；施工對(duì)大型的高速公路樞紐互通，因業(yè)主經(jīng)常采用分期招標(biāo)，樞紐互通立交施工順序不能統(tǒng)籌安排、同步施工，而由不同施工單位分期實(shí)施，就經(jīng)常會(huì)遇到后期新建橋梁上跨已施工完成或已通車運(yùn)營(yíng)的橋梁的情況，因此，在后期現(xiàn)澆連續(xù)梁橋的施工中，首先必須解決的難題就是如何搭設(shè)現(xiàn)澆箱梁支架，保證箱梁模板、鋼筋及混凝土澆筑等下道工序的正常施工和被交橋面的行車安全。本文從提縮短施工工期、加強(qiáng)施工安全及確保被交橋面的保通著眼，重點(diǎn)介紹了現(xiàn)澆連續(xù)箱梁上跨既有橋梁條件下支架方案的確定、設(shè)計(jì)、驗(yàn)算及施工，經(jīng)過(guò)了實(shí)踐的論證，取得了很好的效果。1、工程概況及現(xiàn)場(chǎng)狀況xx高速XXxx樞紐互通為定向式全互通4層立交，其中xx線1#橋?yàn)闁|西向永寧線主線橋，全橋長(zhǎng)377m，為左、右幅整體式橋梁，其中右幅上部構(gòu)造采用（4×25)+(27.5+37.5+27.5)＋（30+22.5）m預(yù)應(yīng)力連續(xù)現(xiàn)澆箱梁（現(xiàn)澆）＋5×25預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁（預(yù)制），共計(jì)14孔，箱梁高1.8m，梁截面形式為單箱雙室結(jié)構(gòu)，橋面寬12m，其中第三聯(lián)（第八、九孔）為整聯(lián)現(xiàn)澆，第八孔跨徑為30m，墩身高度18m，斜跨樞紐互通B匝道橋，斜跨部分B匝道寬度為16.48m，設(shè)計(jì)凈空≥5m。xx線1#主線橋?yàn)闃屑~互通的二期工程，上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆箱梁于2008年6月開始施工，計(jì)劃左右幅階梯式施工，右幅先于左幅一聯(lián)施工?；ネ▋?nèi)B匝道橋?yàn)閤x樞紐互通的一期工程，先于xx項(xiàng)目施工，屬泉三高速公路施工范疇，xx線1#主線橋施工時(shí)該橋已完成C40防水混凝土橋面鋪裝，正作為泉三高速路面施工的行車通道。2、支架設(shè)計(jì)方案及驗(yàn)算=1\*GB3①支架方案的確定xx線主線1#橋上跨B匝道橋第8孔現(xiàn)澆箱梁支架方案的確定需考慮兩個(gè)主要因素：一是確保B匝道橋面結(jié)構(gòu)受力不受影響；二是保證橋下施工車輛的行車安全，避免xx項(xiàng)目和泉三項(xiàng)目?jī)杉也煌┕挝滑F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)產(chǎn)生干擾。因此，綜合技術(shù)、工期、經(jīng)濟(jì)、安全等各方面因素，最后選擇了鋼管貝雷梁柱式支架作為箱梁的現(xiàn)澆支架，見附圖1。=2\*GB3②支架的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主要解決的問(wèn)題有兩個(gè)方面：一是鋼管柱的承載力、剛度和穩(wěn)定性；二是貝雷片梁的整體強(qiáng)度、穩(wěn)定性和剛度。主要材料：Φ425螺旋鋼管、321型國(guó)產(chǎn)貝雷片（高1.5m、每節(jié)長(zhǎng)3m）、I40b工字鋼、I20b工字鋼、碗扣式腳手架、C25鋼筋混凝土。主要設(shè)備：25T汽車吊一臺(tái)、電焊機(jī)4臺(tái)。支架設(shè)計(jì)平面圖（附圖2）及支架斷面圖（附圖3）如下：附圖2：支架設(shè)計(jì)平面圖附圖3：支架設(shè)計(jì)斷面圖=3\*GB3③支架總體布置延B匝道橋兩側(cè)護(hù)欄外沿順橋向各布置6根Φ425-10螺旋鋼管，箱室范圍4根，翼板處各一根。鋼管柱采用C25鋼筋混凝土基礎(chǔ)，鋼管柱頂部橫向是雙I40b工字鋼做橫梁，橫梁上放置16排貝雷片做縱梁，每2排貝雷片兩兩組合形成1組，共計(jì)8組。貝雷片上橫向布置I20b工字鋼，縱向間距為60cm，利用I20b工字鋼在其上搭設(shè)碗口式滿堂架。鋼管柱與橫梁通過(guò)焊接固結(jié)聯(lián)系、橫梁與貝雷梁U型螺栓聯(lián)系、I20b工字鋼通過(guò)5道[5槽鋼縱向通長(zhǎng)點(diǎn)焊構(gòu)成整體。碗口架下旋底托與I20b工字鋼采用梅花狀點(diǎn)焊聯(lián)系。=4\*GB3④支架傳力途徑及受力機(jī)理貝雷梁柱式支架結(jié)構(gòu)傳力途徑為：模板→碗扣式支架→U托→I20b工字鋼小橫梁→貝雷片縱梁→I40b工字鋼大橫梁→鋼管立柱→混凝土基礎(chǔ)→地基。=1\*GB2⑴橫向小橫梁（I20b工字鋼）及貝雷梁的受力小橫梁的受力即是碗扣支架傳來(lái)的豎向力。小橫梁是直接放置在貝雷梁上的，因此其承受的荷載將直接傳遞給貝雷梁，對(duì)于貝雷梁的加載，采用梁?jiǎn)卧奢d形式，即將間距均勻的小橫梁的受力折算為均布荷載，也就是將小橫梁傳遞給貝雷梁的集中力除以小橫梁的間距，就是貝雷梁的均布力。=2\*GB2⑵支墩大橫梁（I40b工字鋼）受力貝雷梁是直接放置在鋼管支墩大橫梁上的，支墩橫梁將作為連續(xù)梁承受8組貝雷梁傳遞下來(lái)的集中力。=3\*GB2⑶臨時(shí)支墩（鋼管立柱）受力臨時(shí)支墩的受力就是支墩大橫梁傳遞的集中荷載。=5\*GB3⑤支架的驗(yàn)算=1\*GB2⑴荷載計(jì)算a、砼荷載：在梁端1.5米的范圍內(nèi)為19.8*25=495kN/m,其中腹板重：440/8=55kN/m2；在梁距端1.5~3.5米的范圍內(nèi)為線型變化荷載，平均為[（14.15+8.095）/2]*25=278.1kN/m，其中腹板重：（278.1-30）/8=31.01kN/m2；梁中為8.095*25=202.375kN/m,其中腹板重：（202.375-30）/8=21.55kN/m2；其中：翼緣板每米重:［(0.15+0.45)×2/2］×2.5×2=3T計(jì)0.75T/m2，翼緣板處荷載q=7.5+2.0+1+2=12.65KN/m2。b、方料、模板自重按1.0KN/m2。c、施工人員和施工機(jī)具行走荷載：2.0KN/m2。d、振搗砼產(chǎn)生的荷載：2KN/m2。e、30米梁跨國(guó)產(chǎn)貝雷片自重:中間墩270kg/片×6片×8組÷18M其余部分270kg/片×2片×4組÷6M==2\*GB2⑵荷載分布根據(jù)梁體斷面圖，第八跨跨中砼荷載可簡(jiǎn)化如下圖布置模式:其他荷載只計(jì)算人員、施工機(jī)具行走荷載2.0KN/m2、振搗砼產(chǎn)生的荷載2.0KN/m2、方木及模板荷載1.00KN/m2。布置如下圖：根據(jù)對(duì)稱原理可將貝雷片及臨時(shí)支座受力（以貝雷片跨中為計(jì)算斷面，按簡(jiǎn)支梁計(jì)算）布置簡(jiǎn)化成下圖：Q1+Q2=276.8*17.48=4838kN，算得Q1=Q2=4838/2=2419KN=3\*GB2⑶貝雷片的布置與驗(yàn)算將荷載簡(jiǎn)化成均布荷載如下圖，求最大彎矩（該支架平均跨長(zhǎng)為16.48米，計(jì)算按16.48米計(jì)）：Mmax=qL2/8=9396KN.M，標(biāo)準(zhǔn)國(guó)產(chǎn)貝雷片桁片允許彎矩975kN.m，假設(shè)每片貝雷片均勻受力，Mmax/M0=9396/975=9.6片。根據(jù)施工及受力需要，共布置16片貝雷片，如下圖：鋼管柱及貝雷片布置圖貝雷片撓度計(jì)算：假設(shè)所有荷載由16片貝雷片承擔(dān)，以均布荷載q=276.8/16=17.3kN/m，跨度L=16.48米的簡(jiǎn)支梁計(jì)算，f=5*qL4/(384*EI)==31.5mm≤L/400=41.2mm通過(guò)以上計(jì)算貝雷桁架片滿足要求，而在施工時(shí)是貝雷桁架片兩片連成一幅，增加了其整體性受力。=4\*GB2⑷工字鋼大橫梁及鋼管柱驗(yàn)算鋼管柱承受荷載為Q1=2419KN。將Q1平均分配到16片貝雷桁架進(jìn)行計(jì)算求得：q1=q2=q3=……=q16=2419/16=151.2KN鋼管柱及工字鋼受力計(jì)算圖從而求得:大橫梁（I40b工字鋼）最大彎矩Mmax=113.2KN.m，最大剪力Τmax=262.8KNA、工字鋼受力計(jì)算鋼管柱頂大橫梁為兩根I40b型滿焊工字鋼，如圖焊接：工字鋼截面特性：A=2*94.07cm2,Ix=2*22781cm4,Wx=2*1139cm3。求得：剪應(yīng)力τmax=Τmax/A=13.97MPa﹤[τ]=125MPaσmax=Mmax/W=49.7MPa﹤[σ]=210MPa計(jì)算知采用二根I40b工字鋼能滿足要求。因以上計(jì)算采用將連續(xù)梁簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁計(jì)算，未考慮連續(xù)對(duì)力和彎矩的分配，并且都是取最不利情況下驗(yàn)算，所以計(jì)算很保守，滿足要求。B、鋼管柱受力計(jì)算：假設(shè)一端荷載全部由六根鋼管柱承擔(dān)，則每根荷載Q=2419/6=403.2KN，計(jì)算最大受力的臨時(shí)鋼管立柱支墩受力Qmax=403.2kN。鋼管按壓彎桿件計(jì)，鋼管柱之間每隔6～9米設(shè)置一道水平面橫向連接，假設(shè)有10cm的偏心受壓，偏心受壓彎矩：M=40.3kN.m。為保守計(jì)取L=9米。鋼管截面特性如下：i=14.75cm；A=104.8cm2長(zhǎng)細(xì)比λ=L/i=9000/147.5=61.03，查表內(nèi)插得φ1=0.6417λe=αL0ix/(hiy)=1.8*9000/425=38.12，查表內(nèi)插得φ2=0.8234,取μ=1σ=N/Aφ1+M/φ2Wμ=52.5MPa≤210MPa通過(guò)以上計(jì)算鋼管柱滿足要求。在施工過(guò)程中，每排鋼管柱每6—9米間距于水平向、斜向焊接槽鋼使鋼管之間相互連接，來(lái)增加其整體穩(wěn)定性，又因?qū)嶋H施工中貝雷桁架片為連續(xù)鋼構(gòu)，而上述計(jì)算時(shí)按簡(jiǎn)支計(jì)算，所以鋼管柱實(shí)際受力要較計(jì)算小，完全滿足施工要求。=4\*GB2⑷擴(kuò)大基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)算基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為C25鋼筋混凝土條形基礎(chǔ),斜長(zhǎng)16m,寬1.2米，高為0.6m,上下設(shè)置加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)分析,地基土為中密實(shí)度的粉砂土,根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ024-85),中密實(shí)度粉砂土地基承載力為200kPa,則基礎(chǔ)承載力為3840kN,大于鋼管最大軸向壓力P=2419kN,基礎(chǔ)承載力滿足要求。3、支架的搭設(shè)及拆除=1\*GB3①鋼管柱的安裝在基礎(chǔ)施工完成后,進(jìn)行鋼管柱的安裝。鋼管安裝前,在基礎(chǔ)上先用全站儀對(duì)平面控制點(diǎn)位置進(jìn)行精確放樣,鋼管底端與預(yù)埋鋼板貼角滿焊,鋼管分段吊裝豎向連接采用鋼板焊接并嚴(yán)格控制其對(duì)接的精確度,每安裝6m~9m高設(shè)置1個(gè)平面連接,采用[16號(hào)槽鋼連接,鋼管柱的頂部與工字鋼橫梁焊牢,以增強(qiáng)鋼管的橫向和縱向穩(wěn)定性,安裝時(shí)嚴(yán)格控制鋼管的傾斜度小于0.1%。=2\*GB3②貝雷片的安裝在鋼管柱和橫梁安裝完畢并經(jīng)過(guò)檢查驗(yàn)收合格后,進(jìn)行貝雷片的吊裝。貝雷片的吊裝采用兩種方法。在場(chǎng)地條件好,貝雷片不長(zhǎng)并且吊車有足夠的起吊能力的情況下,可在地面先拼接貝雷片后,整聯(lián)雙排吊裝；如果場(chǎng)地條件不好,貝雷片又過(guò)長(zhǎng),吊車的起吊能力有限時(shí),可將雙排貝雷片縱向分為幾節(jié),分跨吊裝拼接。安裝順序?yàn)橄鹊跹b中間,后對(duì)稱吊裝兩邊的貝雷片,吊裝完成后,按設(shè)計(jì)用槽鋼作為橫向聯(lián)系,增強(qiáng)貝雷片的橫向剛度。吊裝作業(yè)必須有專人指揮,起吊和下落須平穩(wěn),避免碰撞立柱,以確保安全。貝雷片安裝完畢后,在其上順橋向鋪設(shè)間距為60cm的I20b工字鋼,利用鋪設(shè)好的工字鋼作為碗扣式支架的安裝平臺(tái),支架按60cm×60cm的間距布置,然后安裝U形頂托,鋪設(shè)橫縱向方木,最后鋪設(shè)底模。=3\*GB3③支架的拆除支架的拆除為支架搭設(shè)的逆工序,先降低U形頂托落模,人工拆除模板及方木。先拆掉貝雷片的橫向聯(lián)系,再將翼板下的貝雷片用吊車移走,底板下的貝雷片用倒鏈向兩側(cè)橫移,用同樣辦法吊走。工字鋼橫梁和鋼管立柱的拆除可以通過(guò)在箱梁施工時(shí)預(yù)留卸架孔,用卷?yè)P(yáng)機(jī)吊走。4、支架預(yù)壓及沉降觀測(cè)預(yù)壓采用120%超載預(yù)壓，預(yù)壓的材料采用礦物袋里裝滿碎石,每袋平均1.2t,利用汽車吊吊到箱梁底模上=1\*GB3①沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)：觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)在箱梁底模上，每跨觀測(cè)5個(gè)斷面，分別為跨中斷面、兩1/4斷面及兩墩位處（縱向離墩柱中心1米位置），每斷面設(shè)3個(gè)點(diǎn)（腹板位置），每跨共15個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)如下圖：=2\*GB3②預(yù)壓方法：a、重量計(jì)算：根據(jù)預(yù)壓的重量及每袋重量計(jì)算出每跨預(yù)壓所需的袋數(shù)。b、碎石袋加載順序：加載量50%前碼疊不論順序疊平，50%以上一層一層碼疊直至完成。c、卸載順序：人工配合吊車均勻卸載，卸載的同時(shí)繼續(xù)觀測(cè)。卸載完成后記錄好觀測(cè)值以便于計(jì)算支架及地基綜合變形。=3\*GB3③沉降觀測(cè)：加載前對(duì)底模觀測(cè)點(diǎn)及專用水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量復(fù)核，加載采用逐級(jí)加載的方法，分50%、80%、120%三級(jí)加載分別對(duì)沉降和位移進(jìn)行觀測(cè)并記錄。加載過(guò)程派專人對(duì)支架進(jìn)行觀察，如果支架出現(xiàn)異樣，如變形、位移或最大沉降量超過(guò)6cm時(shí)應(yīng)立即停止預(yù)壓加載，找出原因采取有效措施后再進(jìn)行下一步作業(yè)。前兩級(jí)加載分別觀測(cè)24小時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)問(wèn)題再進(jìn)行120%超載預(yù)壓，待超載預(yù)壓穩(wěn)定72小時(shí)后再卸載，算出支架彈性變形和非彈性變形量，由彈性變形量設(shè)置跨中最大撓度并按二次拋物線型計(jì)算