大跨度水上组合支架连续箱梁施工123

1大跨度水上组合支架连续箱梁施工齐延祥（中铁十四局集团第二工程公司山东泰安271000）摘要：结合济南市北园立交桥主线施工实例，论述碗扣式脚手架与六四式军用梁相结合的组合支架施工工艺，经对支架挠度的分析、验算，并与预压观测沉降值对比，精确设置施工预拱度，成功的解决了32m跨预应力箱梁施工水上支架搭设的技术难关。关键词：组合支架军用梁碗扣支架挠度施工预拱度1.工程概况济南顺河高架路北延工程第五合同段，为五层叠加全互通立交桥。基础采用Φ1.5m、Φ1.8m钻孔灌筑桩，下部结构为矩形墩，上部结构为连续刚构箱梁，桥梁全长3875m，总计40联150孔，其中预应力箱梁120孔，设计为逐孔浇筑逐孔张拉。主要工程数量：钢筋7100T，钢绞线497T，砼54000m3。因该项目顺河而建，主线桥全部位于河道上，其支架搭设方案是本工程的技术难点。经方案比选，我们采用WDJ型碗扣支架与六四式军用梁相组合的墩梁法支架模式，成功的解决了最大跨度32m的水上预应力箱梁施工技术难题，现结合主线桥第二联施工实例，介绍方案的编制、优化、验算方法。2.现状情况调查、分析1、主线桥第二联左右幅均为连续刚构预应力箱梁，桥梁全长144.5m，桥跨组合为28+32+32.1+28.9+23.5m，曲线半径1000m，标准截面梁高1.5m，单幅顶板宽9.24m，底板宽4.64m。详见图一：箱梁构造图。图一：箱梁构造图2、西洛河河宽19～21m，稳定水位距地面约3.0m，水深0.6～1.2m，雨季河水有时涨至与地面平齐。现场地质为回填垃圾土，深3～4m，其下为淤泥质土，深4～6m。沿河两测埋设有多条管线。3、我单位现场碗扣式脚手架材料充足，在泰安市的战备处库存有大量的六四式军用梁和工字型钢，但缺少与之配套的六五式军用墩。4、根据总体工期要求，主线桥箱梁施工应在2003年7月底以前完成，第二联计划工期为2003年4月20日～2003年5月31，平均8.2天一个张拉段。3.施工方案研讨根据施工荷载验算，采用单层军用梁时跨中挠度太大，若减小跨度需在水中加设支点，难度大、费用高。因此按双层加强型军用梁制订方案。1、方案一：在河两侧按4m间距钻孔灌注Φ1.0m摩擦桩，桩顶顺桥向放置两根H50型工字钢，其上横跨河布设28m跨军用梁，梁片间净距1m。此方案的优点是：（1）军用梁吊装、拆卸方便；（2）军用梁横置不受桥跨和曲线影响。缺点是：（1）、共需加设74根摩擦桩，占用工期时间长，费用大（2）受两侧地下管线影响，钻孔难度大，（3）施工场地狭窄，尤其河东岸为场区主要道路，钻孔施工对场地占用面积较大，后面工序施工操作困难。2、方案二：在承台上采用碗扣支架搭设支墩，横桥向放置H40型工字钢，其上顺桥向单幅布设8片军用梁，梁上满布碗扣式支架，每孔均采用简支结构。此方案的优点是：（1）利用既有承台做持力基础，结构可靠，费用小；（2）工艺操作简单；（3）、不占用河两侧场地，避免损坏地下管线。缺点是：（1）左右幅墩柱之间军用梁吊装、拆卸较慢，需使用较大吨位吊车；（2）、军用梁拼装1.5130注：图中阴影部分为张拉段。单幅横断面图135桥跨平面位置图1331311321343232.128.923.5229.244.640.30.327.7412832.29631.70432.39731.829.16728.63323.71723.28328.258河岸线2实际长度为24.48m、28.48m和32.48m，受桥跨和曲线矢差影响，两孔间的军用梁需上下交错布置，下层军用梁占用时间较长。经讨论分析，采用方案一受两岸管线影响，孔位难以布置、钻孔灌筑桩工期较长且具有较大危险性，施工费用高。根据方案的可行性、工期要求、成本对比，决定采用施工方案二。4.施工方案细化1、承台上支墩基础：采用碗扣支架配以可调底座、顶托搭设支墩，其组合方式为30cm（框长）×30cm（框宽）×60cm（框高）的框架单元，周边加密两排。根据承台（2.5m×6.5m）和墩身（1.7m×1.0m）设计尺寸，每个承台上设置278根立杆，搭设高度为4.5m和6.0m，采用3m和1.5m的立杆组合，周边设置斜向剪刀撑。详见图二：台上支墩构造图。图二台上支墩构造图（单位：cm）2、传力梁：为了使上部荷载均匀的分布到各立杆，避免单根杆件超载出现失效现象，顶托上纵向设置50型钢轨，其上横桥放置4根H40型工字钢。做为军用梁支点。3、军用梁布设：顺桥向单幅布设8片加强型双层军用梁，各梁片间用联接系槽钢联结。梁片间净距20cm，则单幅外沿宽度7.2m。。军用梁上横布10m长的H22型工字钢，两侧各悬挑1.4m，纵向间距按支架单元要求取0.9m和0.6m。4、碗扣支架搭设：军用梁上搭设碗扣式满堂支架，采取90×90×120cm的框架单元，对横梁及腹板等实心部位，加密为60×90×120cm的框架单元。支架构造详见图三：组合支架构造图。图三组合支架构造图5.结构验算支架的碗扣支墩、支架、工字钢和军用梁杆件的受力采用静力法检算均满足要求，根据施工工艺要求，为了精确留设底模预拱度，本文重点探讨军用梁挠度检算，此方面计算是整个施工控制的关键。1、受力分析：取最大跨径的131#～132#（32m）和132#～133#（32.1m）两孔荷载分布进行检算，根据支架形式和预应力箱梁施工工艺，砼浇筑时荷载分布见下图：图四荷载分布图但因施工中预压荷载倒运时，可能集中在同一跨中，出现最不利荷载分布状态，如下图：图五：最不利荷载分布图2、荷载计算（1）、查施工手册和军用梁手册，经计算单片军用梁承受支架体系恒载q1=0.887T/m（2）、根据设计图纸计算，上部箱梁砼9.986T/M，施工荷载取1.2系数（即预压荷载），则单片军用梁承受砼施工荷载：40工字钢50钢轨承台40工字钢支墩承台箱梁墩柱工字钢支架军用梁浇筑时荷载分布图浇筑时荷载分布图图五：最不利荷载分布图3q2=9.986×1.2×(32-6.4)/(32×8)=1.198T/m预压时按梁体自重的1.2倍加载，则最不利荷载值：q3=9.986×1.2÷8=1.498T/m3、理论挠度计算（1）、采用军用梁挠度计算经验公式：f=q×∑Ω式中：q：为军用梁上承受的均布荷载；∑Ω：挠度影响面积。计算结果见表一。表一：采用经验公式各阶段挠度值荷形式载q(T/m)∑Ω(cm·m/T)f=q×∑Ω（cm）备注体系自重q1=0.8873.443.0砼浇筑q2=1.1983.444.1预压荷载q3=1.4983.445.1（2）、采用卡秋林桁架计算公式：f1=K5q1L4/384EI=1.161×5×0.887×104×324/(384×2.1×1011×2.267×10-2)=0.0295mf2=K5q2L4/384EI=1.161×5×1.198×104×324/(384×2.1×1011×2.267×10-2)=0.0399mf3=K5q3L4/384EI=1.161×5×1.498×104×324/(384×2.1×1011×2.267×10-2)=0.05m式中：f—挠度mk—卡秋林桁架计算系数，根据军用粱构造k取1.161L—最大计算跨度，取32米E—弹性模量2.1×1011PaI—加强型双层军用梁组合截面惯性矩，取2.267×106cm4（3）、采用Ansys程序计算，为了检验公式计算值的精度，我们还采用Ansys程序进行挠度计算，结果与上述公式基本相符，本文不再细述。4、挠度值分析和预拱度留设在最不利荷载分布状态下挠度值为f1＋f3，约为8.1cm，根据军用梁使用经验，支架体系稳定性满足要求。支架体系自重产生的挠度从始至终均存在，对箱梁施工基本不影响。考虑到非弹性变形和预应力施工工艺，跨中预拱度按4.2cm预设。6.方案实施效果1、施工中根据不同阶段进行沉降观测，分别在1/2跨、1/4跨和墩柱位置等截面布设观测点。经过对观测数据的统计分析，扣除个别偏差较大点位，得出数值见表二。表二：各施工段支架沉降值沉降值观测点位置备注0L/4L/23L/4LΔ1(cm)01.63.11.60支架搭设完Δ2(cm)0.33.05.43.00.3预压稳定后Δ3(cm)0.30.30.30.30.3卸载后Δ4(cm)0.32.54.32.50.3箱梁砼浇筑完成2、施加预应力梁体上拱了5mm，拆模后复测跨中梁底标高比设计值高出3mm，说明预拱度留设是准确的，梁体线形控制较好。3、自4月14日开始搭设支架，4月26日浇筑第一孔，至5月26日第五孔浇筑完毕，6月7日支架全部拆除倒运，平均7.5天一个张拉段，支架周转时间约23天一孔，均比原工期计划（8.2天一孔）和支架周转时间（25天）有所提前。7.结束语在水上施工和跨河、跨路等特殊环境下现浇梁施工时，采用军用梁、工字钢和碗扣式脚手架共同组成现浇膺架，能充分发挥器材的优越性，大大缩短工期，减小投入，增加施工安全性，并较好的控制梁体线形，在同类桥梁施工中可优先选用。开发设计对三角架局部加固装置或研究生产用于连续结构支点的加强三角，则军用梁可采用连续形式，方案的优选空间更为广泛。参考文献1．《六四式（加强型）铁路军用梁手册》中国铁道建筑公司2．《六四式（加强型）铁路军用梁检算参考资料》（内部资料）中国人民解放军铁道部司令部3．《路桥施工计算手册》人民交通出版社周水兴等4.《工程力学》人民交通出版社孔七一作者简介：齐延祥（1971.5-），男，工程师，本科，1995年7月毕业于石家庄铁道学院工业与民用建筑专业