碗扣式支架在高墩大跨度现浇梁的应用施工

摘 要:介绍碗扣式钢管支架在随岳中高速公路岳口汉江二桥现浇连续梁的施工工艺和设计计算方法。通过岳口汉江二桥现浇连续梁的成功运用,分析碗扣式钢管支架在高墩大跨度现浇梁运用的优缺点,并介绍了纵横坡较大的情况如何进行调整和确立立模标高的方法。

关键词:碗扣式钢管支架;现浇连续梁;高墩大跨度

中图分类号:TU 文献标识码:A 文章编号:1672-3198(2010)06-0291-02

1 工程情况简介

1.1 工程概况

工程岳口汉江二桥位于湖北省岳口镇下游的七星滩弯道上,是随岳中高速公路跨越汉江的一座特大桥。主桥上部构造由73+112+150+150+90m连续箱梁,箱梁设计为单箱单室断面,全桥分两幅,每幅桥面为单向2%的横坡,。单幅由4个“T”构和两个边跨直线段组成,全长575m。

1.2 桥梁结构

55#墩侧边跨直线段长箱梁顶面宽12.75m,底板宽7m,梁高3.3m,顶板厚30cm,底板厚50cm,腹板厚60cm,全长34.5m,砼量369m3,重959.5t;钢筋重54.15t,合计总重1013.65t。

1.3 地形与地质特点

55#墩直线段下方地基为防洪大堤斜坡,斜坡长30m,高差20多米,因大堤加厚抛填土和桩基施工的泥浆的影响,地质松散。地形狭窄,施工场地有限,施工机械进场困难。

地质情况如下分布:人工抛填土亚粘土淤泥质粘土粘土细砂圆砾土亚粘土

2 施工方案的优化比选

根据地形和结构特点,经分析,能适用于桥墩高,跨径大,并且受力满足要求的支架主要有碗扣式满堂支架和贝雷梁柱式支架两种型式,列表对两种支架型式进行对比分析。

表1 支架型式满堂碗扣式满堂支架贝雷梁柱式支架受力结构受力状况简单,分析简单传力途径清晰,受力分析较复杂地基处理因地质情况较恶劣,尤其是55#墩根部因高差过大,需填片石进行处理。另为防止地基产生不均匀沉降,需对地基进行处理和压重,工程量较大。需插打钢管桩作为贝雷梁承力结构,因高度和受力较大,钢管桩需插打较深的长度。机械材料

人力投入不需要大型机械设备,需要人力较多。需要大型吊装和振拔设备,且因场地限制,需另修通道施工难易基础处理较难,支架的拼装、拆除较容易。施工情况复杂,插打钢管桩和吊装贝雷梁均困难。工期控制需较多人力保证工期需较大的机械设备投入保证工期结构安全度基础经过大规模的处理,满足沉降的要求,支架受力均匀,结构稳定,易于控制现浇梁线型和标高。因钢管支架高度大、连接少,需采用拉缆风等措施防止因大风等恶劣气候造成柱式支架倒经济性基础处理较复杂,材料投入较大,人员投入较多,机械设备投入小,支架成本较高。钢管支架插打极其困难,机械设备投入较大,人员投入较少,贝雷梁租用成本较高。根据当地现场的情况,片石数量比较充足,人工数量较多且工费较便宜,在武汉市场正好有500多吨碗扣式支架完工,可满足施工要求且租用价格相对较低。因此,综合技术、工期、经济等各方面因素,选择采用碗扣式支架作为箱梁的现浇支架。

3 施工难点和处理方法。

存在以下问题:

(1)因地形陡峭,场地平整难度大,并且由于土质松散,容易产生不均匀沉降。

(2)由于支架高度过高,长度,接近碗扣式支架搭设的极限高度,碗扣式支架的安全度存在隐患。

(3)由于工期较紧。仅有3个多月的工期,任务十分重。

4 施工工艺及控制要点

4.1 地基处理

由于55#墩直线段地基为防洪大堤斜坡,斜坡长30m,高20多米,坡度较大;因大堤加厚的抛填土和桩基施工的泥浆的影响,表面土质松散。因场地受限,碾压机械无法进入,因此无法采用碾压密实和减小坡度的方法。

根据反复比选,采用在直线段一侧(靠近55#墩)采用填筑片石的方法以减小斜坡的高度,有利于碗扣式支架的横向连接;并在松散地质上浇筑混凝土形成阶梯形地基的工艺,保证地基的稳定性,在施工中采用纵向分跨,横向分层的方法。有效的减少浇筑混凝土的数量

4.2 地基预压

由于大堤表面土质松散,对其进行预压。预压的材料采用矿物袋里装满砂,每袋平均1.1吨,利用吊机吊到箱梁底模上,逐跨预压。加载重量为箱梁自重和支架自重总和的120%,观测7-10d;。现取右幅第2跨观测结果如下:

表2 55#墩右幅第2跨地基沉降观测数据(单位:mm)点位左中右123123123压重后5天232427323637363739压重后7天252528353839373840卸载前252528353839373940卸载后回弹量201101101由此可见,地基经过预压后沉降量已稳定,完全满足支架施工条件。

4.3 碗扣式钢管支架的布置及受力验算

根据箱梁的单位面积平均重力、支架的承载力和施工的可行性。箱梁底选用纵向横杆0.6m,横向横杆0.6m,横向步距1.2m;箱梁翼板底选用纵向横杆0.9m,横向横杆0.9m,横向步距1.2m。

4.3.1竖向钢管受力检算

(1)单根钢管承受的荷载(立杆间距:横桥向0.6m,纵桥向0.6m)

①主体结构砼:0.6×0.6×3.3×2.6=3.08888t;

②支架及模板体系自重:26x3.84(钢管)+15(方木)+0.6x0.6x50(底模)=132.84公斤=0.132t;

③施工荷载:250公斤/平方米x0.6x0.6=0.09t。

共计:3.0888+0.132+0.09=3.3108t,取1.2倍安全系数:3.3108x1.2=3.97t

(2)钢管承载能力

①钢管承载能力:4.893x1400=6850公斤=6.85t(Φ48x3.5mm钢管横截面积为4.893平方厘米);

②钢管容许承载力(按压杆稳定计算临界力):N=[σ]x横截面积x折减系数(ψ)x0.8。

柔度λ=μL/i=0.7x150/(Ix/A)1/2

Ix=πD4[1-(d/D)4]/64=πx4.84[1-(4.1/4.8)4/64]=12.187cm4

λ=0.7x150/(12.187/4.893)1/2=66.53,查表得ψ值为0.8074,

则:N=1400x4.893x0.8074x0.8=4425公斤=4.425t。

N大于3.97t,竖向钢管受力满足要求。

4.3.2 整个钢管支架均按钢管支架构造要求进行布置

钢管支架的纵横向刚度很大,而且纵、横向受力(此处风荷载)较小,故只检算立杆受力稳定性;而且支架立杆已经按压杆稳定进行受力检算,整个支架稳定性满足要求。

4.3.3整个结构设置斜杆,斜杆可增强脚手架结构的整体刚度和提高稳定承载能力

斜杆同立杆的连接节点采用节点连接(即斜杆接头同横杆接头装在同一碗扣接头内)。斜杆在设置时端部必须设置斜杆,中间则应均匀间隔布置。

斜杆分横向框架斜杆和纵向剪刀撑。横向框架斜杆对提高脚手架的稳定强度尤为重要;纵向剪刀撑则可增强水平框架的整体性和均匀传递结接体的作用。

4.4 碗扣式钢管支架的支立及纵横坡调整

对于桥面较宽、纵横坡度不大的箱梁,可通过支架地基分单元和调整U托的方法相结合的方法调整至立模标高,但对于桥宽较小,纵横坡度较大的箱梁就很难实施,会导致单元面积过小,影响支架的稳定性。因此,在碗扣式钢管支架施工中,经常会定做一些短小立杆解决问题,如L=0.3m、L=0.6m。

在实际施工中,U托最小旋出长度为0.15m,当旋出长度大于0.45m时增加一根L=0.3m的立杆,长度大于0.75m,增加一根L=0.75m的立杆,运用这些立杆可以减少U托的旋出高度。当U托顶至支架最上横杆垂直方向上的实际长度过大时(具体尺寸需按参考文献2进行检算),使用回转扣将同型号钢管和立杆最上端连接,增加一层横杆。

4.5 立模标高的确定

影响箱梁挠度的主要因素有:支架变形沉降、箱梁自重、预应力大小、施工荷载、结构体系转换、混凝土的收缩与徐变等

施工的立模标高H立模=H设计+F1+F2+F3+F4+F5

其中H设计为成桥后通车运行时的标高

F1为卸架后一期恒载产生的挠度

F2为二期恒载产生的挠度

F3为成桥后3年混凝土收缩徐变和1/2活载产生的挠度

F4为支架在一期恒载的作用下的弹性变形、非弹性变形和基底沉降

F5为基础的沉降

5 结论

(1)在地质条件较差,场地受限无法使用大型机械设备的情况下,碗扣式钢管架能很好的完成高墩大跨度现浇连续梁的施工。

(2)施工实践表明,采用碗扣式钢管架施工的现浇连续梁结构和质量均能满足设计要求,并在施工组织上能满足工期的要求。

(3)在调整箱梁底模坡度时,采用特制的小立杆可较好的的解决纵横坡度较大的箱梁的支架施工问题,并减少了投入,节省了工期。

(4)在实际施工结果表明,斜杆可以提高整架的承载力,并且节点斜杆比非节点斜杆更有效。