張德祥 郭燕青

組合支架法在沿海淺灘吹填軟弱地基橋址現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用

張德祥 郭燕青

摘 要：在軟弱地基橋位地段，且存在泄洪要求的情況下，通過“鋼管樁＋貝雷梁＋碗扣支架”的組合支架的施工方法，可以很好解決軟弱地層穩(wěn)定性差問題，同時(shí)滿足泄洪的需要，具備施工速度快，對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，是一種比較經(jīng)濟(jì)的施工方法。

關(guān)鍵詞：組合支架；軟弱地基；現(xiàn)澆箱梁

1 工程概況

橫琴二橋位于珠海市橫琴新區(qū)，是珠海市金港高速公路橫琴北段的一部分，其南引橋第93～98跨位于中心溝河道內(nèi)，該區(qū)域?qū)俸Ｂ┑孛?，主要為海相沉積和海陸交互相沉積淤泥質(zhì)土，呈軟塑至流塑狀，強(qiáng)度低、觸變性高。

跨越中心溝位置的橋梁結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆混凝土連續(xù)箱梁，其孔跨布置形式為3×50m，上部結(jié)構(gòu)采用大挑臂展翅現(xiàn)澆箱梁，橋幅寬33.5m，梁高2.8 m，挑臂寬7.174m。

圖1 原地貌

圖2 橋型結(jié)構(gòu)

圖3 組合支架橫斷面圖

2 施工方案比選

根據(jù)該地段的特點(diǎn)，施工現(xiàn)澆梁施工方案必須滿足兩個(gè)條件：

（1）滿足泄洪要求；

（2）保證支架的穩(wěn)定性。為此對(duì)方案進(jìn)行如下比選.

2.1 滿堂支架法

由于中心溝處軟土層厚度達(dá)35m～40m，而且上下游存在地勢(shì)落差，軟土層整體不穩(wěn)定，根據(jù)滿堂支架對(duì)地基穩(wěn)定要求高及支架立桿間的間距僅有90cm左右的特點(diǎn)，采用滿堂支架法既保證不了支架的穩(wěn)定性，也不能滿足泄洪的需要，同時(shí)若要對(duì)地基采用大面積的換填及固化處理，成本較高，即放棄該方案。

2.2 組合支架法

為了將持力層放在穩(wěn)定地基上，同時(shí)考慮泄洪需要，采用鋼管樁作為支架的承重結(jié)構(gòu)，其可以穿過軟弱地層，將承載力直接傳遞到穩(wěn)定地基上，可以擴(kuò)大支架立桿間距，保證泄洪能力。再綜合考慮施工操作方便及總體成本低等影響因素，擬定了“鋼管樁＋貝雷梁＋碗扣支架”的組合支架法的施工方法。

圖4 貝雷梁弦桿組合應(yīng)力圖

圖5 貝雷梁弦桿剪應(yīng)力圖

圖6 支撐架軸向應(yīng)力圖

圖7 分配梁組合應(yīng)力圖

3 組合支架法方案設(shè)計(jì)

3.1 支架總體方案設(shè)計(jì)

“鋼管樁＋貝雷梁＋碗扣支架”的組合支架支撐體系的基本結(jié)構(gòu)形式為，首先在軟弱地層中打設(shè)鋼管樁，然后在其上安裝縱向貝雷梁，貝雷梁上鋪工字鋼分布橫梁，搭建成一級(jí)施工平臺(tái)，然后在平臺(tái)上搭設(shè)碗扣式支架。為保證支架的穩(wěn)定性，鋼管樁之間采用3拼45工字鋼做橫向支承梁。

3.2 支架結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位設(shè)計(jì)驗(yàn)算

3.2.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

（1）樁端反力

基礎(chǔ)采用P630×10鋼管樁柱，單樁承載力根據(jù)貝雷膺架模型柱頂對(duì)支承梁的反力乘相應(yīng)的提高系數(shù)確定，計(jì)算確定最大樁端反力為1389.8kN。

（2）鋼管樁打入土層深度控制

P630×10鋼管樁理論長(zhǎng)度按公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD63-2007第 5.3.3條結(jié)合地質(zhì)資料計(jì)算確定。

以K6+643.02樁號(hào)地質(zhì)資料為例計(jì)算鋼管樁理論長(zhǎng)度，理論計(jì)算樁長(zhǎng)（不含立柱長(zhǎng)度），樁埋入淤泥段長(zhǎng)25m，黏土段長(zhǎng)4m，[Ra]=0.5×（π×0.63×3.5×60 +π×0.63×31.5×15+π×0.63×2×60+ π×0.63×2×70+π×0.63×0.7×160）+π×0.3152×1500=1511.1kN。

理論計(jì)算得出樁長(zhǎng)為39.7m，樁柱總長(zhǎng)度39.7+5=44.7m。

3.2.2 工作荷載

（1）恒荷載計(jì)算

按2.8m梁高計(jì)算，鋼筋混凝土容重：26kN/m3，為更精確計(jì)算箱梁自重恒載，箱梁劃分為箱體單元及挑臂翼板單元，分節(jié)段分別計(jì)算，隔板按橋面水平投影面積均攤。模板荷載：2kN/m2。箱體及挑臂翼板單元體單元寬度恒荷載計(jì)算表此處省略。

（2）活荷載計(jì)算

施工人員、機(jī)具荷載：2.5kN/m2，混凝土傾倒荷載：2kN/m2，混凝土振搗荷載：2kN/m2，箱梁支架施工活荷載計(jì)算表此處省略。

（3）風(fēng)荷載計(jì)算

ωk=0.7μzμsω0=0.7×1.28×3.914× 0.5=1.753kN/㎡

其中：

ωk—風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/㎡）；

μz—風(fēng)壓高度變化系數(shù)；取值1.28；

μs—風(fēng)荷載體型系數(shù)，按規(guī)范取值， 分別取值3.914。

μst=1.2×111.97/（64.8×15）=0.1382

μs=0.1382×（（1-0.9772） 45/ （1-0.9772））=3.914

W0—基本鳳壓（kN/m2），按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009規(guī)定采用。取10年一遇基本風(fēng)壓值W0=0.50 kN/m2。

風(fēng)荷載按節(jié)點(diǎn)荷載加在碗扣滿堂支架節(jié)點(diǎn)上，則節(jié)點(diǎn)荷載為：

Fw=1.753×0.9×1.2=1.893kN

（4）添加荷載

支架施工荷載添加原則：沿支架縱向分節(jié)段取節(jié)段內(nèi)最大荷載在整段內(nèi)添加，施工恒荷載和活荷載在橫向方木上按梁?jiǎn)卧奢d連續(xù)加載，風(fēng)荷載按節(jié)點(diǎn)荷載加在橫橋向碗扣滿堂支架節(jié)點(diǎn)上，支架自重荷載MIDAS/CIVIL軟件可以根構(gòu)件的實(shí)際重量自動(dòng)添加，自重按照恒荷載工況添加后和其他施工荷載組合計(jì)算。

表1

圖8 分配梁剪應(yīng)力圖

圖9 柱頂支承梁組合應(yīng)力圖

圖10 柱頂支承梁剪應(yīng)力圖

圖11 縱向支承梁組合應(yīng)力圖

3.2.3 強(qiáng)度驗(yàn)算

（1）貝雷梁弦桿強(qiáng)度

國(guó)標(biāo)16mMn貝雷弦桿，最大組合應(yīng)力185.7MPa，最大剪應(yīng)力120.1MPa。

（2）支撐架強(qiáng)度

國(guó)標(biāo)貝雷支撐架，材質(zhì)Q235鋼，最大軸向壓應(yīng)力162.0MPa。

（3）分配梁強(qiáng)度

分配梁采用I200× 100×7/11.4工字鋼，材質(zhì)：Q235鋼，最大組合應(yīng)力179.3MPa，最大剪應(yīng)力46.8MPa。

（4）柱頂支承梁強(qiáng)度

柱頂支承梁采用3拼I450×152×13.5/18工字鋼，材質(zhì)：Q235鋼，最大組合應(yīng)力151.6MPa，最大剪應(yīng)力48.5MPa。

（5）縱向支承梁強(qiáng)度

縱向支承梁采用I360 ×138×12/15.8及雙拼I360×138×12/15.8工字鋼，材質(zhì)Q235鋼，最大組合應(yīng)力142.7MPa，最大剪應(yīng)力61.9MPa。

（6）強(qiáng)度驗(yàn)算匯總表（表1）

3.2.4 剛度分析

（1）貝雷梁剛度

貝雷梁弦桿最大位移7.7mm，小于規(guī)范規(guī)定的22.5mm（L/400，對(duì)應(yīng)L=9m），剛度滿足要求。

（2）柱頂支承梁剛度

柱頂支承梁最大位移7.3mm，小于規(guī)范規(guī)定的15.75mm（L/400，對(duì)應(yīng)L=6.3m），剛度滿足要求。

（3）縱向支承梁剛度

縱向支承梁最大位移14.5-7.3=7.2mm，小于規(guī)范規(guī)定的12.95mm（L/400，對(duì)應(yīng)L=5.18m），剛度滿足要求。

3.2.5 穩(wěn)定性分析

在此進(jìn)行鋼管樁的穩(wěn)定性驗(yàn)算，鋼管樁平臺(tái)以上部分的碗扣支架驗(yàn)算從略。

（1）地面以上鋼管柱穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)支架模型計(jì)算結(jié)果輸出，鋼管樁柱最大支承反力N=1389.8kN，考慮抗力分項(xiàng)系數(shù)取r=1.3后，鋼管樁柱承受的軸心壓力設(shè)計(jì)值為1806.74。

λ=l/i=5.0/0.310=16.13，?=0.988

故有

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可知：地面以上鋼管柱穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足要求。

（2）地面以下鋼管樁穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)地質(zhì)資料，鋼管樁穿透淤泥層深度31.5m，鋼管樁頂端嵌固于3.5m厚回填硬殼層，底端嵌固于黏土、砂土及強(qiáng)風(fēng)化層中，不考慮淤泥層的嵌固效應(yīng)（偏于安全），穩(wěn)定性驗(yàn)算鋼管樁長(zhǎng)1.75+31.5+2=35.25m（穿透淤泥層），頂端按交接考慮，底端固結(jié)計(jì)考慮，鋼管樁計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)m=0.7。

λ=l/i=0.7×35.25/0.310=79.6，? =0.691

故有

圖12 縱向支承梁剪應(yīng)力

圖13 貝雷梁豎向位移圖

圖14 柱頂支承梁豎向位移圖

圖15 縱向支承梁豎向位移圖

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可知：鋼管立樁穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足要求。

4 組合支架方案實(shí)施

4.1 鋼管樁施工

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，在進(jìn)行精確定位后，采用履帶吊配合DZ90振動(dòng)錘懸打沉樁方法進(jìn)行鋼管樁施工。即利用吊機(jī)吊起鋼管樁，全站儀測(cè)量指揮定位后，利用DZ90振動(dòng)樁錘插打鋼管樁直至設(shè)計(jì)深度。插打過程中，采用2臺(tái)儀器同時(shí)觀測(cè)管樁垂直度，通過對(duì)講機(jī)連通信號(hào)，及時(shí)糾偏，確保鋼管樁垂直度≤1%。

4.2 樁頂橫向支承梁的安裝

鋼管樁施工完成經(jīng)驗(yàn)收合格之后即可進(jìn)行橫向支承梁的安裝，橫向支承梁采用3根45工字鋼組拼而成，工字鋼與工字鋼之間采用焊接，橫向支承梁安裝時(shí)應(yīng)注意橫向支承梁的中心應(yīng)與鋼管樁的中心相重合。

4.3 貝雷桁架安裝施工

貝雷桁架安裝時(shí)先拼貝雷單元梁節(jié)，然后用汽車吊分節(jié)吊裝到位的方法。在地面上將標(biāo)準(zhǔn)貝雷片、貝雷支撐片等用鋼銷銷接成一片完整的單元梁節(jié)，用吊車將地面上拼接好的單元梁節(jié)吊起安放于排架上的分配梁上，然后橫向用連續(xù)系剪刀撐連接成整體，提高其整體穩(wěn)定性和抗扭轉(zhuǎn)能力，然后在其上鋪設(shè)橫向分配工字鋼，貝雷桁架與橫向支承梁之間也是通過U型扣聯(lián)接牢靠。

4.4 鋼管架上碗扣式矮支架搭設(shè)

鋼管架上碗扣式支架搭設(shè)縱橫向碗扣支架采用60×90cm、60×60cm、90×90cm三種間距布置，步距取1.2m，同時(shí)設(shè)置縱橫向剪刀撐，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求搭設(shè)，節(jié)桿、可調(diào)托座、可調(diào)底座根據(jù)設(shè)計(jì)配套使用。

4.5 支架檢查

支架搭設(shè)完成后，對(duì)支架平面位置、底標(biāo)高及預(yù)拱度進(jìn)行全面復(fù)核，無誤后進(jìn)行預(yù)壓，并需對(duì)支架安裝的牢固、整體及安全性進(jìn)行全面檢查、驗(yàn)收，檢查支架搭設(shè)、安裝、受力的整體性、均勻性，必須保證支架的整體強(qiáng)度、剛度，以確保組合支架在后續(xù)的現(xiàn)澆箱梁施工中的整體安全性及穩(wěn)定性。

圖16 支架搭設(shè)示意圖

5 現(xiàn)澆梁體施工

現(xiàn)澆箱梁粱體施工中后續(xù)的模板制作與安裝、支座安裝、鋼筋加工安裝、混凝土澆筑及預(yù)應(yīng)力施工工藝與滿堂支架法施工類似，此處不作贅述。

結(jié)語

據(jù)應(yīng)用效果看，該組合支架方案很好的解決了軟弱地層穩(wěn)定性差問題，同時(shí)保證了中心溝泄洪的需要，為項(xiàng)目的順利實(shí)施奠定了良好的基礎(chǔ)，并為類似的工程項(xiàng)目建設(shè)提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

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中圖分類號(hào)：U445

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A