内河深水急流区现浇梁组合支架设计与施工_刘振发.pdf

Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言跨江桥梁施工经常受气候和地质影响，给上部结构施工带来较大困难。在常有台风暴雨等恶劣天气影响下，并且受下部基岩溶洞极强发育限制，对深水区现浇段支架设计施工要求极高。本文以肇庆大桥扩建工程40#墩边跨直线段现浇设计施工为例，从支架设计、荷载取值、计算分析、现场施工、沉降监测等全方面进行阐述，并对部分细节设计施工详细说明，为类似工程提供借鉴。2工程概况肇庆大桥扩建工程地处肇庆市区与高要区之间，横跨西江，连接肇庆市区与广肇高速，新建桥梁全长2 584.041 m，主桥桥型布置为81 m+4136 m+155 m+88 m，单箱双室连续梁结构，采用挂篮悬臂施工。其中，40#墩边跨直线段为单箱双室结构，长为16.8 m，高3.2 m，混凝土体积346.8 m3，两侧翼缘悬臂长3.625 m，梁段总重901.8 t。直线段位置水深约21 m，河床底覆盖层厚约11.5 m，主要为约8.3 m厚粗砂层及2.5 m厚粉质黏土层，下部依次为约2.5 m厚强（全）风化岩层、约1.5 m深串珠状溶洞、微风化岩层等。3组合支架设计现浇段采用钢管桩+贝雷片+盘扣架的形式建造。其施工难点主要有以下方面：（1）施工区域水深达21 m，且流速大；（2）地质条件差，有强风化岩层及串珠溶洞；（3）桥墩周边有抛石，钢管桩施工受影响1。为解决以上施工难点，采用以下对策：（1）钢管桩远离桥墩，利用40#桥墩及中系梁共同承载；（2）钢管桩与桥墩间设置多道强连接系，保证支架体系稳定；（3）设计考虑桩钢管桩为摩擦桩，施工考虑桩端入微风化岩层。【作者简介】刘振发（1983），男，江西抚州人，高级工程师，从事工程管理研究。内河深水急流区现浇梁组合支架设计与施工Design and Construction of Cast-in-Place Beam Combination Supportin Deep Rapids of Inland River刘振发，周锦，马玉龙，周康生（中建科工集团有限公司，广东 深圳 518067）LIU Zhen-fa,ZHOU Jin,MA Yu-long,ZHOU Kang-sheng(ChinaConstructionScienceandIndustryCorporation,Shenzhen518067,China)【摘要】以肇庆大桥 40#墩边跨直线段在深水急流区的现浇施工为例，采用钢管桩+贝雷架+盘扣架组合作为现浇梁支撑架，利用有限元软件进行施工模拟计算。施工模拟计算对组合支架实施意义重大，对组合支架的尺寸、加固措施等能够起到直接指导作用，并且直接影响施工的造价。研究表明，现场实施过程中支架安全稳定。【A b s t r a c t】Thispapertakesthecast-in-placeconstructionofthe40#pierofZhaoqingBridge in the deep rapidszone asan example,usingthecombination of steel pipe pile+Beret frame+tray tray as the cast-in-place beam support frame,using the finite element software forconstruction simulation calculation.The construction simulation calculation is of great significance to the implementation of the combinedsupport,whichcanplayadirectguidingroleintheconstructionmeasures,suchasspecifications,dimensionsand reinforcement measures,andalsodirectlyaffectthecostofthemeasures.Theresearchshowsthatthe stentissafeandstableinthefieldimplementationprocess.【关键词】深水急流；现浇；组合支架；施工模拟【K e y w o r d s】deepwaterrapids;cast-in-situ;combinedbracket;constructionsimulation【中图分类号】U445【文献标志码】B【文章编号】1007-9467（2023）06-0064-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.06.22164MunicipalTrafficWater ResourcesEngineering Design市政 交通 水利工程设计3.1下部支撑设计下部支架结构采用贝雷片+钢管组合式支撑体系。钢管桩共4排，1排4根落架于40#墩中系梁；水中设置3排钢管桩，每排5根。均采用630 mm10 mm螺旋钢管，4排管桩纵向中心距分别为10.1 m、3.46 m、3.0 m，横向间距为3.99 m，如图1所示。图 1钢管桩平面布置图（单位：mm）水中3排钢管桩之间设置3道连接系，最下面一层连接系采用325 mm8 mm钢管，上部两道采用双拼18b。水中钢管桩与40#桥墩间设置3道连接系，每道7根，底部采用529 mm8 mm无缝钢管，上部2道采用325 mm8 mm。连接系与钢管桩及桥墩预埋件均焊接，加强水中排桩稳定性2。钢管桩顶采用双拼工45b工字钢做分配梁，支承上部贝雷架荷载，如图2所示。图 2组合支架立面示意图（单位：mm）3.2上部支撑设计上层贝雷片共21片，以两种方式组合，其中对应现浇梁腹板位置采用3片贝雷片组合，其他底板及翼缘位置采用2片贝雷片组合。根据小里程侧分配梁支承位置不同，腹板下方3组共9片及翼缘板下方2组4片小里程侧支承于钢抱箍上的双拼I63b分配梁上，命名为A类贝雷片；另外底板下方的2组8片小里程侧支承于中系梁钢管柱上的双拼I45b分配梁上，命名为B类贝雷片。3.3细部构造桥墩抱箍：因40#桥墩周围抛石密集无法进行钢管桩沉桩，故在桥墩身顶设置钢抱箍，支撑A类贝雷片。抱箍内径2 500 mm，由16 mm钢板制作而成，宽1 000 mm，接头处设置15个10.9级M30高强螺栓。橡胶垫片：为保证贝雷片与下方分配梁间能形成有效联系，在分配梁及贝雷架之间设置2 cm厚橡胶垫片。预留间隙：因B类贝雷片需要跨过抱箍顶分配梁到40#墩钢管桩顶，为防止抱箍承受B类贝雷片荷载，将B类贝雷片与抱箍顶横梁间设置2 cm间隙，如图3所示。图 3桩顶细部构造示意图4组合支架计算采用二次浇筑，第一次浇筑至顶板底面，第二次全部浇筑完成。首次浇筑量315.1 t，二次浇筑量为426.7 t。采用Midas软件按一次浇筑施工模拟分析。4.1施工荷载（1）支撑体系自重程序自动计算，考虑各类隔板及加固措施，按1.1倍加载；（2）新浇筑混凝土密度取2 600 kg/m3；（3）箱梁模板及支撑架荷载按均布荷载取值，经计算，箱梁底板荷载为1.39 kPa，翼缘板荷载为0.6 kPa；内模板及支撑荷载0.4 kPa；（4）混凝土浇筑冲击荷载取2.0 kPa；（5）人材机施工荷载取2.0 kPa；（6）风荷载标准值0.6 kPa，受风面积系数取0.4；（7）水压力按高水位10 m计算，以横桥方向加载于水中钢管支撑；（8）荷载系分项数恒荷载取1.2，施工荷载、流水荷载等取值1.4，风荷载取0.61.4。65Construction&DesignForProject工程建设与设计4.2边界条件水中钢管中均入岩，中系梁钢管桩与埋件焊接，桩端刚结，埋入覆盖层部分钢管桩增加弹性约束。钢管桩与桥墩埋件之间采用焊接。贝雷架与分配梁间设置有橡胶垫，设置竖向弹性连接。4.3模拟分析结果1）按照承载能力极限状态荷载组合组合支架计算，计算结果如表1所示。表 1计算结果构件名称应力/MPa轴力/kN剪力/MPa位移/mm工字钢分配梁贝雷片弦杆贝雷片腹杆钢管支撑连墙件12216083.73573002654.51710.810.2由表1可知，钢管桩及分配梁受力满足要求。贝雷片弦杆轴力达到357 kN，超过容许荷载要求，为此对贝雷片弦杆进行加强，用U形箍将2根10槽钢分别绑扎在贝雷架立杆两侧补强，形成加强贝雷片，如图4所示。U 形箍普通槽钢10工字钢 I8贝雷梁立杆图 4贝雷片补强示意2）在风荷载及流水荷载作用下，组合支架最大变形量为17 mm，满足要求。3）根据模型计算出抱箍位置最大反力77 t，水中钢管桩最大反力75.8 t。抱箍承受荷载由连接高强螺栓承载。根据抱箍计算书，高强螺栓容许应力为61.8 kN，单侧设置15颗螺栓，单个螺栓承载51kNNL=61.8 kN（NL为极限承载力），满足要求。4）因钢管桩位地址条件复杂，按照钢管桩打入粉质黏土层底部算，不考虑入岩桩端承载力。即打入粗砂层8.3 m，粉质黏土层2.5 m，共11.5 m。根据补勘结果，粗砂层摩阻力标准值为80 kPa，粉质黏土层为50 kPa，根据JTG 33602019公路桥涵地基与基础设计规范 钢管桩单桩承载力为780 kN758 kN，即不考虑桩端承载力时，桩侧摩阻力能够满足钢管桩承载要求3。5组合支架施工利用一台100 t浮吊配一台90 kW振动锤，进行钢管桩沉桩施工，按方案要求，钢管桩需要穿透强（全）风化岩层及串珠溶洞，桩端至微风化岩4。组合支撑体系搭设完成后进行支架预压，压载采用梁体混凝土荷载的1.2倍。现浇梁285.3m3，即预压荷载为8901.4 kN。采用单个质量为5 t的混凝土块进行压载，共计180块，按照消减量荷载实际分布情况布置。沉降监测记录表如表2所示。表 2沉降监测记录表mm观测点监测时间1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d卸载后A1A2B1B2C1C200-10-10-100-10-2-100-10-1-10-1-20-2-200-20-2-200-2-1-5-2-10-2-2-7+3+4+5+3+1-3在持续压载过程中，水中钢管桩无较大沉降，卸载完成后均有回弹，可以判定桩端已经入岩，组合支架稳定可靠，可以保证现浇梁施工安全。6结语根据计算结果，钢管桩及连接系、连墙件应力均较小，具有较大安全储备，通过抱箍、U形箍、橡胶垫片的一系列设计，巧妙结合并利用现有结构完美解决了肇庆大桥扩建工程主桥边跨直线段现浇支撑问题，施工过程安全可靠，无安全事故发生，为大桥顺利通车提供了坚实基础。【参考文献】1梁中平，张平.高要水文站“08.6”洪水分析J.水利科技与经济，2009(5):431-432.2裴建玲，杨军宏，朱金盈.水中裸岩现浇梁组合式支架设计及施工技术J.施工技术，2018(S1):1298-1301.3唐龙.栈桥深水基础桥梁施工技术J.山西建筑，2001(3):72-74.4周平，杜洁力，杨显亮，等.超高现浇箱梁组合支架设计与施工J.施工技术，2020(S1):1135-1139.【收稿日期】2023-04-0266