百林大橋主橋現(xiàn)澆支架的施工技術(shù)
2017-11-13
百林大橋橋梁總長度為298m，共7個橋墩(臺)，0#臺至5#墩為30m跨箱梁引橋，5#-6#墩為138m跨箱梁主橋，主橋無水中墩柱，大大增加了大橋下構(gòu)的施工難度。根據(jù)右江的水文、地質(zhì)特點，主橋現(xiàn)澆支架預(yù)留一跨11m寬龍門，方便抗洪搶險及施工船舶通行。結(jié)合實際情況，本橋采用鋼結(jié)構(gòu)水中滿堂支架，全長138m，寬38m，每邊預(yù)留2m寬方便施工人員通行及施工電線混凝土輸送管的布置，支架搭設(shè)完成后分段分幅澆筑主橋箱梁，且分段合攏。主橋強度達到設(shè)計強度后，再進行主橋預(yù)應(yīng)力施工，然后再進行拱肋安裝。
為方便支架施工，擬在河道兩岸架各架設(shè)一臺OTZl25(6016)型塔吊配合支架施工，塔吊架設(shè)高度為其自由高度，鵝城岸架設(shè)在河邊上游位置，采用鋼管群樁基礎(chǔ)。龍景岸架設(shè)6#臺下游位置，采用鋼筋混凝土擴大基礎(chǔ)。
1、支架布置和跨徑組合
(1)支架與主橋軸線平行，支架為縱坡與主橋相同，主橋底部標(biāo)高通過支架預(yù)壓彈性變形量，調(diào)節(jié)底模板標(biāo)高。支架位于主橋下方，寬38m，標(biāo)準(zhǔn)跨6m，端最大跨度11m，在通航孔附近及兩端主梁實心段附近的支架跨徑縮小到3m，主橫梁上架設(shè)貝雷片，在預(yù)留通航孔處設(shè)雙層貝雷片，上面鋪設(shè)卸荷塊及分配橫梁，在分配橫梁上部鋪設(shè)主梁底模。具體布置如圖1所示。
主橋支架設(shè)計要求：主橋支架除了要考慮主梁施工時混凝土的重量外，應(yīng)該充分考慮主橋拱肋安裝時，主拱圈的重量及拱肋安裝時支架的重量，必要時還需要考慮運輸車輛運輸鋼管拱及拱肋吊裝時的車輛荷載。支架的強度及穩(wěn)定性應(yīng)該滿足施工荷載及結(jié)構(gòu)荷載的要求。
(2)支架結(jié)構(gòu)形式：
支架上部結(jié)構(gòu)為貝雷梁組拼裝結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)為鋼管樁加型鋼承重梁結(jié)構(gòu)。主橋支架采用外徑φ530nml，管厚8＝10mm螺旋焊接鋼管，根據(jù)地質(zhì)勘察報告，主橋支架鋼管位置處河床覆蓋層較薄，覆蓋層以下為中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，工程經(jīng)驗表明，利用振樁錘在該種地質(zhì)下沉樁基，沉入深度不大。每6m間距設(shè)置一排鋼管樁，每排21根，樁與樁之間用20號槽鋼作為剪刀撐，每8m高度用工字鋼作為平聯(lián)，橫橋向用22a槽鋼連接以增強樁基的水平向穩(wěn)定。鋼管樁頂上設(shè)置單根45#工字鋼橫梁，鋼橫梁上架設(shè)貝雷梁片，采用62排布置，布置形式如圖2所示。
2、材料選用
鋼材采用A3鋼，容許軸向應(yīng)力[σ]＝140(MPa)，容許彎曲應(yīng)力[σ]＝145(MPa)，容許剪應(yīng)力[τ]＝85MPa，容許端部承壓力[σ]＝210(MPa)。選用3000mm×1500mm×78mm的貝雷片，容許彎矩＝788.5kN・m，容許剪力＝245kN，容許彎曲應(yīng)力[σ]＝210(MPa)，容許剪應(yīng)力[τ]＝120MPa，兩片貝雷片桁架以1180mm×450mm支撐架尺寸連成一組，相鄰兩組貝雷梁凈距450-1200mm。
3、人員、機具、機械準(zhǔn)備
擬投入人員40名，負(fù)責(zé)材料的加工、安裝、加固，鋼管樁的下沉、接長、貝雷片的拼裝等。25t汽車吊三輛，負(fù)責(zé)鋼管樁的下沉、材料的運輸；駁船一艘，負(fù)責(zé)材料運輸；電焊機8臺，200kW發(fā)電機一臺，浮箱一個。具體的人員、機具配備見后面的人員、機具、機械統(tǒng)計表。
3.1工班勞動力配置
測量組：4人，支架搭設(shè)班、電工班、焊工班：40人，吊車班：5人，機修班：2人。
3.2機械設(shè)備配置
4、計算過程
4.1使用荷載
支架吊裝時考慮車輛荷載不多，僅按單車道荷載考慮，計算時按整體車道荷載進行分析。車道荷載按公路－Ⅱ級荷載計算，公路－Ⅱ級荷載的均布荷載按和集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值按公路－Ⅰ級車道荷載的0.75倍采用(見圖3)。
公路－Ⅰ級車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為qk＝10.5kN／m：集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值按以下規(guī)定選取：橋梁就算跨徑小于或等于5m時，PK＝180kN：橋梁計算跨徑等于或大于50m時，PK＝360kN：橋梁計算跨徑在5～50m之間時，PK值采用直線內(nèi)插法求得。
對于主梁結(jié)構(gòu)：混凝土荷載按26kN／m2取值，施工機具及人員荷載按1.5kN／m2取值，支架模板荷載按0.5kN／m2，拱肋吊裝重量及吊裝支架荷載按4000kN設(shè)計計算。支架結(jié)構(gòu)計算考慮，主梁澆注完成以后，翼板支架全部拆除，全部荷載落在梁底范圍內(nèi)的貝雷片，不考慮兩箱梁問橫隔板的支撐效應(yīng)。主梁結(jié)構(gòu)荷載按1.2倍系數(shù)計算，其余荷載均按1.0系數(shù)考慮。
4.2結(jié)構(gòu)分析計算
計算整體支架時，只計算通航孔處及相鄰三跨支架，車道荷載的集中力按作用在最大跨跨中，及相鄰三跨的中跨進行分析。計算采用MIDAScivil2006有限元軟件分析。
結(jié)構(gòu)分析計算A3鋼材最大組合應(yīng)力176MPa＜145×1.3＝a188MPa，最大剪切應(yīng)力99MPa＜85×1.3＝110MPa，對臨時結(jié)構(gòu)A3鋼材材料容許應(yīng)力按1.3倍提高系數(shù)計算。16Mn鋼最大組合應(yīng)力206MPa＜210MPa，最大剪切應(yīng)力115MPa＜120MPa，均滿足要求。
支架最大反力為700kN，要求鋼管樁單樁承載能力不低于700kN。
4.3鋼管樁入土深度的確定
根據(jù)設(shè)計圖紙的地質(zhì)狀況，主橋支架位處土層第一層為卵石(2-5m)，第一層以下為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，根據(jù)設(shè)計地質(zhì)資料《巖土層力學(xué)參數(shù)表》對卵石層裝周身極限摩阻力為200kPa，強風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖周身極限摩阻力為100kPa，計算鋼管樁單樁承載力極限值時，若按摩擦樁計算，并考慮1.5倍安全系數(shù)后。 入土深度：鋼管樁的單樁最大承載力為P＝700kN。
計算不考慮樁端阻力，樁身周長為1.6642m，若樁的持力層全部落在卵石層時，則h＝700×1.5÷(200×1.6642)＝3.15，若樁的持力層全部落在粉砂質(zhì)泥巖中時，則h＝700×1.5÷(100×1.6642)＝6.2m，卵石層厚度均在2m以上，所以在插打鋼管樁時要求鋼管樁的入巖深度不得小于4.3m。
圖紙地質(zhì)條件，綜合考慮局部沖刷，實際深度由施工時采用的DZ-90型振動錘達到最大功率振不下去為止。
5、主橋平臺面標(biāo)高的確定
根據(jù)本橋水文資料右江多年平均常水位為：115.6m左右，汛期洪水位117m左右。綜合考慮大橋鉆樁時的水頭差及正常水位的浪高，確定主橋支架第一道平聯(lián)的標(biāo)高為118m左右，支架頂面標(biāo)高根據(jù)主橋的梁底標(biāo)高控制。
6、鋼管樁基礎(chǔ)施工工藝流程(見圖5)
7、質(zhì)量保證
(1)所有的鋼管樁接頭焊接，滿足焊接規(guī)范的要求，管節(jié)對頭接時，管頭應(yīng)倒角，如果對接頭有縫隙時應(yīng)利用200×200mm鋼板在外焊補強。同時焊接時應(yīng)將焊縫30cm范圍內(nèi)的鐵銹、油污、水、雜物清理干凈，所用的焊條應(yīng)烘干。
(2)設(shè)計時主橋支架各支點已經(jīng)調(diào)整在貝雷梁的連接點，即承重主橫梁落在貝雷梁豎桿處，不允許將支點落在弦桿上。如果打樁時偏差較大，使支點不能和豎桿吻合時，應(yīng)對支點處的桁架弦桿作特殊處理，如在貝雷梁支點處加柱頭。
(3)鋼管樁頂帽梁145工字鋼必須注意縱向的穩(wěn)定性，設(shè)置的槽口不能過寬，并且在型鋼之間焊接鋼板，型鋼與鋼管柱頭采用補強處理，使其形成整體，增強其穩(wěn)定性。
(4)鋼管樁傾斜率在1％以內(nèi)，位置偏差在50mm以內(nèi)。
8、安全保證
(1)使用過程中的安全保證措施
在使用過程中派專人負(fù)責(zé)測量支架各墩的墩位變化，確保支架各樁的入土深度。按航道部門的要求設(shè)置禁航標(biāo)志，以防船撞。支架每有新增荷載時，必須對各鋼管樁進行位移監(jiān)測，確保主橋支架的安全。在支架上游，增加打三個防護樁，樁問采用鋼絲繩拉緊，防止洪水期間的漂流物對支架產(chǎn)生破壞性沖擊。
(2)主橋支架施工時所有參加施工的人員都必須按規(guī)定戴安全帽、救生衣。在打樁時要注意臨時布設(shè)限航的標(biāo)志或燈光標(biāo)志。
(3)主橋施工完成后，除了拱肋支架吊裝時需要外，不允許任何車輛通行，車速控制在5km／h以內(nèi)，并保證車距15m以上。
9、實施效果
經(jīng)150％重量加載實驗，沉降量都能控制在1～2cm以內(nèi)，主橋箱梁澆筑后標(biāo)高均滿足設(shè)計規(guī)范要求，確保了工程進度和質(zhì)量，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
