_48_80_48_mV型墩转体连续刚构支架施工技术

(48+80+48)mV型墩转体连续

刚构支架施工技术

单坤明

(中铁十六局集团有限公司󰀂北京󰀂100018)

摘󰀂要󰀂主要介绍了郑西铁路客运专线洛河特大桥跨洛阳西南绕城高速公路V型墩转体连续刚构施工的V墩及特殊梁段A、B梁段所采用的大钢管柱的支架形式,详细介绍了所应用大钢管柱支架的施工方法,并对大钢管柱支架进行承载力、稳定性的计算,成功地运用到了铁路客运专线的施工当中,为今后类似的工程提供了借鉴。关键词󰀂V型墩󰀂连续刚构󰀂支架󰀂检算󰀂施工

中图分类号󰀂U445󰀂󰀂文献标识码󰀂A󰀂󰀂文章编号󰀂1009-4539(2009)增-0065-06

1󰀂引言

48m+80m+48mV型墩转体连续刚构在我国时速350km的高速铁路客运专线上是第一次使用,具有施工难度大、技术含量高的特点,V型墩转体连续刚构是指墩身为V字形的连续刚构现浇梁,所谓的转体就是V型墩转体连续刚构先在既有路两侧平行于既有路方向通过支架法进行现浇施工,梁部施工完成后进行转体合龙,成功跨越既有路。采用支架法施工即加快了施工进度,减少了投资,

同时也能更好地保证施工质量,减少了对既有路的影响。

2󰀂工程概况

洛河特大桥位于河南省洛阳市洛龙新区,跨越洛河,全长14󰀁40269km,为郑西铁路客运专线控制工期工程之一,其中跨越洛阳市西南环高速公路的174号墩至177号墩(48+80+48)mV型墩连续刚构是洛河特大桥重难点工程之一。V型墩连续刚构成桥桥型布置见图1。

图1󰀂V型墩连续刚构成桥桥型布置

󰀂󰀂V墩墩身为板式截面,截面尺寸为5󰀁2m

1.4m,墩身与水平线夹角49󰀁311!,墩身为钢筋混凝土结构,非预应力体系。

V型墩连续刚构梁体为单箱单室等高度预应力混凝土结构,梁高3󰀁65m。顶板宽度13󰀁4m,悬臂长度

收稿日期:2008

0902

󰀂

3󰀁35m,箱内顶板厚度0󰀁4m;底板底缘宽度5󰀁2m,底板厚度V墩顶处为0󰀁8m,跨中为0󰀁5m。刚构梁体总长177󰀁5m(转体部分长度78m、悬臂端长39m),共分21个节段,合龙段(节段长度2m)在吊架上浇筑,其余梁段在支架上浇筑,A段为最大梁段、长度12m、砼251m。V型墩连续刚构施工步骤见图2。

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图2󰀂V型墩连续刚构施工步骤

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3󰀂支架设计方案

由于V墩墩身结构特殊,是V字形状,支架采用钢管支柱形式,从上到下顺序为:V腿钢模板、槽钢、工字钢、钢管柱、基础。梁体施工时是分段施工,首先施工A、A∀段,两段同时施工,依次再施工B、C、D、E、G、F段,支架搭设时采取分节段搭设。根据本桥的特点及现场情况,A、B段采用钢管柱形式,C、D、E、G段采用碗扣式脚手架形式,从上到下顺序为:箱梁模板、方木、碗扣式支架、基础。F段属于合龙后施工,采用悬吊模板形式。

V墩及A、B段梁体对支架的要求高,是施工的难点,在未施工B梁段前,施工A、A∀段时是个不稳定体,A、A∀梁段不能对V腿产生破坏力,所以要求A、A∀梁段的支架必须是强支撑体系,故采用钢管柱形式。

支架搭设完毕后对支架进行预压,预压重量为为设计重量的1󰀁3倍,用以消除支架的非弹性变形。

钢管柱基础采用桩基础加系梁和扩大基础的形式。C、D、E、G段满堂式脚手架基础首先采用的是对软弱地基进行换填碎石土处理,平整压实后,其上做C20混凝土厚10cm满铺,待混凝土强度达到90%后即可进行搭设支架。

5󰀂支架体系施工

5󰀁1󰀂V墩墩身支架施工

由于V墩墩身结构特殊,是V字形状,每侧V腿支架采用为纵向三排钢管支柱,每排横向四根,钢管柱上方放置4道纵向I50b工字钢,工字钢平行于V腿,上方放置14槽钢,间距40cm(沿V腿方向),其上放置模板,14槽钢预先与模板点焊连接。󰀁500钢管(厚度1cm)与预埋在承台中的钢板实现固接,在钢管柱顶上侧、50b工字钢下方放置一道双肢25工字钢横梁,横梁上通过9根󰀁32精轧螺纹钢筋(3道横梁共27根),钢筋按照间距60cm布置,以抵抗砼浇筑过程V墩对支架产生的水平推力。钢管柱之间采用14槽钢进行交叉连接,保证支架的稳定,支架布置见图3。

4󰀂支架地基处理

根据现场实际情况,V腿及A、B段箱梁底板下

图3󰀂支架布置

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5󰀁2󰀂V墩墩身拉杆验算

V墩砼自重2376󰀁2kN,模板自重332󰀁8kN,施工荷载133󰀁1kN,砼的侧压力266󰀁2kN,总荷载3108󰀁3kN。

则N1=G/tan49󰀁311!=2672󰀁5kN,则每根拉杆承受的拉力为296󰀁9kN,每根拉杆的拉应力󰀂=369󰀁2MPa,处于V墩顶端的拉杆的总伸长量为0󰀁2mm,每侧伸长量为0󰀁1mm。5󰀁3󰀂V墩墩身支架验算5󰀁3󰀁1󰀂14a槽钢验算

将该体系简化为跨度为1󰀁6m三跨连续梁体系。

砼线集度:ql=14󰀁28kN/m,模板及施工荷载线集度q2=4󰀁7kN/m。因此取q=18󰀁98kN/m,L=1󰀁6m;W=80500mm,M=-1/10ql=4󰀁9kN󰀁m。󰀂=M/W=210MPa,符合要求。f=0󰀁73mm<1600/400mm=4mm符合要求。5󰀁3󰀁2󰀂横梁双肢I25b型钢

拉杆钢筋按照间距60cm布置,转化为等效均布荷载q=436󰀁3kN/m。

计算模式:横梁跨度为1󰀁6m三跨连续梁体系。M=111󰀁7kN󰀁m弯曲应力计算:󰀂=Mmax/Wx=132󰀁0MPa<[󰀂]=210MPa,f=0󰀁89mm<1600/400mm=4mm,符合要求。5󰀁3󰀁3󰀂I50b型钢验算

砼自重线集度:ql=1󰀁6 1󰀁4 25󰀁5=57󰀁12(kN/m),

3

2

施工荷载及模板重q2=2󰀁5+4=6󰀁5(kN/m),则50a工字钢所受荷载线集度q=63󰀁62kN/m,L=6m。

因混凝土浇筑顺序原因,浇完下端6m时按简支梁计算:全部浇筑完毕后为两跨连续梁,受力优于简支梁,故按简支梁计算合格后即可满足要求。

M=1/8ql=286󰀁3kN󰀁m,󰀂=M/W=147󰀁6MPa﹤[󰀂]=210MPa,f=5ql/(384EI)=10󰀁5mm<[f]=6000/400mm=15mm,符合要求。5󰀁3󰀁4󰀂钢管验算

上部荷载重:G=3108󰀁3kN,换算为节点荷载,每钢管处节点外竖向荷载F=259󰀁03kN。假设该荷载全部由钢管承担,则钢管压应力为:D=500mm,d=480mm,A= (D-d)=1󰀁5394 105󰀁4󰀂梁体支架施工方案5󰀁4󰀁1󰀂A、B梁段支架施工

A、B梁段支架采用从下到上为:桩基础:桩径1m,桩长16m,每个钢管柱下面为1根桩基,沿横桥向桩顶采用系梁连接。󰀁500 10mm钢管,钢管柱顶横向布置工字钢,其上纵向布置I25b工字钢分配梁,分配梁放置钢模板;在A梁段弧线段,采用自制桁架支架上布置模板的形式。扩大基础从地面下挖0󰀁8m,换填0󰀁5m砂砾石。基础分为两层,下层为1 1󰀁5m,高0󰀁6m;上层为0󰀁6 1m,高0󰀁5m。支架布置见图4。

2

2

-24

2

m,󰀂1=

2

N/A=16󰀁8MPa<[210]MPa,符合要求。

图4󰀂A、B支架布置

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5󰀁4󰀁1󰀁1󰀂I25b工字钢分配梁受力分析

A、B段支架基础平面见图5。A、B段分配梁计算时,偏安全计算,假定所有荷载均由箱梁底分配梁承受。

图5󰀂A、B段支架基础平面

图6󰀂A、B梁段腹板支架立面

2

(1)V腿上方梁体最大截面面积为:S=14󰀁396m

(A梁段V腿内侧),每延米自重:381󰀁5kN/m。

󰀂

(2)支架、模板每延米自重53󰀁6kN/m。

(3)施工人员及小型机具对方产生的自重荷载33󰀁5kN/m。

(4)振捣混凝土时产生的荷载26󰀁8kN/m。合计每延米q=495󰀁4kN/m,箱梁腹板下方I25b工字钢间距为0󰀁6m。即腹板下方有9根I25b工字钢,工字钢长度为12m,支点间距为3m,按三跨连续结构计算。

Mmax=-445󰀁8kN󰀁m,Qmax=1634󰀁8kN。弯曲应力计算:󰀂=Mmax/Wx=117󰀁1MPa<[󰀂]=210MPa,符合要求。剪应力计算:!=Q/A=33󰀁93MPa<[!]=104MPa,符合要求。跨中挠度计算:f=0󰀁0027,m=2󰀁7mm<[f]=1/400mm=7󰀁5mm,符合要求。碗扣支架处I25b工字钢,支点间距、荷载均小于A、B段,故亦符合要求。

5󰀁4󰀁1󰀁2󰀂A、B梁段柱顶横梁

(1)V腿内侧柱顶横梁(双肢I56b横梁)A、B梁段腹板支架立面见图6。因腹板下方柱顶横梁较翼缘板下方柱顶横梁不利,而两者均为双肢I56b横梁故只需计算腹板下方柱顶横梁即可。下面为腹板下方柱顶横梁计算。

#V腿上方梁体最大截面面积为:S1=14󰀁396m(A梁段V腿内侧),除去中间两柱外侧的

2

箱梁截面面积:S2=2󰀁9m,则S=S1-S2=11󰀁496m,每延米自重304󰀁6kN/m。

22

󰀂󰀂∃支架、模板每延米自重53󰀁6kN/m。

%施工人员及小型机具对方产生的自重荷载33󰀁5kN/m。

&振捣混凝土时产生的荷载26󰀁8kN/m。合计每延米q=418󰀁5kN/m,转化为柱顶横梁均布荷载:q1=196󰀁2kN/m。

弯曲应力计算:偏安全计算,按简支梁计算。Mmax=1004󰀁5kN󰀁m,󰀂=Mmax/Wx=125MPa<[󰀂]=210MPa符合要求。剪应力计算:!=Q/A=85󰀁6MPa<[!]=104MPa,符合要求。

跨中挠度计算:(按三跨连续计算)f=1󰀁19mm<[f]=l/400=6󰀁4/400m=0󰀁016m=16mm符合要求。

(2)V腿外侧柱顶横梁(双肢I50b横梁)为偏安全计算,假定箱梁全部荷载均作用于腹板下方柱顶横梁上,则腹板下方柱顶横梁计算。

2

#V腿外侧梁体最大截面面积为:S=36󰀁23m(A梁段靠V腿侧横隔板处)每延米自重960󰀁1kN/m。

∃支架、模板每延米自重53󰀁6kN/m。%施工人员及小型机具对方产生的自重荷载33󰀁5kN/m。

&振捣混凝土时产生的荷载26󰀁8kN/m,合计每延米q=1074kN/m转化为柱顶横梁均布荷载q1=503󰀁4kN/m此柱顶横梁为二跨连续结构。

弯曲应力计算:Mmax=-645󰀁5kN󰀁m,󰀂=Mmax/Wx=166󰀁4MPa<[󰀂]=210MPa,符合要求。

剪应力计算:Q=5/8ql=1006󰀁8kN,!=Q/A=77󰀁8MPa<[!]=104MPa,符合要求。跨中挠度计算:f=2󰀁8mm<[f]=l/400=3󰀁2/400m=0󰀁008m=8mm,符合要求。

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5󰀁4󰀁1󰀁3󰀂钢管柱计算

经比较计算,A段横隔板下排钢管柱受荷最大,按该截面全部混凝土均作用在中间3根钢管柱上计算。

#混凝土自重:241󰀁4t。∃模板每延米自重5󰀁36t。

%施工人员及小型机具对方产生的每延米自重荷载3󰀁35t。

&振捣混凝土时产生的每延米荷载2󰀁68t。∋每延米自制桁架自重:按2󰀁1t计算。(工字钢自重按1󰀁42t计算,总荷载:280󰀁6,t单根钢管柱顶荷载:P=3󰀁5。t

钢管定位后灌注混凝土,增大稳定性。按如下方式计算:混凝土承担其自重荷载,钢管承担钢管顶外界荷载。钢管柱截面为󰀁500 10mm,D=500mm,d=

-22

480mm,A= (D2-d2)=1󰀁5394 10m,I=

-44

( /64)(D4-d4)=4󰀁62 10m,W= (D4--33

d4)/(32D)=1󰀁849 10m。)强度计算

按无偏心计算时:󰀂1=N/A=60󰀁8MPa;

按偏心计算时:偏心距取e=0󰀁15m,M=Pe=140󰀁3kN󰀁m,󰀂2=M/W=75󰀁8MPa;总应力:󰀂=󰀂1+󰀂2=136󰀁6MPa<[󰀂]=205MPa,符合要求。

∗稳定性计算

5

∀=1(按照两端铰接考虑);E=2.1 10MPa;l=4󰀁0m(柱长12m,中间加二道约束,计算长度取4m);

i=(I/A)1/2=0󰀁17324;#=∀l/i=23󰀁1;

󰀂cr=󰀁[󰀂]=0󰀁974 205=199󰀁7MPa>󰀂=136󰀁6MPa,满足要求。5󰀁4󰀁1󰀁4󰀂基础计算

(1)桩基础计算钢管顶荷载:93󰀁5,t钢管自重:1󰀁08,t钢管内混凝土自重:3󰀁8,t桩顶承台自重2󰀁9,t桩顶荷载:P=101󰀁28t。计算时仅考虑桩侧摩阻力,不考虑桩端支承力。地面以下6m由于受开挖影响,故不计其摩阻力。

[P]=1/2U+!ili=1356󰀁5kN>1012󰀁8kN,符合要求。

(2)扩大基础计算

钢管柱顶荷载:386󰀁7kN,钢管柱自重10󰀁8kN不灌注混凝土,扩大基础自重28󰀁8kN,P=426󰀁4kN,基础底应力为:󰀂=N/A=284󰀁3kPa

当地基承载力不足时,采用换填碎石土,确保地基承载力不小于300kPa。5󰀁4󰀁2󰀂C、D、E、G梁段支架施工C、D、E、G梁段采用满堂碗扣支架,支架顶布置横向布置I25b工字钢分配梁,分配梁放置钢模板。G段支架纵向布置与C段相同,C、D、G段支架步距为60 60cm,E段支架步距为60 90cm,其布置见图7。经检算及现场施工情况,支架稳定性及沉降均能满足要求。

图7󰀂梁段支架布置

󰀂

(下转第74页)

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须戴好安全帽,高空作业人员必须佩带安全带,并应系牢,夜间灯光暗处不得进行高空作业。

(5)严肃劳动纪律,非作业人员不允许进入施工现场。

(6)模板及工作平台拼装时,连接螺栓必须按规定要求拧紧,不得欠拧和漏拧。

(7)保证脚手架的整体稳定,操作规范,扣件牢固,爬梯安全。

(8)挂好安全防护网。

用即可。

(2)利用模板外侧安装工作平台与桥墩内外侧搭设脚手架,每两m墩高节省6个工天,以一个墩高44m为例,节省132个工天,以每个工天55元计算,节省7260元。

(3)以此计算,我一公司项目部在郑西管段共计墩身约12000m,要全部采用此工艺,可节约好大一笔费用。6󰀁2󰀂社会效益

该施工方法结构简单,取材方便,容易安装,平台支架可以重复利用。采用该方法施工,墩身混凝土外观平整、施工速度快,安全可靠,获得业主、监理、咨询,尤其是外方监理、咨询的一致好评,取得了较好的社会效益。

6󰀂效益分析

6󰀁1󰀂经济效益

该施工工艺与桥墩内外侧搭脚手架施工相比,经济效益显著。

(1)以一个墩高44m为例,节省󰀁48mm普通钢管6200m(合23󰀁8t),以每吨钢管4200元计,合9󰀁9万元。扣件7000个,平均5󰀁5元一个,合3󰀁8万元,钢管与扣件共计13󰀁7万元。而搭设平台每层只需,50 50mm角钢70m,󰀁12mm螺旋钢筋290kg。一般桥墩加工三、四层操作平台循环使󰀂󰀂(上接第70页)5󰀁5󰀂内模施工

内模模板采用竹胶板,内模顶模从上到下的顺序为:1层厚塑料布,5cm木板顺桥向密铺,15cm 15cm方木按照1m间距横桥向加固,󰀁48 3󰀁5mm钢管1󰀁2m的间距横桥向支撑。内模侧板由混凝土面至里:1层厚塑料布,5cm木板顺桥向密铺,15cm 15cm方木按照0󰀁5m间距横桥向加固、󰀁48 3󰀁5mm钢管间距1󰀁2m支横桥向支撑。内模支架在这里不作详细计算。

7󰀂工程实例

本施工工艺已经在郑西客运专线中铁十六局项目部桥墩施工中广泛的应用,达到了省工、省料、安全、优质和高效的目的,对相类似的施工具有良好的推广应用价值。

混凝土,以保证对V墩不会产生偏压。第四,在V腿上预埋应变片,对V腿进行变形观测,如发现异常,应及时分析研究,找出原因,采取有效措施,确保工程质量。

支架搭设完毕后必须对支架进行预压,以消除支架的非弹性变形,同时监测支架的弹性变形,安装梁体底模时将支架的弹性变形量考虑进去,预留沉降。

7󰀂结束语

随着铁路客运专线在全国大范围的启动,越来越多的跨既有公路、铁路的连续梁桥投入建设,而这种V型转体刚构将可能被广泛应用。通过现场完成情况,本工程所采用的支架体系稳定,支架挠度与沉降都能满足要求,本文的支架方式及检算能为今后同类的V型转体刚构施工提供宝贵的经验。

6󰀂施工过程控制

为保证V墩的稳定性,施工时采取了以下几种措施,第一,V墩两个支腿模板采用对拉杆进行对啦,以保证V墩的两个支腿受力平衡。第二,采用桩基础和圆形大钢管强支撑支架体系。第三,施工A、A∀梁段时要求两个梁段必须同时、同步进行浇筑74

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