【精读】钢管快速架支撑结构在城市高架工程中的应用

前湖大道快速路工程西起江西省南昌市西外环高速,沿昌湾大道—前湖大道路径布置,东止于朝阳大桥,向西与西外环连接,路线全长约10 km,其中学府大道—昌西大道为高架段,其余为地面、隧道段。高架段涉及在城市主干道上施工、上跨320国道、农田、河道区域、社区出入口等。工程高架桥梁高4~19 m,桥幅宽7.3~40.3 m(匝道7.3~9.3 m,主线标准段24.3 m),截面高度1.8~2.5 m。该工程为城市快速路工程,施工环境复杂,本工程共有14联箱梁上跨各种路口、10联箱梁上跨河道。结合现场情况,采取钢管+贝雷梁方式。本文以已完成的上跨乌沙河(墩号140#~144#)段箱梁为例来介绍。

1 工程概况

前湖大道快速路墩号140#~144#段箱梁为标准段,箱梁宽幅24.3 m,梁截面1.8 m等高,144#墩位于乌沙河河道内,箱梁施工时间段为3—6月,该时间段南昌地区多雨,乌沙河历史最高水位标高为22 m,常水位标高为18.5 m,原地面标高为20 m。

该跨河段箱梁支架基础拟采用贝雷架基础,以确保乌沙河在雨季时,水面宽度的稳定,贝雷架顶面标高控制在23 m。

支架基础结构采用φ530 mm钢管桩+700 mm×700 mm×20 mm钢板+双拼40b#型钢横梁+贝雷架纵梁+10#工字钢分配梁。钢管桩要求入强风化岩10 cm以上且钢管桩之间采用10#槽钢做剪刀撑联结。

143#墩以北15 m处设置1根长26.5 m的C30钢筋混凝土地梁,地梁断面为1.0 m×0.8 m。地梁下按台阶形式设置厚200 mm的C20钢筋混凝土+厚100 mm碎石+厚700 mm宕渣基础(图1~图5)。

桂林钢管租赁设计图
图1 钢管桩平面布置
桂林钢管租赁
图2 跨中箱梁支架基础横断面
桂林钢管租赁设计图
图3 横梁处箱梁支架基础横断面
桂林快速架图
图4 贝雷梁支点位置固定扣件示意
桂林快速架图
图5 地梁及基础结构示意
 

2 贝雷架基础施工

2.1 施工步骤

1)施工准备:根据方案设计做好技术交底工作,并安排材料及机械进场。

2)放样:根据平面布置图计算出每根钢管桩的中心坐标。用全站仪进行放线定位并请监理复核验收,验收合格后方可进行下一道工序施工。

3)钢管桩沉放:钢管桩沉放拟采用450打桩机进行,根据方案设计标高,钢管桩进行逐排插打,插打过程孔注意控制钢管桩高程。沉桩完毕后请监理复核验收,验收合格后方可进行下一道工序施工。

4)基础平台搭设:钢管桩验收合格后,根据方案设计要求进行基础平台搭设,用10#槽钢将纵(横)向每排钢管桩桩顶进行水平连接,将相邻两根钢管桩做剪刀撑连接使之形成整体结构。每根钢管桩顶焊接一块700 mm×700 mm×20 mm钢板。

2.2 施工注意事项

1)振动锤中心和桩中心轴应尽量保持在同一直线上。

2)每根桩的下沉应连续,不可中途停顿过久,以免土的摩阻力恢复,导致继续下沉困难。沉放过程加强观测,钢管桩偏位不得大于10 cm,垂直度不得低于0.1%。

3 贝雷架基础验算

3.1 钢管桩承载力验算

3.1.1 单根钢管桩承载力计算

根据拟定方案,钢管桩要求入强风化岩10 cm以上,根据地勘报告做单根钢管桩承载力计算,得到φ530 mm的桩极限抗压静摩阻力为1 345.51 kN。

3.1.2 横梁位置钢管桩承载力验算

根据JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》规定,恒载(混凝土、支架、贝雷架自重之和)取安全系数1.2,活载取安全系数1.4,由方案设计可知横梁位置钢管桩排间距为4 m,故单排钢管桩所受总重力为5 121.16 kN。

根据方案设计横梁位置共计10根钢管桩,则每根钢管桩受力为512.1 kN<1 345.51 kN,验算通过。

3.1.3 跨中位置钢管桩承载力验算

根据方案设计可知单排钢管桩纵向最大受力计算长度为8 m,其总重力为5 724.98 kN。

根据方案设计横梁位置共计9根钢管桩,则每根钢管桩受力为636.11 kN<1 345.51 kN,验算通过。

3.2 10#工字钢分配梁验算

根据方案设计在贝雷架纵梁上设置10#工字钢分配梁,其间距与支架立杆纵向间距相同,根据方案设计贝雷片横向间距为0.9 m,在腹板处工字钢的线荷载最大,故对该位置进行验算。验算结果显示,该位置的最大弯曲应力、最大剪应力、最大挠度均满足要求。

3.3 贝雷梁纵梁验算

3.3.1 横梁位置贝雷片验算

贝雷片排布间距为0.9 m,经验算,横梁位置贝雷片的最大弯曲应力、最大剪力均满足要求。

3.3.2 跨中位置贝雷片验算

贝雷片排布间距为0.9 m,跨中腹板位置荷载标准值为最大,处于最不利位置,故对该位置进行荷载验算。经验算,该位置贝雷片最大弯曲应力、最大剪力均满足要求。

3.4 双拼40b#工字钢验算

根据方案设计,钢管桩顶设置双拼40b#工字钢横梁。

3.4.1 横梁处工字钢承载力验算

横梁位置单排钢管桩上总重力为5 121.16 kN,则沿工字钢方向的线荷载为210.75 kN/m,计算跨径为3.06 m。经验算,横梁位置工字钢的最大弯曲应力、最大剪应力、最大挠度均满足要求。

3.4.2 跨中位置工字钢承载力验算

横梁位置单排钢管桩上总重力为5 724.98 kN,则沿工字钢方向的线荷载为235.6 kN/m,计算跨径为3.06 m,经验算,跨中位置工字钢的最大弯曲应力、最大剪应力、最大挠度均满足要求。

4 实际应用效果

贝雷架搭设后先进行贝雷桁架基础预压,基础预压荷载为支架基础承受的混凝土结构恒载与钢管支架、模板重力之和的1.2倍,本工程预压材料选用袋装中粗砂。支架基础预压范围为桥梁上部结构投影宽度加上两侧向外各扩大1 m的宽度。支架预压进行分级加载,拟采用三级加载,依次为单元内预压荷载值的60%、80%、100%进行加载及卸载,并测得各级荷载下的测点的变形值。预压共3 d,在监测过程中,各监测点连续72 h的沉降量平均值为3 mm,小于JGJ/T 194—2009《钢管满堂支架预压技术规程》规定的5 mm要求,贝雷架基础满足。箱梁施工过程中,陆续对其进行监测,贝雷架无明显沉降及变形,箱梁完成后,梁底标高与设计图纸无误,梁底表面外观平整。

5 钢管贝雷架应用于城市高架工程的优势

特殊环境下(河道、社区路口、主干路路口、构筑物等)钢管贝雷架基础与传统的地坪硬化基础可以从施工进度、安全、经济等方面比较[1-4]

1)进度方面:如河道内施工,传统做法一般是围堰回填硬化地坪,基础下埋设管道保证通水状态,箱梁施工时需考虑汛期对河道的影响,保证河道一定的过水断面,汛期时无法施工,影响了后续的施工进度;钢管贝雷架基础则不需要考虑汛期内无法施工的情况,可以从技术上避免汛期水流冲击对钢管贝雷架体系的冲击,对施工进度有一定的保障。如上跨路口,传统做法需通过交通转换的方式,箱梁无法同时施工,需完成一部分后,通过交通翻交的方式做另一部分,而钢管贝雷架基础通过搭设门洞方式,既可以保证箱梁进度,又可以保证交通导行,对社会环境影响较小。

2)安全方面:如河道内施工,传统的硬化地坪基础需考虑河水对基础地坪的冲刷、硬地坪不能长期受雨水浸泡等方面;钢管贝雷架基础通过对钢管、贝雷梁、分配梁等方面的计算,且施工过程中严格按照计算方案执行,可以保证箱梁基础的稳定,不受雨季、汛期的影响。

3)经济方面:如部分构筑物无法及时搬迁,构筑物搬迁需涉及大额资金,这时候通过钢管贝雷架搭设门洞,上跨构筑物,可以避免大额资金的支出,且因搬迁构筑物需要时间,及时快速的施工可以减少施工的管理成本,节约资金。

综上所述,在特殊地段,因为箱梁满堂支架施工,需进行封闭道路、河道施工,对周围环境影响较大,采用钢管贝雷架基础可以减少对其周围环境的影响。

6 结语

 

随着我国经济持续稳定的发展,原有的城市道路满足不了现有的交通流量需求,短时间内进行大规模的城市道路、桥梁施工,势必会给河道、航道、道路交通等带来不便,而传统的满堂支架无法满足交通需要。因此通过科学合理的计算、设计,采用满堂支架结合钢管贝雷梁架支撑体系进行上部结构混凝土现浇[5-9],可确保在满足施工的前提下,把对交通出行的影响降低到最小。本文通过上跨河道介绍了钢管贝雷架支撑结构在城市高架工程中的开发与应用,希望能对以后类似的工程起到一定的借鉴作用。


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