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高墩支架桥梁下部构造施工技术
2010-10-11 
溪口大桥位于湘西北,邻近吉首自治州,桥位为低山丘陵地貌。桥梁跨越舒溪河,河面宽约80m,墩台与河道斜交夹角约80°,舒溪河水位高程107-109m,水深为3-5m,洪水期间水位为109-112m。桥区地形起伏较大,地面高程为107-162m,相对高差约55m。舒溪口大桥设计上部构造为15m×40m预应力先简支后连续预制T梁,下部构造桥台为重力式U台,明挖扩大基础,桥墩为桩基础横系梁,双柱式墩,普通钢筋砼盖梁。

  l.舒溪口大桥下构施工方案

  根据舒溪口大桥工程所在的自然条件及工程量,项目施工难点和重点集中于桥梁下部结构工程,制订施工方案时需重点研究和解决。桥梁基础、下部构造尺寸见图1。
图1 舒溪口大桥基础、下部构造尺寸(单位:cm)
  图1 舒溪口大桥基础、下部构造尺寸(单位:cm)

 
从施工企业自身设备能力及其他资源配备情况综合考虑,拟定采用钢管脚手架逐段搭设法施工。

  1.1 支架布置总体思路

  支架材料采用φ48 mm、壁厚3.5mm普通扣件式钢管脚手架,墩柱系梁以外部分设双排脚手架作为施工作业平台兼防护设施,系梁正下方部位为满堂脚手架支撑,脚手架沿高度方向逐步搭设至盖梁施工平台位置,盖梁采用预埋钢锟抱箍支撑方案施工,脚手架不参与盖梁底模支撑,仅作为人员及小型机具运输通道。上人楼梯设于各墩靠近施工便道一侧,采用CKC楼梯与防护架装配形成整体(见图2),支架的工人作业平台部位及楼梯外侧挂密目式安全立网防护。支架设计拟定步距1.8m,立杆纵距1.5m,立杆横距1.05m,参照二步三跨式整体脚手架设计,最大搭设高度50m。为保证支架整体稳定,支架在高度方向以每两个步距设一排连墙件,每排设4个点,横向采用墩柱预埋钢筋与支架小横杆焊接连墙固定。
图2 整体式楼梯示意图

  1.2 支架设计

  脚手架设计采用φ48mm、壁厚3.5mm扣件式钢管搭设双排架(见图3),立杆纵向间距La=1.5m,横向间距Lb=1.05 m,立杆步距h=1.8m;横向水平杆按二步三跨式设连墙件,平台外挂密目式安全网防护,脚手架最大搭设高度50m。
图3 高敦支架(单位:cm)

  根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130—2001),脚手架各杆件主要设计计算参数如下:容许长细比[λ]=210;Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=205 N/mm²;弹性模量E=2.06×105N/mm³;双接扣件(抗滑)承载力设计值为3.2kN;直角扣件、旋转扣件(抗滑)承载力设计值为8kN;底座(抗压)承载力设计值为4OkN。钢管截面特性见表1。
表1 钢管截面特性

  2.钢管支架施工方案验算

  2.1 立杆稳定性验算

  组合风荷载时,设计荷载值


式中,NG1K为脚手架结构自重标准值产生的轴向力;NG2K为构配件自重标准值产生的轴向力;∑NGK为施工荷载标准值产生的轴向力总和,内、外立杆可按一纵距(跨)内施工荷载总和的1/2取值。

  支架系统最不利荷载部位为支架计算搭设高度50m时楼梯部位顶部设平台情况下的最底部立杆。

  单根立杆各部分荷载计算如下:

  1)φ48厚3.5 mm钢管脚手架立杆自重标准值0.1248kN/m,根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》附录A计算底部立杆承受自重为0.1248×50=6.24 kN 。

  2)楼梯26.32 kg/道,26.32×27/4=1.78 kN。

  3)脚手板0.35 kN/mm ,按三层考虑,得0.35×1.575x 3/4=0.413 kN。

  4)人0.8 kN/m²,三层平台,单根立杆承重0.8×3×1.575/4=0.945 kN。

  5)小型机具、材料1 kN/m²,1×1.575/4=0.394kN。

  NG1K=6.24 kN

  NG2K=1.78+ 0.413=2.193 kN

  ΣNGK=0.945+0.394=1.339kN

  N=1.2(NG1K+NG2K)十0.85×1.4ΣNGK=1.2×(6.24+2.193)+ 0.85×1.4×1.339=11.713kN

  立杆计算长度

  L0=kμh=1.155×1.5×1.8=3.119m

  式中:k为计算长度附加系数,取1.155;μ为考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数,应按表2取值;h为立杆步距。
表2 脚手架立杆的计算长度系数

  

  由风荷载设计值产生的立杆段弯矩M 可按下式计算:

  Mw=0.85×1.4Mwk=0.85×1.4wklah²/l0

  式中:Mwk为风荷载标准值产生的弯矩;wk为风荷载标准值(kN/m ),Mwk=0.7 μzμsωo ;μz为风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)规定取值,施工地点地面粗糙度B级,μz=1.0X(z/10) 0.32=(50/10)  0.32=1.674;μs为脚手架风荷载体型系数,墩柱脚手架参照半封闭密目式安全网状况,背靠建筑物为敞开式,取μs=1.39=1.3X0.089=0.1157;μ为挡风系数,按规范取0.089;ωo为基本风压,按《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)取值,根据桥梁所在地区经验取o.55 kN/m。

  则风荷载标准值

  WK= 0.7 μzμsωo = 0.7 X 1.674 X 0.115 7×0.55=0.074 6 kN/m

  风荷载设计值产生的立杆段弯矩:

 
  2.2 钢管支架纵横向水平杆及扣件抗滑验算

  
小横杆间距满足抗弯强度及挠度要求。



  
  3.主要问题及解决措施

  高墩支架施工中,由于高度的局限性,需解决砼输送及人员、材料提升和模板起吊、安装与拆除等问题。在舒溪口大桥支架设计过程中,充分考虑高墩支架施工的劣势,操作人员利用与支架装配成整体的楼梯上下,砼则通过泵送性能良好的输送泵垂直送入模;利用系梁垂直部位与防护支架之间区域作为吊臂,该区域加强横杆后悬挂小型卷扬机滑轮或手拉葫芦,逐段提升下部模板及钢筋、小型机具等,利用吊臂下部靠墩柱四周的作业平台完成安拆模板、绑扎钢筋等操作;盖梁施工时,先以高支撑架立柱顶部支架作为悬臂,吊运底部抱箍并安装就位后,逐块吊运底模及钢筋材料,搭设盖梁作业平台后绑扎钢筋,浇筑砼。

  舒溪口大桥全部墩位下部结构均采用高墩支架施工,未出现安全事故,墩柱、系梁、盖梁砼外观质量较好。但在后期为加快施工进度,支架投入较多,施工成本较高。

  参考文献:

  【1】周水兴 何兆益 邹毅松,路桥施工计算手册[M],北京 人民交通出版社 2001。

  【2】GB5O0O9-2001,建筑结构荷载规范I-s-I。

  【3】JGJ13O-2001,建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[s]。

  
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