百林大桥主桥现浇支架的施工技术
2017-11-13
百林大桥桥梁总长度为298m，共7个桥墩(台)，0#台至5#墩为30m跨箱梁引桥，5#-6#墩为138m跨箱梁主桥，主桥无水中墩柱，大大增加了大桥下构的施工难度。根据右江的水文、地质特点，主桥现浇支架预留一跨11m宽龙门，方便抗洪抢险及施工船舶通行。结合实际情况，本桥采用钢结构水中满堂支架，全长138m，宽38m，每边预留2m宽方便施工人员通行及施工电线混凝土输送管的布置，支架搭设完成后分段分幅浇筑主桥箱梁，且分段合拢。主桥强度达到设计强度后，再进行主桥预应力施工，然后再进行拱肋安装。
为方便支架施工，拟在河道两岸架各架设一台OTZl25(6016)型塔吊配合支架施工，塔吊架设高度为其自由高度，鹅城岸架设在河边上游位置，采用钢管群桩基础。龙景岸架设6#台下游位置，采用钢筋混凝土扩大基础。
1、支架布置和跨径组合
(1)支架与主桥轴线平行，支架为纵坡与主桥相同，主桥底部标高通过支架预压弹性变形量，调节底模板标高。支架位于主桥下方，宽38m，标准跨6m，端最大跨度11m，在通航孔附近及两端主梁实心段附近的支架跨径缩小到3m，主横梁上架设贝雷片，在预留通航孔处设双层贝雷片，上面铺设卸荷块及分配横梁，在分配横梁上部铺设主梁底模。具体布置如图1所示。
主桥支架设计要求：主桥支架除了要考虑主梁施工时混凝土的重量外，应该充分考虑主桥拱肋安装时，主拱圈的重量及拱肋安装时支架的重量，必要时还需要考虑运输车辆运输钢管拱及拱肋吊装时的车辆荷载。支架的强度及稳定性应该满足施工荷载及结构荷载的要求。
(2)支架结构形式：
支架上部结构为贝雷梁组拼装结构，下部结构为钢管桩加型钢承重梁结构。主桥支架采用外径φ530nml，管厚8＝10mm螺旋焊接钢管，根据地质勘察报告，主桥支架钢管位置处河床覆盖层较薄，覆盖层以下为中风化粉砂质泥岩，工程经验表明，利用振桩锤在该种地质下沉桩基，沉入深度不大。每6m间距设置一排钢管桩，每排21根，桩与桩之间用20号槽钢作为剪刀撑，每8m高度用工字钢作为平联，横桥向用22a槽钢连接以增强桩基的水平向稳定。钢管桩顶上设置单根45#工字钢横梁，钢横梁上架设贝雷梁片，采用62排布置，布置形式如图2所示。
2、材料选用
钢材采用A3钢，容许轴向应力[σ]＝140(MPa)，容许弯曲应力[σ]＝145(MPa)，容许剪应力[τ]＝85MPa，容许端部承压力[σ]＝210(MPa)。选用3000mm×1500mm×78mm的贝雷片，容许弯矩＝788.5kN・m，容许剪力＝245kN，容许弯曲应力[σ]＝210(MPa)，容许剪应力[τ]＝120MPa，两片贝雷片桁架以1180mm×450mm支撑架尺寸连成一组，相邻两组贝雷梁净距450-1200mm。
3、人员、机具、机械准备
拟投入人员40名，负责材料的加工、安装、加固，钢管桩的下沉、接长、贝雷片的拼装等。25t汽车吊三辆，负责钢管桩的下沉、材料的运输；驳船一艘，负责材料运输；电焊机8台，200kW发电机一台，浮箱一个。具体的人员、机具配备见后面的人员、机具、机械统计表。
3.1工班劳动力配置
测量组：4人，支架搭设班、电工班、焊工班：40人，吊车班：5人，机修班：2人。
3.2机械设备配置
4、计算过程
4.1使用荷载
支架吊装时考虑车辆荷载不多，仅按单车道荷载考虑，计算时按整体车道荷载进行分析。车道荷载按公路－Ⅱ级荷载计算，公路－Ⅱ级荷载的均布荷载按和集中荷载标准值按公路－Ⅰ级车道荷载的0.75倍采用(见图3)。
公路－Ⅰ级车道荷载的均布荷载标准值为qk＝10.5kN／m：集中荷载标准值按以下规定选取：桥梁就算跨径小于或等于5m时，PK＝180kN：桥梁计算跨径等于或大于50m时，PK＝360kN：桥梁计算跨径在5～50m之间时，PK值采用直线内插法求得。
对于主梁结构：混凝土荷载按26kN／m2取值，施工机具及人员荷载按1.5kN／m2取值，支架模板荷载按0.5kN／m2，拱肋吊装重量及吊装支架荷载按4000kN设计计算。支架结构计算考虑，主梁浇注完成以后，翼板支架全部拆除，全部荷载落在梁底范围内的贝雷片，不考虑两箱梁问横隔板的支撑效应。主梁结构荷载按1.2倍系数计算，其余荷载均按1.0系数考虑。
4.2结构分析计算
计算整体支架时，只计算通航孔处及相邻三跨支架，车道荷载的集中力按作用在最大跨跨中，及相邻三跨的中跨进行分析。计算采用MIDAScivil2006有限元软件分析。
结构分析计算A3钢材最大组合应力176MPa＜145×1.3＝a188MPa，最大剪切应力99MPa＜85×1.3＝110MPa，对临时结构A3钢材材料容许应力按1.3倍提高系数计算。16Mn钢最大组合应力206MPa＜210MPa，最大剪切应力115MPa＜120MPa，均满足要求。
支架最大反力为700kN，要求钢管桩单桩承载能力不低于700kN。
4.3钢管桩入土深度的确定
根据设计图纸的地质状况，主桥支架位处土层第一层为卵石(2-5m)，第一层以下为粉砂岩、泥质粉砂岩，根据设计地质资料《岩土层力学参数表》对卵石层装周身极限摩阻力为200kPa，强风化粉砂质泥岩周身极限摩阻力为100kPa，计算钢管桩单桩承载力极限值时，若按摩擦桩计算，并考虑1.5倍安全系数后。 入土深度：钢管桩的单桩最大承载力为P＝700kN。
计算不考虑桩端阻力，桩身周长为1.6642m，若桩的持力层全部落在卵石层时，则h＝700×1.5÷(200×1.6642)＝3.15，若桩的持力层全部落在粉砂质泥岩中时，则h＝700×1.5÷(100×1.6642)＝6.2m，卵石层厚度均在2m以上，所以在插打钢管桩时要求钢管桩的入岩深度不得小于4.3m。
图纸地质条件，综合考虑局部冲刷，实际深度由施工时采用的DZ-90型振动锤达到最大功率振不下去为止。
5、主桥平台面标高的确定
根据本桥水文资料右江多年平均常水位为：115.6m左右，汛期洪水位117m左右。综合考虑大桥钻桩时的水头差及正常水位的浪高，确定主桥支架第一道平联的标高为118m左右，支架顶面标高根据主桥的梁底标高控制。
6、钢管桩基础施工工艺流程(见图5)
7、质量保证
(1)所有的钢管桩接头焊接，满足焊接规范的要求，管节对头接时，管头应倒角，如果对接头有缝隙时应利用200×200mm钢板在外焊补强。同时焊接时应将焊缝30cm范围内的铁锈、油污、水、杂物清理干净，所用的焊条应烘干。
(2)设计时主桥支架各支点已经调整在贝雷梁的连接点，即承重主横梁落在贝雷梁竖杆处，不允许将支点落在弦杆上。如果打桩时偏差较大，使支点不能和竖杆吻合时，应对支点处的桁架弦杆作特殊处理，如在贝雷梁支点处加柱头。
(3)钢管桩顶帽梁145工字钢必须注意纵向的稳定性，设置的槽口不能过宽，并且在型钢之间焊接钢板，型钢与钢管柱头采用补强处理，使其形成整体，增强其稳定性。
(4)钢管桩倾斜率在1％以内，位置偏差在50mm以内。
8、安全保证
(1)使用过程中的安全保证措施
在使用过程中派专人负责测量支架各墩的墩位变化，确保支架各桩的入土深度。按航道部门的要求设置禁航标志，以防船撞。支架每有新增荷载时，必须对各钢管桩进行位移监测，确保主桥支架的安全。在支架上游，增加打三个防护桩，桩问采用钢丝绳拉紧，防止洪水期间的漂流物对支架产生破坏性冲击。
(2)主桥支架施工时所有参加施工的人员都必须按规定戴安全帽、救生衣。在打桩时要注意临时布设限航的标志或灯光标志。
(3)主桥施工完成后，除了拱肋支架吊装时需要外，不允许任何车辆通行，车速控制在5km／h以内，并保证车距15m以上。
9、实施效果
经150％重量加载实验，沉降量都能控制在1～2cm以内，主桥箱梁浇筑后标高均满足设计规范要求，确保了工程进度和质量，取得了良好的经济效益和社会效益。
