钢管立柱+型钢梁法施工跨路段现浇箱梁

施工技术《钢管立柱+型钢梁法施工跨路段现浇箱梁》钢管立柱+型钢梁法施工跨路段现浇箱梁徐明项目部张松【摘要】为确保施工期间公路正常通行，桥梁施工时箱梁节段采用钢管立柱＋型钢梁支架法进行施工，即钢管立柱+型钢梁法施工跨路段现浇箱梁主要采用大口径的钢管立柱作为支架竖向支撑，采用槽钢作为斜向支撑，钢管立柱顶端使用工字钢钢作为横向连系梁，其上架设工字钢，形成一个强度、刚度和稳定性皆满足箱梁砼施工过程中受力要求的支架体系。本文主要介绍徐明高速（江苏段）跨G104主线桥跨路段现浇箱梁通行门洞搭设方案及其验算。【关键词】钢管立柱型钢梁门洞1工程概况徐明高速公路（江苏段）项目起于宁宿徐高速公路，桩号K0+413.722，起点设置睢宁西枢纽，采用异型单喇叭的枢纽形式，向南经胥湾村东、方庄东、曲头村后向南沿双沟镇与王集镇附近向南延伸，在前焦营与徐店子之间穿越，之后与G104交叉，设置双沟互通，采用单喇叭的互通形式，主线上跨G104后在其南侧约800m与徐明高速公路安徽段相接并设置主线收费站一处，终点桩号为K5+803.787，路线全长5.390km。跨G104主线桥第三联支架现浇箱梁为跨国道104公路段，国道104上机动车、非机动车及行人非常多，不能将其封死，也不能绕路行走，因此跨路段现浇箱梁只能采取搭设临时通行门洞的方式进行施工，为保证门洞支架的安全系数，我部决定采用钢管立柱式门洞支架进行施工。2工艺原理钢管立柱+型钢梁法施工跨路段现浇箱梁主要采用大口径的钢管立柱作为支架竖向支撑，采用槽钢作为斜向支撑，钢管立柱顶端使用工字钢钢作为横向连系梁，其上架设工字钢，形成一个强度、刚度和稳定性皆满足箱梁砼施工过程中受力要求的支架体系。钢管立柱式门洞适用于必须要进行保通施工的过路跨现浇箱梁工，它不仅可以保证现浇箱梁的施工并且还可以保证原有道路车辆及行人的正常通行，为设计及施工提供了很多便利。图1跨路段现浇箱梁施工过程图图2施工完成后的跨路段现浇箱梁3门洞设计为确保施工期间公路正常通行，桥梁施工时箱梁节段采用钢管立柱＋型钢梁支架法进行施工，即在公路通行车道两端及中央部位设置钢管立柱，立柱顶安装I40a工字钢作为横梁，在公路左、右半幅分别留通车门洞，然后在其上拼装模板施工梁体。钢立柱采用Ф60cm钢管、壁厚8mm，间距2m，其下浇筑1.2m高、1.0m宽的条形砼基础作为防撞岛，基础顶部预埋钢板以固定钢管。相邻钢管立柱间采用10号槽钢交叉连接，以增强钢管立柱的整体稳定性。钢管立柱顶部分别布置砂桶，然后横向布置I40a工字钢作为垫梁，最后沿顺桥向安装I40a工字钢作为横梁，布置间距为50cm。在搭设过程中派专人指挥施工吊车及机械设备，并做好操作中的指挥工作，配备口哨、红绿旗及其它一些必备的安全标志警示牌。箱梁两侧及底侧一次性将密目式的安全网安装到位。施工时，由专人负责指挥，施工区域实行交通管制，所有车辆均需减速慢行。门式钢管立柱支架搭设详见下图：图3跨路段现浇门洞设计侧面图图4跨路段现浇门洞4门洞搭设施工工序4.1条形基础施工钢管立柱条形基础采用C30砼，高1.2m、宽1.0m、长度根据桥梁正投影设置。为保证结构体系的安全与稳定，条形基础与钢管立柱之间需要连接，连接的方式主要有以下两种：①基础预埋件采用100×100×12mm厚钢板及高强螺栓，螺栓需与条基钢筋焊接牢靠；②基础砼浇筑前预埋四根钢筋，待钢管吊装就位后，将预埋钢筋与钢管进行焊接连接。钢管立柱设计间距为2m，在进行条形基础砼浇筑前提前将预埋件位置放样，安装就位。4.2钢管立柱安装钢管立柱采用Ф60cm钢管、壁厚8mm，钢管的高度根据箱梁的高度、横坡等进行调整。钢管两端采用钢板与之焊接封堵，起到与基础预埋件及上部横向分配梁连接的作用和扩大受力面积、减少应力集中现象的作用。条形基础浇筑完成并且强度达到设计强度的85%后进行钢管立柱的安装施工，钢管立柱安装采用人工配合吊车吊装施工。每根吊装完成后都要及时与条形基础连接，与基础进行连接前必须对钢管立柱进行竖直度的校正；每排钢管安装就位后采用12槽钢作为斜撑进行连接，以增加稳定性。图5钢管立柱吊装图6钢管立柱吊装图7钢管立柱与条形基础连接图8钢管立柱斜撑连接4.3砂筒、横向分配梁及纵向分配梁安装钢管立柱安装就位后进行砂筒、横向分配梁及纵向分配梁的安装。①砂筒的作用主要是方便落架，调整箱梁横坡。②横向分配梁采用I40a工字钢，安装时直接吊放在砂筒上面，起到将箱梁荷载传递到钢管桩的作用。安装上之后立即用钢筋将其与钢管桩焊接在一起，增加其稳定性。最后沿顺桥向安装I40a工字钢作为横梁，布置间距为50cm。③纵向分配梁采用I40a工字钢，安装时直接吊放在横向分配梁上面，并且横向用钢筋进行连接，增加其稳定性，起到承受箱梁荷载的作用。④整个门洞搭设好之后，在其上铺设模板即可。图9横向工字钢安装图10纵向工字钢安装5门洞支架验算本文以跨G104主线桥右幅第三联现浇箱梁过路跨处箱梁为例进行计算。5.1箱梁截面参数图11箱梁截面图5.2门洞验算5.2.1钢管立柱顶部工字钢验算①门洞位置处箱梁重量计算箱梁腹板处截面积1.49m2，最大门洞宽度为4.5m，砼单位体积重量26KN/m3，砼重量为：1.49×4.5×26=174.3KNq1=1.49*26/1.45*4.5=26.7Kpaq2——箱梁内模、底模、内模支撑及外模支撑荷载，按均布荷载计算，取q2＝2.0kPa（偏于安全）。q3——施工人员、施工材料和机具荷载，按均布荷载计算，取2.0KPa。q4——振捣混凝土产生的荷载，对底板取2.0kPa。②横梁验算取梁中4.5m跨的单梁计算，横梁受力等效为跨中1/4、1/2、3/4分别承受集中力P的简支梁。P=[1.35*26.7+1.4*0.7*(2+2+2)]*0.5*(4.5/2)=47.17KNM=1.5P-P*0.5=47.17kN.mI40a工字钢截面惯性矩：I=21700cm4、截面抵抗矩：W=1090cm3σW=M/W=（47.17×106）/（1090×103）=43.27Mpa容许应力为：205Mpa>43.27Mpa,满足要求。挠度验算f=(5*42-4)*Pl2/(384*4*EI)=0.417mm<L/400=2000/400=5mm,满足要求。经验算，横梁设置满足要求。③纵梁I40a工字钢验算纵向工字钢受力近似为承受均布荷载的简支梁q=[1.35*26.7+1.4*0.7*(2+2+2)]=20.96KN/mM=1/8×20.96×4.52=53.1KN·m纵向分配梁单梁弯曲应力计算σW=（53.1/2）×106/(1090×103）=24.36Mpa容许应力为：205Mpa>24.36Mpa,弯曲应力满足要求。挠度验算f=5ql4/384EI/2=（5×20.96×4.54）/（384×2.1×21700）/2=1.23mm<4500/400=11.25mm,满足要求。经验算纵梁设置符合要求。5.2.2钢管立柱验算①钢管立柱承载力验算取受力于4.5m跨和3.5m跨的立柱进行验算：F=[1.35*26.7+1.4*0.7*(2+2+2)]*2*(4.5/2+3.5/2)=335.4KN抗压强度σ=335.4*103*4/[3.14*(6002-4002)]=18.1Mpa<σ容=205Mpa，满足要求。②钢管立柱稳定性验算：钢管立柱几何高度为4.5-1.2=3.3m，其中1.2m混凝土基础高度。Ix=80675×10-8m4,A=185×10-4m2回转半径:i=(Ix/A)1/2=(80675×10-8÷185×10-4)1/2=0.21m长细比：λ=μl/i=2×3.3/0.21=31.4（其中2.0为将立柱保守等效为一端固定，一端自由模型时立柱的计算长度系数）按b类截面查得稳定系数：φ=0.931容许应力:[σ容]=205Mpa[N]=φ[σ容]A=0