反吊支架工艺在水中墩承台施工中的应用

PAGE反吊支架在水中墩承台施工中的应用工程概况五洲大道工程是上海市浦东新区05与06年度的重点工程，它西接跨越黄浦江的翔殷路隧道，东连郊环线A30浦东段及在建的上海桥隧工程（崇明越江工程），是未来江苏启东方向、上海崇明等地经浦东新区进出上海市中心城区的主要通道。五洲大道8标段工程主线桥pm081与pm082两桥墩三座承台位于高桥港河道中。其中pm081墩因距河岸较远，该处河水也更深，为本标段工程的施工难点。高桥港河道净宽约44.5米，为规划外环运河，通航航道宽25米，设计以此要求布置桥跨。跨越高桥港河道的主跨为第Sm81跨，跨径36.443米，为简支预应力T型梁，高架桥主线与河道以59度夹角斜交。Pm081桥墩承台边沿距高桥港河道西驳岸净距离约5.9米，靠近主航道，明水水深达4.4米以上，河底软泥1.0米左右。高桥港河道常水位标高2.62米，河道两侧驳岸标高3.62米。水中墩设计承台底标高均为2.60米，承台厚2.20米；为长15.2米，宽3.6米圆端矩形承台。施工特点与难点河道狭窄经查，高桥港河道为六级航道。如《水中墩平面位置图》，由于该处原有一座非对称布置的先锋桥，造成河道主航道西移，致使pm081水中墩承台处于主航道之中，若施工所占面积稍宽，则造成航道堵塞，影响河道通航。明水太深因处于主航道位置，经测量，河水深达4.4（现状河底标高约-1.9米，常水位约2.6米）米以上。承台自重大，对支架承载能力要求高。单只承台混凝土方量119立方，自重280吨余。考虑到施工附加荷载，支架承载力必须在340吨左右，方可确保安全。方案比选水中墩承台施工，通常不外乎围堰筑岛、抱箍支架等几种形式。如前文述及，因河水深，为抵抗侧压力，围堰壁厚必须加大，则势必堵塞航道；且围堰施工时填入物与围堰拆除时回填物清理工程量均较大，经济上也不合算，所以围堰法施工先被排出。至于抱箍法，因钻孔桩桩头不如预制桩规则，表面不平整，摩擦力不易控制。加上水下安装与拆除抱箍均较难实施，也被排除。经反复比选，最后决定采用承台底模反吊方法施工水中承台。反吊法的主要思路是：首先在钻孔灌注桩施工时，灌注水下混凝土结束后，由桩顶插入型钢作为反吊支架体系的承力短柱。等钻孔桩施工完成，在型钢短柱顶焊上型钢扁担。然后在型钢扁担上打孔穿挂圆钢吊杆，再在吊杆上放置4道型钢纵梁。最后在型钢纵梁上放置方木隔栅与竹胶合板底模并固定。至此，水中承台反吊支架体系完成。施工中所用型钢等材料经力学计算确定，确保结构绝对安全。水中承台施工完成，待混凝土强度达70%以后方可拆除此反吊支架系统。力学计算荷载情况：pm081承台砼113.51m3，计重283.775T，考虑结构自重与施工荷载，乘以系数1.1，总荷载312.15T。合3121.5KN。许用应力取值：钢材取屈服强度235Mpa，取安全系数2，得许用应力为117.5Mpa。顶部扁担计算：每承台设8根扁但，为简化计算，假定荷载均匀分布，则每根承重39.02T，经4根吊杆悬挂在扁担上，每根吊杆为集中荷载9.755T（合97.55KN），则A—A断面扁担受力情况如图1，B—B断面扁担受力情况如图2。经受力分析知图1在柱顶支撑处产生最大弯矩0.92p=89.746(KN.m)；图2也在柱顶支撑处处产生最大弯矩1.44p=140.472(KN.m)。按最大弯矩为0.92Mpa=89.746KN.m验算扁担：δmax=M/Wx≤117.5Mpa，得Wx≥89.746KN/117.5Mpa=763.8cm3。因采用双拼槽钢，则只需槽钢抗弯截面模量Wx≥763.8/2=381.9cm3即可，查表知28c槽钢满足要求，故采用双拼30槽钢作A-A断面类型扁担。按最大弯矩1.44pa=140.472KN.m验算扁担：δmax=M/Wx≤117.5Mpa，得Wx≥140.472KN.m/117.5Mpa=1195.51cm3。查表可知双拼36a已满足要求，考虑到此扁担两端悬臂较长，但为降低挠度，且扁担材料可回收，采用双拼40a槽钢。吊杆强度计算：如上所述，每根吊杆承重9.755吨，合97.55KN：δmax=N/A=9.755/π.d2/4≤117.5Mpa，得d≥32.5mm，故取φ34圆钢作吊杆。底部纵梁计算：由图知：承台施工全部荷载由四根槽钢纵梁承担，其中中间两根承担荷载较多，两侧两根承担荷载相对较少。故验算以中间纵梁为依据。如图示，中间纵梁由两根搭接而成，可分别看作等跨距三跨连续梁，跨距为2.0米。均布荷载的大小q=2.5×2.2×（0.72+0.5）×1.1=7.381T，合73.81KN/m。如图3，三跨等跨距连续梁最大弯矩出现在边跨，数据值为：Mmax=3/40ql2=3/40×73.81KN/m×22=22.143KN.m。δmax=M/Wx≤117.5Mpa，得Wx≥22.143KN.m/117.5Mpa=188.45cm3。查表知20槽钢满足要求，故采用20槽钢做纵梁。方木横梁计算：木材抗弯强度设计值取为11Mpa，取安全系数2.0，则木结构许用应力为5.5Mpa。横梁承担均布荷载大小：q=2.5×2.2×1.1=6.05T/m，合60.5KN/m。与纵梁类似，方木横梁可看作三跨连续梁，同理，最大弯矩出现在边跨，大小为：Mmax=3/40ql2=3/40×60.5×1.422=9.14KN.m。方木抵抗矩为w=bh2/6，取方木高度为h=25cm。有：δmax=M/Wx≤5.5Mpa，得Wx≥9.14KN.m/5.5Mpa=1661.82cm3；因取方木高度h=25cm，所以方木宽度b≥1661.822cm3×6/252=15.95cm。故取20×25cm方木作承台底部横梁。承压短柱计算：整个承台共14根钻孔桩，设14根短柱，则每根短柱承重22.3T，合223KN。抗压强度：N/A≤117.5Mpa，得A≥223KN/117.5Mpa=18.98cm2，查表知14以上工字钢即满足要求。稳定性验算：Pcr=π2EI/L2≥223KN，取工字钢弹性模量E=200Gpa，柱长2.25米，得最小惯性矩I≥229cm4，再取2.5安全系数，则需工字钢最小惯性矩I≥229×2.5＝572.5cm4，查表，取36b工字钢满足要求。底模计算：如图知方木横梁间距最大50cm，扣除方木宽度20cm，则底模净跨距为30cm。底模承担竖向总荷载：q=2.5×2.2×1.1=6.05T，合60.5KN/m。为便于计算，将底模近似看成3跨等距连续梁，弯矩最大在边跨，为：Mmax=3/40ql2=3/40×60.5×0.302=0.408KN.m。取竹胶板抗弯强度许用值为8Mpa，有δmax=M/Wn≤8Mpa，则：底模需要截面抵抗矩：Wn≥Mmax/8Mpa=0.408×106/8=51000mm3。竹胶板底模尺寸为1.22×2.44m，其单位宽度内截面抵抗矩可达：Wn=bh2/6=1000×182/6=54000mm3，所以满足强度要求。因各结构长度或跨度均有限，其受力伸长或挠曲较小，可予以忽略。施工中为提高整体稳定性，以钢筋点焊将各承重钢结构连接在一起。施工注意事项5.1、预埋短柱插入钻孔桩时，必须尽可能保持垂直，因为受压构件倾斜易失稳，承载能力将大大下降。5.2、本反吊支架体系中纵梁采用单根20号槽钢，为非对称结构，为防止其受力后发生扭曲等形变（俗称“单边”），在穿吊杆的两端各40cm段槽钢口加焊1cm厚钢板，使该段呈箱形，提高稳定性。5.3、穿越承台台身的圆钢吊杆以ф50PVC塑料管套裹，以便承台达到要求强度后，拆除支架时将吊杆从套管中顺利抽出。套管留下的孔洞以同标号细石混凝土填实。5.3、必须保证焊接质量，焊接处通常是受力集中处，焊缝质量缺陷有可能影响整个支架体系的结构安全。施工效果采用反吊法施工水中承台最终取得了比较满意的效果，顺利突破了本标段的施工难点。经统计，第一只水中承台从3月13日开始破除钻孔灌注桩桩头，至4月1日浇完混凝土，共耗时19日历天，符合预先排定的施工计划。随后，第二座与第三座水中承台也相继顺利完成，施工周期还略有压缩。至06年6月下旬，三座水中承台全部完成，为顺利实现总的工期目标打下良好基础。并且施工