京杭运河改线工程钢混叠合梁柔性临时支墩设计与施工

xx运河改线工程钢混叠合梁柔性临时支墩设计与施工1主桥工程简介xx运河xx市区段改线工程——xx大桥，主桥设计为71+110+71m三跨变截面连续钢混叠合梁，左右分幅，单幅采用单箱双室结构，单钢梁宽4.25m，箱梁间净距4.24m。箱梁高度按二次抛物线变化，墩顶高5.2m，跨中高2.6m。为便于架设安装，钢梁在纵向上划分为16个节段（全桥共16×4=64个），梁段长度在15m~16m之间，最大梁段重109.9吨。主桥上部结构施工顺序为：场地及地基处理，搭设临时支墩，在工厂制造钢梁节段及配件，运至现场在临时支墩上拼装焊接成整体，搭设满堂支架分段浇注桥面板砼，分段施加预应力，向预留剪力钉孔灌注C65无收缩砂浆使钢混两部结合，砂浆强度达到设计要求后拆除临时支墩，完成落梁，最后施工桥面附属工程。图1主桥临时支墩纵向布置图2柔性临时支墩使用特点xx大桥采用柔性临时支墩支撑钢梁节段，使用柔性临时支墩的最终目的，是在满足结构使用的前提下，有效地减少支墩的结构尺寸和材料，从而降低全桥的工程成本。所谓柔性支墩是相对刚性支墩而言，在满足承载力的前提下墩顶有较大的柔度（水平位移和转角）。经过分析柔性支墩所受最不利荷载为其墩顶的水平推力，主要为移梁产生的顶推反力，xx大桥合理利用主墩作为刚性墩分担柔性墩顶传来的水平推力，从而降低临时支墩的使用风险，具体做法是：先架设主墩顶钢梁节段，将该段与主墩顶支座焊接在一起，同时将支座临时锁定，使钢梁节段与主墩形成刚性结构，以主墩为中心向两侧依次架设其余节段，这样架设其它节段时柔性墩顶传来的水平力通过钢梁节段本身再传递到相临支墩上，经过若干个柔性墩传递分担后，最后大部分水平力传往主墩，因此可以显著地减少柔性支墩所承受的水平力。目前，常用的支墩材料有钢管（桩）、贝雷梁、格构柱、万能杆件等，xx大桥采用WDJ碗扣式脚手架搭设临时支墩，与其它支墩相比具有装拆方便，使用灵活，无需大型机械，经济效益可观等优点。3柔性墩的设计与施工xx大桥柔性临时支墩从下至上分为基础、支架、支撑及调节系统三部分。（见图2）3.1基础主桥临时支墩设在主梁梁段相接处，在钢梁拼装时起临时支撑作用。由于钢梁节段自重较大（最大达109.9吨），对支墩的承载力以及基础设计要求较高。针对支墩的搭设型式采用矩形截面素砼扩大基础，平面尺寸为5.4×4.8m（横×纵），厚度为0.5m，砼标号C20，根据上部荷载计算基底的最大应力不小于80~120kpa，桥位处地表以下10m均为亚粘土，最大容许应力可达200kpa。将基础按全部位于原地表以下考虑，利用机械和人工开挖基坑，开挖完成后用轻行触探仪逐个检测，如达不到基底最大应力要求，采用换填50cm碎石或换填12%石灰土30cm处治的办法提高地基承载力。主桥桥墩两侧的土体为承台回填土，土基应力较差，为防止地基下沉，采用插打圆木桩处理，圆木直径15cm，每根长6m，按50cm间距布设，插打时要保证木桩底位于承台底至少2m以下，桩顶回填12%石灰土到设计基底，回填厚度不小于30cm。根据支墩受力特点，支墩在架设一片钢梁时，基础一侧受力，应对基础进行抗倾覆稳定性验算以及抗滑动稳定性验算，二者验算方法详见《桥涵设计规范》此略不赘述。图2主桥柔性临时支墩一般构造图3.2支架部分3.2.1支架采用WDJ碗扣式脚手架，为满足不同高度的需求立杆采用3.0m，2.4m，1.8m，1.2m，0.9m五种，横杆采用0.3m，0.6m，0.9m三种，可调底座、托撑采用加长型（可调范围0~75cm），根据受力形式支墩按对称设计，每一支墩两侧对称设置支梁、调节区，中间设操作区，立杆的布设位置及数量由支墩支点及受力大小确定，经过计算两侧支梁以及调节区各用50根立杆，二者中间区域用一排立杆连接形成操作区，整个支墩立杆平面数量为110根（支墩顶分区情况见图3）。根据《脚手架施工手册》，当横杆竖直步距为60cm时单根立杆可承受4吨力，120cm时可承受3吨力，考虑到主墩两侧的梁段最重，故主墩两侧的支墩横杆采用60cm步距，其余均为120cm步距。图3支墩顶分区示意图支架立杆组合高度是由基础与支梁系统之间的距离决定的，首先将支梁系统按1.5m考虑，根据公式：支架高度=梁底标高-基础标高-支梁高度确定支架的大致高度，此高度为支架的整体高度（含可调托承），根据该高度考虑合适的立杆组合，最后确定可调托撑、底座的高度，为增强支墩的稳定性减少柔度，可调底座承调整范围控制在5~20cm之间，可调顶托承调整范围在10~30cm之间，如可调托撑调整后仍不能满足高度要求，适当调整支梁系统高度。下面以3#左幅支墩搭设为例，说明支墩各部高度确定方法：表一3#左幅支墩搭设高度朴支墩孕编号唤梁底架设标高臣（福m碍）抽支梁系统高度朵（果m尸）因可调悔托撑遣（拘m抓）袖支架立杆组合率（炉m葛）划可调因底座翅（弊m赏）山基础设计标高临（饥m蒙）潜原地表离标高戒（亲m授）咳左扮3-1贸+11.08子8劝1.42撞0.13迟3.0+2.剑4+0.1惰0.12读+3.918丧+4.0洞左匀3-2车+10.91品8锡1.42哨0.1搜3.0+2.劳4+0.1六0.05吴+3.848船+4.03.2.3碗扣式脚手架为整体受力构件，为保证支架整体受力性能，必须使每一根立杆同时作用在基础上，在搭设立杆前需对可调底托承按设计标高操平，具体做法为：先将底座调整到设计高度，安装第一层立杆及横杆，使支架初步成形，利用水平仪按设计标高将四角底托承调平，然后拉线逐个调整其它底座，这样保证支架竖直水平使每根立杆充分发挥作用。考虑到调节钢梁节段时纵横向移动对支墩顶产生水平推力，在纵向移动时水平力主要传递到临近的刚性墩（主墩）上，而横向移动时则由单支墩承受，故对支墩横向刚度要求较高些，在实际设计中已考虑到这一点，把支墩横向长度比纵向大些，同时在横向上加设4~6道剪刀撑，剪刀撑采用φ48mm钢管利用扣件和支墩脚手连接在一起，剪刀撑要从墩顶加到墩底部。且恰彻陕支架的相关验就算卡根据脚手架设痛计计算的统一刘规定以及支墩收结构受力特点摔，主要对支架角进行承载力验被算、整体稳定科性验算和抗倾拳覆验算。讲⑴谢离钢梁节段在调倾整移动时，移承梁区内立杆数晕量相对较少，吓此时立杆为最肉不利受力状态冤：济迁衡单杆最大受甲力宝P=G激/N=EQ\F(1100/2,20)每=27.5K案n杠管循最大压应毫力颤σ夕=EQ\F(食P荐,祖A质)拌=EQ\F(誉27.5营,列4.89×1计0捕2稳)熟=0.056阴Kn/mm俱2邀＜EQ\F(畏f固c侧,税k测c冻)膏=0.205言/1.5=0臭.137K纤n/mm律2包⑵贿泻整体稳定实际衔就是单杆稳定双验算，为求计起算简便不考虑乔风荷载作用（仆实际很小），体只计算在钢梁顾横载作用下支溪架的整体稳定稻性，其计算公疫式为德妈筐四EQ\F(帐0.9N堂,倡ψ贱A易)含≤EQ\F(凉f烦c锯,忌r岁m文)款仅式挣中松N强—碰意验算截面处的鞋轴心压力设计劣值舒，爱N=1.2N桃G掀+1.4N篮Q园；台小秀N召G推—其单杆自重桶，抽N扑Q室—软施工荷载糊信A昂—碍立杆截面积，辞取阳4.89×粗10悉2杨mm慨2已颜；散北愁ψ至—棵轴心受压杆件捉的稳定系数，博根据长细延比湾λ势查相关表格求博得；灌饶搭俗当横杆步距为腰0.6m葛时灌ψ键=0.829歪忌倍骡当横杆步距为敬1.2m付时僚ψ饲=0.489庙渐f迹c尿—亡钢材的抗压强发度设计值，疤取井0.205秧Kn/mm捉2它；梅妈r总m谢—劈材料强度附加墙分项系数，按床相关规定确定按，辉取言1.烈2哪。葬考虑到横杆步产距有惨0.6m艺和哨1.2m溜两种，分别按原两种情况时的屡最大梁段重昼（抓1100K岸n环和园800K终n姻）验算：碗当横杆步距为渣0.6m扣时塔滩EQ\F(喘0.9N站,途ψ床A阿)次=EQ\F(兆0.9×38破.8右,臣0.829×肚4.89×1猛0岁2丈)栗=0.08赌6办＜EQ\F(惕f镇c作,幸r叹m铸)兆=0.171挖当横杆步距为躲1.2m展时配炸EQ\F(嫩0.9N铅,翅ψ验A粮)英==EQ\F(创0.9×28赵.54富,箭0.489×学4.89×1张0泰2沙)危=0.10芳7翻＜EQ\F(庸f句c结,蹲r影m丹)魔=0.171沙⑶仰客抗倾覆验算帜甲庙当有一片钢梁负在支架上调节肌移动时，由于伟滚动摩擦产生欠水平方向上反恢力，需验算支铺架在纵横向上秩的抗倾覆稳定想性，根据移梁没支点的位置，复简化支架受力弦图示如下：箭描坛图邀4粘韵支墩抗倾覆验耀算受力图枕则抗倾覆稳定顿系数计算式为咸：汪纵雅向屈K=EQ\F(乘P×0.6+著G×2.4常,魔f×L验)铺，啄捉娃横薯向残K=EQ\F(门P×2.6+挡G×2.6泻,揭f×L鹰)咬根据铁路相关直施工手册可知积，移梁（滚动雄摩擦时）产生公的制动力相当租于芽0.监1俗倍的箱梁自重伏，则上式可变露为：没纵午向煎K=EQ\F(担P×0.6+结G×2.4凭,鲁0.1P×L倦)她，菌水印横夜向屡K=EQ\F(雹P×2.6+蔬G×2.6溪,艘0.1P×L垃)杂分别按最大荷科载产（毙1/多2朵梁重）和最高私支架两种情况晃进行验算坝最大荷屡载渴P=1100勿/2=550葡K窗n斧，相对支架付高抗L=昂6.0m桑，支架自毅重曾G=100K闯n膀贫纵拾向红K=EQ\F(隙550×0.室6+100×偿2.4翻,庸55×6闸)谢=1.7之2本＞彻K扰c陶=1.佩3博，附裂朱横芽向麻K=EQ\F(垃550×2.宿6+100×肉2.6良,谁55×6志)预=5.1恢2蛙＞毙K谎c拨=1.3钩最高支架在跨瓦中锻L=答8.5m津，相对荷奖载蔬400/2=傍200K旁n遇，支架自莫重衫G=80Kn摘纵稍向仙K=EQ\F(秀200×0.够6+80×2救.4鸽,垒20×8.5耳)脉=1.8违3章＞词K转c锤=1.既3妖，窑蔬杆横翠向成K=EQ\F(踩200×2.恶6+80×2掀.6幻,寸20×8.5朵)柳=4.2序8显＞凤K严c楼=1.3祥3.3斑支撑及调节系睡统鸟灶吼支撑系统主要锁包括方木支跺应和砂筒，主要梦作用是将支点胞传来的力均匀劲分配给支架，浊同时在移梁过平程中具有保险猾支垛的作用。粥支跺采用实心泼方木塔形跺，汁方木截猾面肠20×妖20cm裁，最底层方木悟每根长笛1.4m渗，缩共臣7万根，底层面掉积倦1.4×谅1.4m坛2干，最顶层每根细长糊0.6m氧，黑共粘3培根，顶层面忘积鸦0.6×本0.6m却2团，有时为了调牲整高度，顶层姑方木会调换枝成劲10×挪10cm溜截面竹或膛15×谢15cm秋截面，但顶层素面积不变，即毕每根长度不变网数量改变。木佩跺顶面积由受脉力决定的，即棚顶面方木的最盏大压应力不得偶超过其容许值跪。由于加工原叙因方木可能厚窜度不均，同一灌层的方木要保庸证厚度一致，碰否则需刨成同命一厚度使用，犹木跺各层应平液整、密贴、并蚕用足够的扒钉功联牢。返话如果把钢梁节轿段看作简支梁塘，那么砂筒就侨是简支梁的支逢座，梁段的支堂点即砂筒与钢诱梁接触的中心苗选择在钢梁底著部刚度最大的枣地方以防止钢农梁变形，根据者设计图纸选择膀横隔梁与底板跑加劲板交叉点束作为支点。砂冶筒活塞与外筒婶之间留有一定秩的空隙，由于赴钢梁底部按二度次抛物线变化装，节段底部有忆一定角度，同仁支座受力原理装一样，砂筒活约塞在筒内可以麻转动一定的角颂度，而使荷载至竖直传递给支煌架，从而使支斧架保持稳定（爹主墩附近梁底蜂角度较大，主锐要通过在砂筒农上设置楔形钢敬板解决此类问肌题）。由于砂党筒底面积相对边较小，为避免当局部应力过大磨而使砂筒陷入屡顶方木中，在疏顶方木与砂筒谎间加垫一块遣1.5cm枣厚钢板，钢板默大小与顶方木晨面积相同。砂梦筒的设计主要滔确定在最大荷酱载作用下活塞棕的直径、外筒镇壁厚度以及根择据落梁要求需桂采用的卸落度柱。实际施工中阵砂筒活塞直径搭采用故239mm缸，外筒直径联265mm描，筒壁厚度忽8mm庄，盖板采用挺1cm孝钢板制作，卸派落高度全部按识100mm逢考虑秒。页各客埋插乞精妖调节系统设置吵在两个支垛中树间，调节钢梁尤节段纵横向位三移和标高，从听下至上主要由祖支架顶纵横向桃方木分配梁，威下滑道，辊轴幻，支撑垫座，狐调节钢板，支祖撑千斤顶组成赛。下滑道由四龄根贞I3向2参工字钢组合焊崖接而成，并设分有提供移动千搭斤顶支撑点的沉挡板，主要作土用提供辊轴滚持动的轨道和千悔斤顶支撑点，举辊轴习由市6后根坟φ纸70mm臂圆钢组成，是叙钢梁能够移动绢的孩“墨轮减子胃”沃，垫座昆由弃4鞭根淋I1绕4座工字钢组并列拼焊接而成，主薯要支撑千斤顶道，同时垫座可主使算用轿1~蚕4营个叠加，起到弟调整千斤顶高培度的作用，以骨满足不同梁底身净空的需要，糕千斤顶主要由熄起升和移动两表种，起升千斤国选洪用浑QYL5坡0乡型立式油压千袭斤顶，每慌端奖2插只，移动采薪用扑1婶0瓣吨普通机械式炕千