58武汉阳逻大桥南引桥施工支架系统设计.docx
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58武汉阳逻大桥南引桥施工支架系统设计
武汉阳逻大桥南引桥施工支架系统设计
武汉港湾工程设计院郭劲翟建国曾健
摘要：
本文较详细地介绍了武汉阳逻长江公路大桥南引桥施工支架的设计，包括支架的形式的选择，上部结构的布置形式以及各种基础的比选。
关键词：
施工支架、支撑系统、独立基础、沉管桩基础、长螺旋桩基础、比选
1、概述
武汉阳逻长江公路大桥南引桥为双幅三联5×55米连续箱梁和4×70+65米连续刚构，全长1170米,基础为桩基承台，实心墩身。
箱梁共有两种截面形式,均为单箱单室截面,连续箱梁高3.0m,连续刚构箱梁高3.7m，单幅梁宽均为16.1米。
根据施工组织设计及现场实际情况，箱梁采用支架逐跨现浇的施工工艺，上下游两幅交错施工。
本文就施工支架设计作一阐述。
2、施工支架形式的选择
现浇箱梁施工支架有满堂支架、少支架、移动支撑系统和万能杆件系统等形式。
施工支架的设计主要由施工工艺、周围环境、地质情况、桥下净空等有关因素决定。
武汉阳逻长江公路大桥南引桥从南塔起到桥梁终点，共19跨，分别为南塔~引6#墩~引25#墩，其中引8~引9跨长江大堤。
引20~引25桥面距地面平均高度为17.16米，桥下净空约为8米左右，地基表层为粘土，容许承载力较大；因此易采用满堂支架作为支撑系统；而其它各跨，桥下净空较高，且桥下地基表层为淤泥质亚粘土，地基容许承载力较小，故选择少支架形式作为支撑系统。
本文着重介绍少支架设计及实施。
2、支架的设计
2.1、设计条件及基本参数
2.1.1、设计荷载
恒载为桥梁刚箱梁自重、模板荷载，活载为施工荷载、风荷载。
砼荷载：
26kN/m3
施工荷载：
2.5kN/m2
基本风压：
0.5kN/m2
模板荷载：
1.2kN/m2
2.1.2、地质条件
桩基基本资料及设计参数如下表所示：
土层
编号
土质状况
层厚（m）
极限摩阻力（m）
极限端承力（kPa）
分布情况
1
人工填土
0.4~10.0
25~40
分布于长江堤、防浪堤和子堤及机耕道的上部
2-2
亚粘土
0~20.6
43~45
分布于K80+796米以南
2-3
淤泥质亚粘土
1.4~8.3
20~35
分布于CKZK21、CKZK22
2-4
亚粘土夹亚砂土、粉砂
2.4~16.2
35
分布于K80+796米以南
2-5
粉砂
1.3~6.4
45
2800
分布于K81+100~K81+780米一带
根据地质资料以及现场实际情况表明，该区域由淤泥质亚粘土、亚粘土、粉砂和细砂组成，粉、细砂层作为持力层，距地面约20米左右。
2.2、上部结构布置
连续箱梁（每跨55米）每幅每跨箱梁沿桥纵轴线设五榀施工支架，支架间距分别为13.5米、12米、12米、12米、13.5米，每榀单幅施工支架设有4根立柱，立柱间距分别为4.5米、5.25米、5.85米，立柱采用2Ф800×10和2Ф600×8的钢管，其中一根为两幅共享，根据每跨桥下净空的高度及所购材料情况，确定立柱标准节段为9米，钢管间采用法兰连接，方便拆卸和重复使用。
连续刚构箱梁（70米、65米跨）每幅每跨箱梁沿桥纵轴线设八榀施工支架。
支架间距为9米，每榀施工支架结构形式与连续箱梁的相同，立柱平面布置型式见下图。
立柱间纵、横向均采用2[14b型钢作为联系撑，在立柱上设有耳板，通过开口销将联系撑与立柱相连，以提高整体刚度。
立柱顶部设2HN700×300作主横梁，其上布设贝雷桁片和I10的分配梁。
模板系统仅考虑外模的设计，外模包括底板底模、翼板模及腹板侧模。
底板底模面板采用δ=5㎜的钢板，用槽钢［6.3作背楞，将其搁置于顺桥向的分配梁上。
底板底模的模板以5.0m长为制作单元，安装时各单元间用螺栓连成整体。
翼板模及腹板侧模面板由δ=5㎜的钢板和［6.3的背楞组成，施工时将其搁置在侧模支架上，侧模支架通过可调螺旋杆支撑于分配梁上。
翼板底模与腹板侧模标准加工长度为5m。
侧模可沿顺桥向移动。
由于引桥上构为连续箱梁形式，施工支架作为箱梁施工的支撑体系，在设计过程中尽量考虑其通用性，为了降低成本同时也为了施工方便，整个施工支架设计为可折装体系。
其中：
“
”为另一幅待浇箱梁的立柱，“
”为两幅共享立柱，“
”为现浇箱梁立柱。
2.3、计算分析
箱梁自重、施工荷载通过模板传递到次梁上，由次梁分配到贝雷梁上。
通过贝雷梁传到横梁、到立柱，最后到基础上。
风荷载沿横桥向作用，计算模型如下：
由此计算得HN700×300横梁:
σmax=102MPafmax=9mm
Ф800×10钢管：
最大轴力Nmax=195t
Ф600×8钢管：
最大轴力Nmax=111t
2.4、基础设计
2.4.1、基础方案比较
基础形式的选择是少支架设计的关键，它主要受地基承载力的影响，常见的基础形式有独立基础、沉管灌注桩基础、长螺旋钻孔桩基础等等，沉管桩桩径一般为Φ273~Φ600mm，常用为Φ377，桩长不宜太长（约18米左右）适用于持力层较浅的基础，螺旋钻孔桩桩径从Φ300~Φ1000mm，理论上说，桩长不受限制。
沉管灌注桩成本较螺旋钻孔低。
2.4.2、锥形独立基础
根据地质资料可知，地基承载力容许值：
锥形独立基础形式见下图：
其中：
，
，
，
，
独立基础适用于地基表层承载力较好且桥下净空不太高的情况，成本较低，操作简单，可反复使用，但沉降难以控制；支架安装完毕后，需逐跨加载预压，以消除支架系统的非弹性变形，并测出其弹性变形值，确定起拱量。
由于本项目工期较紧不宜采用。
2.4.3、沉管灌注桩基础
沉管灌注桩属于挤土灌注桩，是目前采用最为广泛的一种灌注桩。
它是使用打桩锤或振动锤将一定直径的带有锥形封口桩尖的钢管沉入土中，形成桩孔，然后放入钢筋笼，边浇注桩身混凝土，边拔出钢管形成所需灌注桩。
（1）桩基尺寸及材料：
根据现有施工设备，拟采用直径为Φ377的沉管灌注桩，有效桩长取24m。
混凝土强度等级为
。
桩端进入持力层，粉砂层（2-5），进入粉砂层厚度≥750mm.
（2）单桩竖向承载力设计值
桩的受力状态为竖向受荷
当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值，按下式计算：
（桩基规范5.2.8）
（3）现场施工情况
根据《建筑地基基础设计规范》规定，单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷载试验确定。
在同一条件下的试桩数量，不宜少于总桩数的1%，且不应少于3根。
根据地质资料，选择较典型的地质断面进行试桩。
在引19设置“试桩4”，在引19~引20间设置“试桩20”，在试桩过程中，当桩尖打至标高约0.85米处，沉管灌入较困难。
由武汉九方工程技术公司提供的《武汉阳逻长江公路大桥C合同段-南引桥施工支架基桩静载试验检测报告》（工程检测报告Ver0401（JFT-577））可知
桩4的单桩竖向抗压极限承载力为828kN，桩长为18.8m。
桩20的单桩竖向抗压极限承载力为966kN，桩长为18.3m。
根据地质资料，“试桩4”的地质资料可参照孔CKZK44，当桩长为18.8m时，桩尖位于亚粘土夹粉砂层（2-4），计算得单桩极限承载力为953.4kN；“试桩20”的地质资料参照孔CKZK45，当桩长为18.3m时，桩尖位于松散的细砂层（2-6），计算得单桩极限承载力为1100.0kN。
汇总如下表：
桩号
单桩极限承载力试验值（kN）
单桩极限承载力计算值（kN）
桩长（m）
桩4
828
953.4
18.8
桩20
966
1100.0
18.3
由上述计算可知，根据规范计算的单桩极限承载力值偏大，偏差为静载试验值的13.87%~15%，按静载实验结果修正计算值，即使按原设计桩长，单桩极限承载力亦不能满足要求，必须增加桩长以提高单桩承载力。
鉴于现场实际情况，沉管灌入难以达到原设计标高，而且地下水位较高，不适宜采用沉管灌注桩。
因此，改用长螺旋钻孔桩。
2.4.4、长螺旋钻孔桩基础
长螺旋钻孔桩属于干作业成孔灌注桩，它是利用带孔螺旋钻杆钻出桩孔，边提升钻杆边利用高压泵向孔内灌注混凝土，使混凝土与土体有较紧密的结合，因此，有较好的侧摩阻力。
长螺旋钻孔桩单桩极限承载力的计算方法同沉管灌注桩，侧土的摩阻力特征值及端阻力特征值均采用干作业钻孔桩数据。
与沉管灌注桩相比较，其端承力较小。
经计算，采用桩径为400mm，桩长为22米的长螺旋钻孔桩，其单桩极限承载力可达到1250kN。
在原试桩位置进行长螺旋钻孔桩的试桩，其试桩结果如下：
单桩竖向静载试验汇总表
（1）
工程名称：
阳逻长江大桥南引桥施工支架试桩桩号：
7-23#
测试日期：
2005-01-17桩长：
22.0m桩径：
400mm
序号
荷载
（kN）
历时（min）
沉降（min）
本级
累计
本级
累计
0
0
0
0
0.00
0.00
1
280
120
120
1.31
1.31
2
420
120
240
0.87
2.18
3
560
120
360
1.12
3.30
4
700
120
480
1.43
4.73
5
840
120
600
2.00
6.73
6
980
120
720
2.44
9.17
7
1120
120
840
2.36
11.53
8
1260
120
960
3.02
14.55
9
1400
120
1080
2.47
17.02
10
1120
60
1140
-0.04
16.98
11
840
60
1200
-0.08
16.90
12
560
60
1260
-0.41
16.49
13
280
60
1320
-1.25
15.24
14
0
240
1560
-3.27
11.97
最大沉降量：
17.02mm最大回弹量：
5.05mm回弹率：
29.67%
单桩竖向静载试验汇总表
（2）
工程名称：
阳逻长江大桥南引桥施工支架试桩桩号：
8-96#
测试日期：
2005-01-9桩长：
22.0m桩径：
400mm
序号
荷载
（kN）
历时（min）
沉降（min）
本级
累计
本级
累计
0
0
0
0
0.00
0.00
1
280
120
120
1.08
1.08
2
420
120
240
0.81
1.89
3
560
120
360
0.92
2.81
4
700
120
480
0.95
3.76
5
840
120
600
1.44
5.20
6
980
120
720
1.83
7.03
7
1120
120
840
1.51
8.54
8
1260
120
960
2.72
11.26
9
1400
120
1080
2.66
13.92
10
1120
60
1140
-0.02
13.90
11
840
60
1200
-0.05
13.85
12
560
60
1260
-0.52
13.33
13
280
60
1320
-1.77
11.56
14
0
240
1560
-3.27
8.29
最大沉降量：
13.92mm最大回弹量：
5.63mm回弹率：
40.45%
上述试验结果表明，单桩极限承载力大于1400kN，满足设计要求。
经多方案技术经济比较结合现场试桩情况，最终选择长螺旋钻孔灌注桩作为支架基础。
4、结语
武汉阳逻长江大桥南引桥施工已基本接近尾声，从现场施工情况来看，无论是方案的选择还是设计工况的考虑，都是比较合理的。
对比几种支架设计形式，各有优、缺点。
采用哪种结构形式只有根据现场情况、地质条件、施工设备等经综合比较确定，技术可靠、经济合理的施工支架是确保引桥施工进度、质量、安全和经济的关键。
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