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【摘要】本文对水中承台施工的几种方案进行了优比与分析,通过对下纵梁、下横梁、吊带、上横梁、贝雷纵梁及立柱进行具体的验算,设计出了理想的模板。从钢筋加工及安装、立侧模板、混凝土浇筑及附属设备拆除等角度深入地探讨了承台施工工艺。
【关键词】承台施工;吊模法;模板设计;安装;拆除
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
0引言
国民经济的一日千里的飞跃式发展带动了建筑行业的蓬勃发展,而且带动了桥梁科技的进步与发展,水中承台施工技术作为桥梁结构技术的重要内容,也朝着大型化、机械化、精确化、快速化的方向发展。本文以某河流的水中承台施工项目为例,探讨了吊模法的承台施工工艺。
1工程概述
某河流的河面宽约55m,4#、5#桥墩位于水中,每墩有3个承台组成,尺寸分别为7.6m×5.0m、5.0m×5.0m、2.0m×5.0m,承台之间用2m宽的系梁连接。承台、系梁高度都为2.5m,一次浇捣成形,计混凝土290m3,自重725t。两墩间距为30m,离南北两侧防汛墙各约12m左右,处于水中作业。
2水中承台施工方案的优比分析
水中承台施工一般有:围堰筑岛法、抱箍支架法、吊模法等。围堰筑岛法。由于本工程处河水较深,如采用围堰筑岛法施工,围堰的壁厚必须加大,不利于航道通航;其次,围堰施工时填入物与围堰拆除时回填物清理,工程量较大,也不经济。
抱箍支架法。由于钻孔灌注桩桩头没有预制桩规则,表面不平整,摩擦力不易控制,水下安装和拆除抱箍也比较困难。
吊模法。本工程采用吊模法,在钻孔灌注桩施工时,灌注水下混凝土后,由桩顶插入2~3根32a#组合工字刚作为吊模支架体系的支承立柱,等钻孔桩施工完成,在立柱上设双拼304#槽钢盖梁,在盖梁上沿横桥向搭设3组上下加强贝雷纵梁,贝雷纵梁长27m;在贝雷纵梁上设吊模系统所需的上横梁(间距1.5m布置)由双拼30#槽钢组成,并通过20mm厚钢板吊带(宽200mm)连系承台底部下横梁(双拼30#槽钢,间距1.5m布置),吊带上下口采用Φ50mm贝雷销固定。在下横梁上布置双拼30#槽钢下纵梁,间距60cm;下纵梁上铺设10cm×10cm方木,间距30cm,在方木上铺设1.8cm厚九夹板形成底模平台。承台吊模施工具体布置见图(1~4)。
图1水中工作平台平面图(单位:mm)
图2承台吊模施工平面示意图(单位:mm)
图3承台吊模施工立面示意图(单位:mm)
图4预埋型钢立柱平面示意图(单位:mm)
3模板设计与验算
3.1下纵梁验算
下纵梁采用双拼30#组合槽钢,布置间距为60cm,搁置在下横梁上,下横梁间距1.5。单根纵梁受力如下:永久荷载分项系数取K1=1.2,可变荷载分项系数取K2=1.4。混凝土重:q1=0.6×2.5×2.5=3.75t/m;双拼30#槽钢自重:q2=2×0.0345=0.069t/m;施工荷载:q3=0.2×0.6=0.12t/m2(施工荷载取0.2t/m2);计算荷载:q计=K1×(q1+q2)+K2×q3=1.2×(3.75+0.069)+1.4×0.2=4.75t/m;下纵梁由下横梁约束,以跨径L=1.5m的五跨连续进行计算:q=4.75t/m;最大弯矩:Mmax=0.105qL2=0.105×4.75×1.52=1.12t·m;单根双拼30#组合槽钢:Ix=12100cm4,Wx=806cm3。бmax=Mmax/Wx=1.07×104/806=13.28MPa<[б]=210MPa符合要求。Fmax=0644qL4/(100EI)=0.008cm<L/600=0.25,符合要求。
3.2下横梁验算
下横梁采用双拼30#组合槽钢,布置间距为1.5m;每根下横梁通过3根吊带与上横梁连系,吊带之间间距为3.0m.单根下横梁受力包括下纵梁支点作用力、下横梁自重,计算如下:
下纵梁+结构+施工荷载:q1=4.75×1.5/0.6=11.89t/m;双拼30#槽钢自重:q2=2×0.0345=0.069t/m;计算荷载:q计=q1+1.2×q2=11.98t/m;下横梁由吊带约束,以跨径L=3.0m的二跨连续进行计算。最大弯矩:Mmax=0.125×qL2=0.125×11.98×3.02=13.48t·m;最大支座反力:R2=1.25×qL=1.25×11.98×3.0=44.93t;单根双拼30#组合槽钢:Ix=12100cm4,Wx=806cm3。бmax=Mmax/Wx=13.48×104/806=167.25MPa<[б]=210MPa,符合要求。
Fmax=0.521×qL4/(100EI)=0.20cm<L/600=0.50cm,符合要求。
3.3吊带验算
吊帶采用20mm厚、200mm宽的钢板,在吊带两端预留Φ50+5mm的孔用贝雷销固定;吊带孔距端部距离不得小于300mm。根据吊模系统,吊带最大受力就是下横梁上的最大支座反力R2。
(1)吊带最大受力:P=R2=44.93t。
(2)吊带验算
钢材容许抗拉:f=205MPa;抗拉力:[F]=d×(B-D)×f=20×(200-55)×205=594500N=59.45t>P=44.93t,符合要求。
钢材容许抗剪:f=120MPa,销孔距端部最小间距为300mm,20mm厚钢板吊带在销栓作用下的容许抗剪力(存在两个剪切面)。
[t]=A×f=2×20×300×120=1440000N=144.00t1>P=44.93,符合要求。
3.4上横梁验算
上横梁采用双拼30#组合槽钢,布置间距为1.5。上横梁搁置在贝雷纵梁上,上横梁受到吊带作用的外力,其受力如下。
外加集中力:P=44.93t,单根双拼30#组合槽钢:Ix=12100cm4,Wx=806cm3。
最大弯矩:Mmax=0.175×PL=0.175×44.93×0.45=3.54t·m。бmax=Mmax/Wx=3.54×104/806=43.92MPa<[б]=210MPa,符合要求。Fmax=1.146×PL3(/100EI)=0.002cm 3.5贝雷纵梁验算
吊模系统共设3组单层上下加强贝雷纵梁,布置间距为3.0m。吊模系统的所有荷载均通过吊带作用在各组贝雷纵梁上,其中第2组(中间组)贝雷纵梁受力最大,对第2组贝雷纵梁进行验算,受力如下。
通过吊带作用在贝雷纵梁上的外力:q1=44.93/1.5=30.0t/m;
6排单层上下加强贝雷纵梁自重:q2=0.60t/m;则计算荷载:q计=q1+1.2×q2=30.72t/m。以中间最大跨径L=14.86m的简支梁结构进行计算,Q=30.72t/m。
最大弯矩:Mmax=qL2/8=30.72×14.862/8=847.95t·m。
6排单层上下加强贝雷:Ix=6×577434.4=3464606.4cm4,Wx=6×7699.1=46194.6cm3。
бmax=Mmax/Wx=847.95×104/46194.6=183.56MPa<[б]=210MPa,符合要求。Fmax=5qL4/(384EI)=2.68cm≈L/600=2.48cm,符合要求。
3.6立柱验算
本工程立柱采用在钻孔桩内预埋2~3根32a#组合工字钢,其中第2组(中间组)贝雷纵梁下的立柱受力最大,故对其进行验算如下:q=30.72t/m。单根立柱最大受力:N=q×(3/2+14.86/2)=274.3t。
单根容许受力计算:立柱高H=300cm,3根32a1#组合工字钢面积A=3×67.12=201.36mm2。钢材容许抗压f=205MPa,i=12.85,λ=300/12.85=23.3,Φ=0.96。[N]=ΦAб=0.96×201.36×2.05=396.3t>274.3t,符合要求。
4吊模法承台施工工艺
4.1钢筋加工及安装
按图纸要求预埋立柱钢筋,如立柱钢筋较长,对其承台以上部位进行环箍或设立支撑。河水每12h涨落一次,一天涨落两次,降至最低水位高程位1m,涨至最高水位为3.2m。承台底标高为1.5m。水位从承台底下降到最低水位再上升至承台底大约要3h,将利用水位的涨落差,在水位下降到承台底后,进行钢筋绑扎,当水位上升到一定高度时停止作业。钢筋布置时碰到钢柱子时,钢筋断开,弯90°弯钩,弯钩用钢住侧面贴紧电焊连接,或增加一个90°弯钩接头把断开钢筋与钢柱用电焊连接,遇吊带可断开钢筋断处作加固处理,加固钢筋与断开钢筋同时松开。
4.2立侧模板
承台、系梁模板采用九夹板,现场配制。模板安装前先涂涮混凝土隔离剂,模板安装接缝用厚封口双面胶嵌实、密封,防止漏浆。模板上下设4道Ф14mm对拉螺杆拉牢,靠近钢柱部位,对拉螺杆直接焊在钢柱上,起到定位作用。模板安装完毕,对其平面位置、轴线、标高进行复核,检查模板拼接的接缝及稳定性。
4.3混凝土浇筑
混凝土采用分层水平浇筑,第一层厚40cm,后面每层厚30cm左右。浇注时分两个小组,由两头向中间同步循环往上浇注。第一层开始浇注時,水位比承台高约40cm,在承台中间位置高出底模40cm部位开设两个30cm×30cm的排水孔,待水排干后,及时封上。
4.4附属设备拆除
强度达到85%以上时,开始拆除吊带贝雷架、横梁、槽钢等附属设备。先拆除吊带,然后由潜水员潜入承台底,拆除中间吊带下销子;再拆除两侧下销子,水中纵横向槽钢用轮船勾住事先捆在槽钢上的钢丝绳,拖出承台底外,用汽吊配合,吊至岸上。
5结语
综上所述,可以得出如下结论:水中承台采用吊模法施工,能很好地解决施工与航道的矛盾。在深水基础中,采用吊模法,省去了筑岛或钢沉箱,是一种比较经济的施工方法。
参考文献:
[1]公路桥涵施工技术规范JTG/T.F50-2011.
[2]杨嗣信.建筑工程模板施工手册[M].中国建筑工业出板社.
【关键词】承台施工;吊模法;模板设计;安装;拆除
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
0引言
国民经济的一日千里的飞跃式发展带动了建筑行业的蓬勃发展,而且带动了桥梁科技的进步与发展,水中承台施工技术作为桥梁结构技术的重要内容,也朝着大型化、机械化、精确化、快速化的方向发展。本文以某河流的水中承台施工项目为例,探讨了吊模法的承台施工工艺。
1工程概述
某河流的河面宽约55m,4#、5#桥墩位于水中,每墩有3个承台组成,尺寸分别为7.6m×5.0m、5.0m×5.0m、2.0m×5.0m,承台之间用2m宽的系梁连接。承台、系梁高度都为2.5m,一次浇捣成形,计混凝土290m3,自重725t。两墩间距为30m,离南北两侧防汛墙各约12m左右,处于水中作业。
2水中承台施工方案的优比分析
水中承台施工一般有:围堰筑岛法、抱箍支架法、吊模法等。围堰筑岛法。由于本工程处河水较深,如采用围堰筑岛法施工,围堰的壁厚必须加大,不利于航道通航;其次,围堰施工时填入物与围堰拆除时回填物清理,工程量较大,也不经济。
抱箍支架法。由于钻孔灌注桩桩头没有预制桩规则,表面不平整,摩擦力不易控制,水下安装和拆除抱箍也比较困难。
吊模法。本工程采用吊模法,在钻孔灌注桩施工时,灌注水下混凝土后,由桩顶插入2~3根32a#组合工字刚作为吊模支架体系的支承立柱,等钻孔桩施工完成,在立柱上设双拼304#槽钢盖梁,在盖梁上沿横桥向搭设3组上下加强贝雷纵梁,贝雷纵梁长27m;在贝雷纵梁上设吊模系统所需的上横梁(间距1.5m布置)由双拼30#槽钢组成,并通过20mm厚钢板吊带(宽200mm)连系承台底部下横梁(双拼30#槽钢,间距1.5m布置),吊带上下口采用Φ50mm贝雷销固定。在下横梁上布置双拼30#槽钢下纵梁,间距60cm;下纵梁上铺设10cm×10cm方木,间距30cm,在方木上铺设1.8cm厚九夹板形成底模平台。承台吊模施工具体布置见图(1~4)。
图1水中工作平台平面图(单位:mm)
图2承台吊模施工平面示意图(单位:mm)
图3承台吊模施工立面示意图(单位:mm)
图4预埋型钢立柱平面示意图(单位:mm)
3模板设计与验算
3.1下纵梁验算
下纵梁采用双拼30#组合槽钢,布置间距为60cm,搁置在下横梁上,下横梁间距1.5。单根纵梁受力如下:永久荷载分项系数取K1=1.2,可变荷载分项系数取K2=1.4。混凝土重:q1=0.6×2.5×2.5=3.75t/m;双拼30#槽钢自重:q2=2×0.0345=0.069t/m;施工荷载:q3=0.2×0.6=0.12t/m2(施工荷载取0.2t/m2);计算荷载:q计=K1×(q1+q2)+K2×q3=1.2×(3.75+0.069)+1.4×0.2=4.75t/m;下纵梁由下横梁约束,以跨径L=1.5m的五跨连续进行计算:q=4.75t/m;最大弯矩:Mmax=0.105qL2=0.105×4.75×1.52=1.12t·m;单根双拼30#组合槽钢:Ix=12100cm4,Wx=806cm3。бmax=Mmax/Wx=1.07×104/806=13.28MPa<[б]=210MPa符合要求。Fmax=0644qL4/(100EI)=0.008cm<L/600=0.25,符合要求。
3.2下横梁验算
下横梁采用双拼30#组合槽钢,布置间距为1.5m;每根下横梁通过3根吊带与上横梁连系,吊带之间间距为3.0m.单根下横梁受力包括下纵梁支点作用力、下横梁自重,计算如下:
下纵梁+结构+施工荷载:q1=4.75×1.5/0.6=11.89t/m;双拼30#槽钢自重:q2=2×0.0345=0.069t/m;计算荷载:q计=q1+1.2×q2=11.98t/m;下横梁由吊带约束,以跨径L=3.0m的二跨连续进行计算。最大弯矩:Mmax=0.125×qL2=0.125×11.98×3.02=13.48t·m;最大支座反力:R2=1.25×qL=1.25×11.98×3.0=44.93t;单根双拼30#组合槽钢:Ix=12100cm4,Wx=806cm3。бmax=Mmax/Wx=13.48×104/806=167.25MPa<[б]=210MPa,符合要求。
Fmax=0.521×qL4/(100EI)=0.20cm<L/600=0.50cm,符合要求。
3.3吊带验算
吊帶采用20mm厚、200mm宽的钢板,在吊带两端预留Φ50+5mm的孔用贝雷销固定;吊带孔距端部距离不得小于300mm。根据吊模系统,吊带最大受力就是下横梁上的最大支座反力R2。
(1)吊带最大受力:P=R2=44.93t。
(2)吊带验算
钢材容许抗拉:f=205MPa;抗拉力:[F]=d×(B-D)×f=20×(200-55)×205=594500N=59.45t>P=44.93t,符合要求。
钢材容许抗剪:f=120MPa,销孔距端部最小间距为300mm,20mm厚钢板吊带在销栓作用下的容许抗剪力(存在两个剪切面)。
[t]=A×f=2×20×300×120=1440000N=144.00t1>P=44.93,符合要求。
3.4上横梁验算
上横梁采用双拼30#组合槽钢,布置间距为1.5。上横梁搁置在贝雷纵梁上,上横梁受到吊带作用的外力,其受力如下。
外加集中力:P=44.93t,单根双拼30#组合槽钢:Ix=12100cm4,Wx=806cm3。
最大弯矩:Mmax=0.175×PL=0.175×44.93×0.45=3.54t·m。бmax=Mmax/Wx=3.54×104/806=43.92MPa<[б]=210MPa,符合要求。Fmax=1.146×PL3(/100EI)=0.002cm
吊模系统共设3组单层上下加强贝雷纵梁,布置间距为3.0m。吊模系统的所有荷载均通过吊带作用在各组贝雷纵梁上,其中第2组(中间组)贝雷纵梁受力最大,对第2组贝雷纵梁进行验算,受力如下。
通过吊带作用在贝雷纵梁上的外力:q1=44.93/1.5=30.0t/m;
6排单层上下加强贝雷纵梁自重:q2=0.60t/m;则计算荷载:q计=q1+1.2×q2=30.72t/m。以中间最大跨径L=14.86m的简支梁结构进行计算,Q=30.72t/m。
最大弯矩:Mmax=qL2/8=30.72×14.862/8=847.95t·m。
6排单层上下加强贝雷:Ix=6×577434.4=3464606.4cm4,Wx=6×7699.1=46194.6cm3。
бmax=Mmax/Wx=847.95×104/46194.6=183.56MPa<[б]=210MPa,符合要求。Fmax=5qL4/(384EI)=2.68cm≈L/600=2.48cm,符合要求。
3.6立柱验算
本工程立柱采用在钻孔桩内预埋2~3根32a#组合工字钢,其中第2组(中间组)贝雷纵梁下的立柱受力最大,故对其进行验算如下:q=30.72t/m。单根立柱最大受力:N=q×(3/2+14.86/2)=274.3t。
单根容许受力计算:立柱高H=300cm,3根32a1#组合工字钢面积A=3×67.12=201.36mm2。钢材容许抗压f=205MPa,i=12.85,λ=300/12.85=23.3,Φ=0.96。[N]=ΦAб=0.96×201.36×2.05=396.3t>274.3t,符合要求。
4吊模法承台施工工艺
4.1钢筋加工及安装
按图纸要求预埋立柱钢筋,如立柱钢筋较长,对其承台以上部位进行环箍或设立支撑。河水每12h涨落一次,一天涨落两次,降至最低水位高程位1m,涨至最高水位为3.2m。承台底标高为1.5m。水位从承台底下降到最低水位再上升至承台底大约要3h,将利用水位的涨落差,在水位下降到承台底后,进行钢筋绑扎,当水位上升到一定高度时停止作业。钢筋布置时碰到钢柱子时,钢筋断开,弯90°弯钩,弯钩用钢住侧面贴紧电焊连接,或增加一个90°弯钩接头把断开钢筋与钢柱用电焊连接,遇吊带可断开钢筋断处作加固处理,加固钢筋与断开钢筋同时松开。
4.2立侧模板
承台、系梁模板采用九夹板,现场配制。模板安装前先涂涮混凝土隔离剂,模板安装接缝用厚封口双面胶嵌实、密封,防止漏浆。模板上下设4道Ф14mm对拉螺杆拉牢,靠近钢柱部位,对拉螺杆直接焊在钢柱上,起到定位作用。模板安装完毕,对其平面位置、轴线、标高进行复核,检查模板拼接的接缝及稳定性。
4.3混凝土浇筑
混凝土采用分层水平浇筑,第一层厚40cm,后面每层厚30cm左右。浇注时分两个小组,由两头向中间同步循环往上浇注。第一层开始浇注時,水位比承台高约40cm,在承台中间位置高出底模40cm部位开设两个30cm×30cm的排水孔,待水排干后,及时封上。
4.4附属设备拆除
强度达到85%以上时,开始拆除吊带贝雷架、横梁、槽钢等附属设备。先拆除吊带,然后由潜水员潜入承台底,拆除中间吊带下销子;再拆除两侧下销子,水中纵横向槽钢用轮船勾住事先捆在槽钢上的钢丝绳,拖出承台底外,用汽吊配合,吊至岸上。
5结语
综上所述,可以得出如下结论:水中承台采用吊模法施工,能很好地解决施工与航道的矛盾。在深水基础中,采用吊模法,省去了筑岛或钢沉箱,是一种比较经济的施工方法。
参考文献:
[1]公路桥涵施工技术规范JTG/T.F50-2011.
[2]杨嗣信.建筑工程模板施工手册[M].中国建筑工业出板社.