水中系梁施工方案

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水中系梁施工方案

【摘要】:介绍了水中系梁采用部分预制结合分离式套箱施工方法,并对关键部位进行了验算。

关键词:水下系梁、分离式套箱、系梁预制、结构验算

本桥设计的系梁净长840cm,截面尺寸为120cm×120cm。系梁底部与桩顶齐平,距水面高度约1.20m左右。另外,6~7月份施工系梁时,正值水位高峰季节,更不易施工。系梁砼方量12.1m3,适用于采用有底钢套箱施工。但有底钢套箱是利用基础顶部做为承力点,必须先浇筑封底砼,施工难度较大,浪费较多。因此根据本桥的结构特点,并多方考证,拟采用部分系梁预制结合分离式套箱的方案进行水中系梁施工。

根据桩距及套箱外径大小,拟定预制系梁长度6m,系梁总重21.6T,吊装需采用大吨位吊车安装。系梁离河岸较远GB 51319-2018-T标准下载,对吊装不利。为此我们采用系梁直接在水上钻孔平台上预制,而后吊装的方案。

预制前,首先对水中排架进行加固,且同时对排架桩的承载力进行验算,满足要求后实施预制。排架加固后,铺设型钢与底板使之形成平台,而后在平台上铺设系梁底模、绑扎钢筋,安装侧模并浇筑砼。强度达到75%后,拆除模板,并对端部实行凿毛处理。预制系梁时,纵向主筋长度按6.4m与7.4m控制。

2.2钢套箱的结构形式

2.3系梁、套箱的安装与准备

将预埋于同一桩顶的两根竖向型钢进行加固连成整体形成支墩,横梁采用箱型钢梁,形成吊装。

套箱与系梁拼装后,为保证套箱与系梁的相对稳固,将套箱的上、下部与系梁之间用型钢做拉杆进行固定。

2.4系梁、套箱的安装与拆除

起吊系梁及套箱:将连接好的套箱与系梁由两个20t手拉葫芦起吊悬挂于吊架上。

拆除平台:将系梁底部位于系梁的范围内的平台拆除。

系梁及套箱就位:平稳下放系梁及钢套箱至设计标高。

套箱封底:用砂袋塞封底套箱底板与护筒的缝隙,然后在套箱内的钢护筒外侧浇筑水下砼,进行套箱底部砼封底。封底厚度由计算所得。

系梁浇筑:待封底砼达到一定的强度后,抽于套箱及护筒内的水,清理桩头,切割部分钢护筒,按照设计要求调整桩头钢筋,并按设计长度接长系梁纵向主钢筋,绑扎箍筋及桩头钢筋,支立系梁接长段模板,浇筑桩头及系梁部分砼,切割桩头以上的钢护筒。钢套箱待立柱完成以后进行水下切割拆除。

3.1地基承载力的计算

搭建钻孔及系梁预制平台的木排桩如右图所示:

根据勘测的地质报告所示,2#、3#墩所在的1~2层地质参数如下:

圆木桩为落叶松,桩长按6m设计,木桩进入第一层土h1=0.9m,进入第二层土h2=3.1m。

由于b>2m,h>3m,且h/b<4,故修正后的地基容许承载力按下式计算:

其中,由验算手册可知,亚粘土层的宽度修正系梁取k1=0、深度修正系数值取k2=1.5,r2=∑rihi/∑hi=19.4kN/m3。

3.2排架桩承载力计算

考虑群桩作为整体基础,桩基础可视为如右图所示的ABCD范围内的假想实体:

则:a=a0+2htg(ψ/4)=10.53m

b=b0+htg(ψ/4)=3.77m

其中,a0=10m,b0=3.5m,h=4.0m,ψ=15.3°

作用在桩基础上的竖向荷载:系梁重量G1、木桩重量G2、浇捣过程中砼倾倒荷载(4.0kPa)及砼振捣产生的荷载(2.0kPa),模板重量可忽略不计。

N=216+45.2+6.0x10x3.5=471.2kN

由公式:бmax=rl+N/A=19.4x4.0+471.2/(10.53x3.77)

=89.4<[б]=169.4kPa合符要求

其中,系梁砼重量:G1=1.2x1.2x6x25=216kN;

木桩:G2=40x(πx0.202/4x6.0x6)=45.2kN;

3.3系梁吊装系统的计算

竖向支撑杆件采用型号为I12.6工字钢A3钢材,查手册所得:A=18.10cm2,ix=5.19cm,杆件长度L0=5.5m。轴向应力[б]=140MPa

横向杆件采用箱型钢梁,截面如右图所示:

查得W=4026cm3,构件长L=10m,型钢重G3=33.91kN(型钢每延米重3.391kN),弯曲应力[бw]=145MPa。

单个套箱重G4=πx1.502x3.5x78.5=25.9kN

1)竖向支撑构件稳定性计算

由λ=L0/ix=106,得φ=0.548。

由б=N/A=(G1+G3+2G4)/(4A)

=41.5MPa<0.548[б]=76.7MPa符合要求

2)横向构件稳定性计算

根据横梁承重形式,横梁受力如右图所示:

由N1=N2=(G1+2G4)/2=133.9kN

Ra=Rb=(N1+N2+G3)/2=150.85kN

由λ=αx(L/h)x(rx/ry)=50,得φ=0.828。其中,焊接件系数α取值为1.8,正方形截面的回转半径rx、ry相同。

由бmax=Mmax/W=461.76x1000/4026

=114.7MPa<0.828[бw]=120MPa符合要求

3.4封底砼厚度的计算

套箱底端的封底砼厚度必须满足:

计算所得:封底砼厚度h≥0.41m;

F—单个套箱所受的浮力。

F=KrwV=2.0x10xπx1.52x2.92=412.8kN

D—内护筒直径,2.0m;

[τ]—钢护筒与封底砼之间的容许摩擦力GBT 4214.8-2021 家用和类似用途电器噪声测试方法 电灶、烤箱、烤架、微波炉及其组合器具的特殊要求.pdf,取100kN/m2;

rw—水的容重,10kN/m2;

V—套箱体积,1.2x1.2x6.0;

K—安全系数,取2.0;

DB5101/T 115-2021 成都市市场主体智慧监管 业务流程规范.pdfW1—预制系梁水中的重量

系梁预制与分围堰施工节省了大量材料,同时加快了施工进度。

对于桩基面三桩式的水中系梁施工,根据实际情况拟定施工方案。如同样正在承建的运棉河大桥的水中系梁,因系梁较短,无法预制,则采用钢板围堰施工。

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