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浅谈青岛海湾大桥满堂支架施工工艺

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【摘要】本文主要介绍了在青岛海湾大桥三合同段的主线桥范围内,根据当地的地质情况进行满堂支架施工的原理,设计的整体思路,以及各个细节的施工方法。

【关键词】青岛海湾大桥主线桥 满堂支架地质钢管桩基础压力试验 型钢横梁

1、 工程概况

青岛海湾大桥第三合同段的主线桥范围K14+030~K16+010,长度为1980m,墩号范围96~129号墩,左幅10联,右幅8联;其中左幅第一、二、九、十联,右幅第一、二、七联共15孔采用钢管桩支架进行上部现浇箱梁的施工。

2、变宽段箱梁设计要点

2.1箱梁最小截面宽度17m,顶板厚由30cm加厚至60cm,底板厚由25cm加厚至60cm,腹板厚由50cm加厚至90cm或厚90cm。箱梁保持外腹板倾斜斜率及悬臂变厚斜率不变,腋下用半径100cm圆弧倒角过渡,箱梁宽度的变化由底板宽度的改变和悬臂长度的改变形成,悬臂长度改变时外缘厚度也随之改变。箱室采用单箱双室或单箱双室过渡到单箱三室设计。

2.2变宽箱梁纵坡设计为0,横坡为2%(横坡通过旋转形成),箱梁设计顶标高为11.438m,箱梁最低点底标高为7.938m。海床标高-3.9~-5.5m。

3、工程地质

根据《青岛海湾大桥第三合同段工程地质勘察参考资料》可知主线变宽段箱梁所处的地质结构情况基本为,以98#~99#墩位间地质结构为例,从上往下依次为:淤泥质亚粘土厚8.6m(计算时扣除冲刷面2m)、粗砂厚4.2m、亚粘土厚2.3m、砾砂厚11.9m。

4、满堂支架施工

4.1支架施工概述

钢管桩支架进行上部箱梁的施工(跨径60m),钢管桩支架基本跨径为6-9m。

钢管桩支架搭设前首先清理干净海床,然后利用履带吊船进行直径为820的钢管桩的搭设,每两排钢管进行纵横双向连接。钢管桩顶面安装20 cm的桩帽,其上设置砂筒,用以落架,砂筒内装填干砂。砂筒上面放置横桥向2I45a工字钢,在工字钢上面放置纵向321军用贝雷梁片。

4.2地基与钢管桩基础

根据已知的地质资料,从海床面往下分别为:淤泥质亚粘土、粗砂、亚粘土、砾砂和岩石。采用φ820(δ=8mm)钢管作支架桩基础,桩尖持力层为亚粘土层。

4.3根据箱梁结构自重、模板、贝雷梁、型钢梁重量、钢管桩自重、施工临时荷载、安全系数等情况经计算可知,需要钢管桩的承载力为60t。根据钢管桩所穿过的地层及桩周土的极限摩阻力经推算可知钢管桩需入土12.8m(实际为14m)深方能满足以上荷载综合作用的要求。

4.4钢管桩采用φ820(δ=8mm)钢管,全面沉桩前进行了钢管桩的单桩承载力静载试验,以确定计算土层处钢管桩的实际承载力、沉桩情况及停锤标准等内容。试桩时根据计算确定的地质标高作为控制试桩深度的依据,采用90t振动锤(自重6.9t,)安装双夹具沉桩,在试桩沉桩时准确记录钢管桩最后进尺时的贯入度(单位时间内的进尺)、电流、电压等有关数据,以作为正式支架沉桩时停锤的标准。

振动沉桩的停锤标准,在采用90t振动锤(自重6.9t,)的情况下,箱梁外侧两腹板对应的纵向两道钢管桩以最终贯入度20cm/min控制,其余钢管桩以通过试桩验证的地层、桩尖标高控制为主,以最终贯入度(50cm/min)作为校核。若桩尖已达标高而最终贯入度相差较大时,则应查明原因,研究后解决。根据单桩承载力静载试验可知,钢管桩在计算的入土深度情况下的实测承载力为120t,完全满足使用要求,且有较高的安全系数。

4.5沉入钢管桩之前应确定钢管桩顶标高,根据箱梁的设计标高、预拱度(设计提供)、纵横坡度、模板支架的结构高度及变形值、桩帽厚度、钢管的沉降变形值(根据静载试桩试验确定)和考虑拔桩方便而将桩顶最高标高确定为5.4m。

钢管桩接长采用焊接,焊接时对接断面处钢板必须按照标准规定拉坡口后焊接,以保证焊接厚度。坡口处焊接完后再在周围加焊连接钢板,并严格按规范要求操作。

4.6钢管桩沉入采用浮吊(履带吊机上船固定作浮吊用)吊振动锤进行,钢管桩平面位置偏差控制在10cm以内,倾斜度控制在5‰以内。每根钢管桩顶标高按比施工标高高30cm控制(即下料长度比使用长度长30cm,顶部振动锤夹具夹住的变形部位待沉入就位后全部割除。沉桩完毕后按照各自的要求标高统一割除,割除高度误差控制在±1cm之内),横向每排桩顶在横断面方向上不统一标高,成台阶状,每根桩的桩顶水平,一排横向形成横坡,桩顶安装桩帽,桩帽单独加工,底部焊接限位板,现场套装在钢管桩顶部,周转使用。

4.7每排钢管桩纵桥向按9+6+9+6+9+6+9+6m间距布设,横桥向按2m、3m间距布设。

纵向6m间距的两排钢管桩之间纵向上采用钢管连接,以形成群桩支撑墩,确保稳定。每排桩横向之间采用[20号槽钢,进行剪刀斜撑及平联焊接连接以使钢管连成整体。

4.8钢管桩沉桩就位、调整完成、桩帽固定以后,在桩帽上精确放样每排管桩的纵、横向中心,安装经过预压、调整好的砂筒用以落架(砂筒内装填干砂,安装前用千斤顶、反力架预先压紧,提前压缩变形。砂筒使用前做破坏试验,检验其承载能力及稳定性,并与计算承载力进行比较),砂筒在安放前应用塑料布将上部筒身和连接部位下端包裹、缠绕紧密,用胶带纸密封,以防海洋气候腐蚀砂筒筒身、严重生锈、造成砂筒上部筒身下落困难。

5、型钢横梁、贝雷纵梁

5.1砂筒上面放置横桥向2I45a工字钢,每根长12m,现场用连接板、螺栓拴接成24m。工字钢之间在上下表面间断跳焊连接,每30cm焊8-10cm。工字钢的两条竖肋应对称于砂筒中心放置,防止偏心。

5.2因桩顶标高不一致,按横坡成台阶状布置,砂筒竖直且等高,故型钢横梁在横向上是按2%的横坡倾斜的,砂筒顶与型钢横梁之间的三角空间加塞钢楔块。在桩帽顶板上焊接压板将砂筒底板压住固定,在砂筒顶板上焊接焊接压板将横向工字钢压住固定。

5.3型钢横梁安装后,按从内到外的顺序安装贝雷梁,安装时严格按设计的横向、纵向位置准确就位,保证箱梁腹板底部处在贝雷纵梁上、贝雷的竖撑和斜向节点放置在竖向支点上,确保受力良好。贝雷片横向每2片用标准花架连成一组,横向组与组之间采用型钢桁架现场连接,中间加焊剪刀斜撑。

5.4因箱梁横向宽度较大,为防止支架的沉降或变形不均导致箱梁产生裂缝等损坏,应保证支架具有足够的刚度和整体性,沉降和变形一致,为此可加强钢管桩之间的剪刀斜撑连接、贝雷梁组之间的横向连接以及贝雷与横向型钢梁的固定。横向型钢梁之间采用螺栓连接,保证整体性。

另外,在保证支架具有足够的整体性和刚度情况下,从混凝土的浇筑顺序上按照左右对称、平衡浇筑是保证支架均匀沉降和变形的关键。