“帽檐”式接桩钢管在高速公路桩板结构中的应用.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 128“帽檐”式接桩钢管在高速公路桩板结构中的应用 王旭峰1 李 浩2 李亚辉2 1.洛阳路桥建设集团有限责任公司，河南 洛阳 471000 2.中交第二航务工程局有限公司，河南 洛阳 471000 摘要：摘要：桩板式无土路基结构为预制路面板与管桩固结形成的框架体系，基础采用先张法预应力混凝土管桩，固结墩桩板连接由接桩钢管、填芯钢筋笼、预应力钢棒、现浇横梁组成，伸缩缝墩施工在预制场采用柱帽、垫石一体式浇筑混凝土工艺，上部采用先简支后连续装配式钢筋混凝土梁板，由预制路面板、湿接缝和顶面现浇层共同组成组合式路面板受弯构件。本文介绍了一种“帽檐”式接桩钢套管，即通过优化桩板连接结构形式取代临时抱箍支架体系，使得预制路面板安装工序更加经济、便捷、高效。关键词：关键词：桩板式路基；帽檐；接桩钢管；抱箍支架体系 中图分类号：中图分类号：U416.1 0 引言 随着工程设计和建设水平的不断提升,我国土木工程建造逐渐朝着更高水平的标准化、工厂化、机械化方向发展。相比传统的现浇混凝土结构建筑，装配式结构建筑突出体现了建筑行业的环保意识,节省材料,可大大缩短工期,并且采用了先进的工业化、机械化生产技术形式,具有广阔的应用范围和良好的发展前景。1 桩板结构常规工艺流程 常规桩板式无土路基结构的桩板连接由接桩钢套管完成，路面板安装须采用临时抱箍支架体系辅助完成，待先简支后连续体系转换后方可拆除临时抱箍支架体系。其主要的施工工艺流程如下：（1）施工预制管桩，精确定位；（2）精确定位并固定中间墩填芯钢筋，安装桩顶圆形外套钢管，并将外套钢管焊接在管桩端板上，以支撑圆形外套钢管；安装临时抱箍，安装临时支撑，确保梁板安装；非连续墩安装预制柱帽，柱帽顶施工垫石及安装支座；（3）起吊各预制梁板，精确调整预制板位置，使其线形与坡度符合设计要求。定位后，浇筑填芯混凝土及连续墩墩顶横梁混凝土，达到设计强度后，张拉桩板连接预应力；（4）吊模浇筑各预制板间的湿接缝、端横梁；（5）待湿接缝、端横梁达到设计强度后顺序拆除临时支撑和临时抱箍。一联主体结构施工完毕后，浇筑护栏混凝土底座，完成附属设施安装及桥面铺装。2“帽檐”式接桩钢管的应用 由于常规施工方法安装路面板须借助临时抱箍支架体系，从经济性的角度来讲需要大量的周转材料辅助施工，同时大量临时工程材料安装及拆除对于工期不利，也存在一定的安全隐患。综合以上因素，通过对接桩钢管结构形式进行优化，“帽檐”式接桩钢管便应运而生。2.1 设计思路 利用原有桩板连接的外套钢管，在其顶部设同材质钢板（俗称“帽檐”），并和外套钢管顶部焊接成一体，“檐口”下增设加劲板。顶面根据桥梁纵横坡加工成符合设计要求的坡比。2.2 现场应用 濮阳至湖北阳新高速公路是河南省高速公路网规划（20212035 年）中 16 条南北纵向通道之一，沈丘至豫皖省界段是濮阳至湖北阳新高速公路的组成部分。项目起点位于沈丘县石槽集乡刘大寨村西南，顺接濮阳至湖北阳新高速公路宁陵至沈丘段；终点位于豫皖省界的武沟大桥，接安徽省规划的合肥至周口高速公路。采用双向四车道高速公路技术标准，设计速度 120 公里小时，路基宽 27 米，建设里程 24.918公里。本应用研究依托于濮阳至湖北阳新高速公路沈丘至豫皖省界段项目，位于平原地区，耕地多、取土中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 129 难、环保要求高，采用桩板式无土路基具有提升工效、降低造价、节能环保等优点。阳新高速沈皖交界段项目桩板结构设置长度1.557km，桩板结构较传统路基处理方案减少填方约 42万 m。该项目在桩号 K4+622、K14+200 处，分别设置1188m 和 758m 两处桩板式结构，为 8m 标准跨径的连续刚构体系。桩板式结构预制梁板共计 1544 块，预制管桩总长 33976m。标准联长采用十孔一联，部分联根据不同柱高做相应调整。“帽檐”式接桩钢管从提出、验算、论证到现场应用为该项目桩板结构的路面板安装节省了工期、降低了周转材料费用，降低了安全风险，也为高速公路桩板结构的桩板连接提供了新的设计思路，并值得在桩板结构中推广应用。2.3 路面板安装施工方法 2.3.1 悬挂式作业平台安装 管桩位置、平面高程、垂直度满足设计要求后，安装悬挂式作业平台。（1）抱箍设计 采用两块半圆弧型钢板制成，抱箍高 150mm，采用8 根 M24*90，性能等级为 10.9S 级的钢结构用高强度大六角头螺栓连接。为了提高管桩与抱箍间的摩擦力，同时对桩柱砼面保护，在桩柱与抱箍之间设一层土工布。（2）悬挂式作业平台组装 先在地面上将临时抱箍与三角支撑骨架、防护平台拼装成整体，三角支撑骨架与抱箍采用销轴连接，防护平台与三角支撑骨架采用 U 型卡扣连接。（3）悬挂式作业平台提升安装 利用门式起重机整体提升到施工高度进行钢抱箍锁定即可。图 1 作业平台吊装示意图 2.3.2 桩板连接施工（1）“帽檐”式接桩钢管 接桩钢管外径 530mm，壁厚 10mm，中心高度 800mm。顶部设置 730630（内孔洞为 530mm）厚 10mm 钢板并和接桩钢管顶部焊接成为一体，“檐口”下焊接加劲板。顶面根据桥梁纵坡、横坡加工成符合设计文件要求的坡比。（2）接桩钢管和“帽檐”部件全部在生产厂家加工成一体，并按照图纸要求进行防腐处理后运输到现场。结构形式如图所示：图 2 接桩钢管俯视图 图 3 接桩钢管剖面图（3）接桩钢管安装 采用“先戴帽 后整理”的方式进行“帽檐”式接桩钢管安装。接桩钢管重 102.6kg（设计图），增设的“檐口”及加劲板重 31.9kg，一个接桩钢管总重 134.5kg。采用 10t 门式起重机进行安装就位到设计位置，作业人员站在悬挂式作业平台内完成调试、调整、加固、焊接工作。接桩钢管与 PRC 管桩端板进行环向满焊，焊缝长度 158cm。（4）接桩钢管与 PRC 管桩端板焊缝验算 路面安装板重+施工荷载最大反力取F=444kN 1）对于 PRC 桩顶一圈 158cm 长度的角焊缝，焊脚尺寸hf=8mm Nmax=helwffw=0.7 8 (3.14 500)160=1407kN 444kN，满足要求。成品吊篮成品吊篮俯视图前进方向AABBCCPRC桩顶PRC桩顶中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 130 2）仅考虑 M4 加劲板，双面角焊缝，考虑四个加劲板共同承担竖向荷载，焊脚尺寸hf=8mm Vmax=helwffw=0.7 8 4 2 (100 2 8)160=602kN 444kN，满足要求。（5）桩芯钢筋及预应力安装 固结墩设计有桩芯钢筋。桩板结构以联为单位，一联仅在本联与过渡墩紧邻的 8 个次边墩设置25 预应力高强螺纹钢筋，其他桥墩设置20 预应力高强螺纹钢筋。预应力筋外套 D102（内径）0.4 金属波纹管，两头预埋注浆口和出浆口。在钢筋加工厂进行桩芯钢筋加工、焊接，并将预应力钢棒、波纹管、螺旋筋、压浆管、出浆管和桩芯钢筋组装形成一个整体运输至现场，利用门机进行安装就位并加固。2.3.3 柱帽、垫石及支座施工 非连续墩桩柱顶设置1280900400mm钢筋混凝土预制桩帽及垫石，垫石上安装滑板支座。桩帽及垫石在预制场一体化预制成型，柱帽底部预埋 16mm 厚钢板，通过预埋锚筋与桩帽形成整体，锚筋与预埋钢板采用双面焊接。采用门机进行安装就位到设计位置，并与桩顶端头钢板焊接牢固。焊接完成后预埋钢板和焊缝一起进行防腐处理。支座上钢板与路面板底预埋钢板采用断续焊连接，支座预埋钢板或环氧砂桨整平中心露出路面板底 10mm，安装滑动支座时，支座滑动方向为顺桥向。2.3.4 路面板起吊 采用 25t+25t 门式起重机通过预埋的吊环进行双钩双板依次吊装。每块路面板设置 4 个吊环，距路面板端 50cm，距翼缘边 95cm，吊环为 R50，825 圆钢弯至成型。2.3.5 路面板安装（1）龙门吊沿轨道行走至架设路面板区域，并检查设备性能是否完好。（2）运路面板车将桥面板运输至指定区域待吊装。（3）起重小车横移至要架设的路面板正上方，将钢丝绳下降对准路面板吊装孔并检查确认对位准确。（4）待吊装钢丝绳检查完毕后，由架路面板现场指挥人员统一指挥起重设备开始起吊，收紧钢丝绳。待路面板体离开运路面板车时（20cm30cm）停一下保证路面板的稳定，并慢慢开出运路面板车，待运路面板车开出后，慢慢放低路面板至地面 10cm 高，然后龙门吊做提升、下落动作，以检查设备安全性能和周边地基情况，确认没有问题后开始起吊作业。图 4 路面板与桩顶接桩剖面图 图 5 路面板与桩顶接桩钢管平面图（5）有支座端落路面板：为使落路面板准确，在安装每一跨路面板时，在路面板的端面和侧面画出支座十字线的延伸线，落路面板时延伸线与墩台顶面支座十字线延伸线在同一铅垂面上时，可落路面板到位。落路面板时操作要平稳，防止支座偏心受压或初始剪切变形。落路面板后安排专业人员检查支座情况，发现支座出现脱空、受力不均、初始剪切变形过大，偏压、侧鼓异常等情况时，须吊起路面板，在支座上下面支垫薄钢板，再次落路面板，直到检查合格为准。路面板就位后，检查支座是否有松动、路面板是否平稳。如有不平稳应重新吊起路面板，用钢板对支座进行找平，直到平稳为止。（6）无支座端落路面板：无支座端落路面板前，在路面板的端面和侧面画出支座十字线的延伸线，落路面板时延伸线与墩台顶面架路面板平台钢套管顶板悬挑钢板十字线延伸线在同一铅垂面上时，可落路面板到位。路面板就位后，检查钢管套顶面与路面板底中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 131 接触是否密实，如有不平稳应重新吊起路面板，用钢板对缝隙进行找平，直到平稳为止。（7）每孔第 1 片路面板就位后，靠已架好的一端或桥台端用20mm 钢筋与架好路面板端钢筋伸缩缝钢筋连接牢固，第 2 片路面板就位后，将其与已经安装就路面板临时连接稳固，并及时完成翼缘板焊接，所有路面板形成稳固体系。（8）一跨板架设完成后，要对路面板两侧进行临边防护，将相邻两跨路面板纵向钢筋进行焊接加固。（9）路面板安装完成后进行桩芯、横梁、湿接缝、桩板连接预应力张拉、压浆（UHPC 混凝土）等工序的施工，一联主体结构完成后进行护栏、铺装等附属工程施工。2.3.5 路面板架设监测监控措施（1）施工前，对各起重设备和临时构造物的强度，刚度及稳定性进行验算，同时考虑留有一定的富余系数。（2）吊装作业前，对路面板吊点位置及强度进行验算，避免安装过程中构件发生裂损破坏。（3）安装前，检查预制构件的编号及顺序、外型尺寸及预填件位置是否准确，强度达到设计要求后，方可安装。（4）轴线放出各制作中心位置及路面板端、边线位置，便于路面板精确就位。（5）严格按照设计图要求进行路面板吊装，注意各墩、台间支座型号及路面板位置。（6）吊装过程中，由经验丰富的专职其中工人操作，做到吊装均匀、缓慢、稳定。（7）落路面板时，每次允许顶落路面板的一端，另一端必经稳定、垫实，防止走动。（8）吊装完成后，注意调整边路面板位置，保证边路面板外侧线条顺直，同时注意伸缩缝位置间距应均匀，符合设计要求。2.3.6 路面板架设验收内容 施工设备进场需经验收合格后方可投入使用，验收的主要内容有：设备出厂合格证和检验证书、设备性能状况、安全装置等。机电设备操作人员以及指挥人员一旦发现异常应停止相关作业，并及时向现场管理人员汇报，现场维护修理人员及时检修。在整个施工期间，机电设备操作、维护人员必须定期对设备进行检修、维护与保养。3 结语 目前桩板式无土路基在国内高速公路中的应用并不广泛，采用桩板式无土路基结构相较于填土路基占地面积小，征地少，且无需填土，节约了土地资源，有利于节能环保；桩板式结构管桩和路面板采用工厂化装配式施工，标准化程度高，施工速度快，质量控制有保障；通过在桩顶设置采用预应力高强螺纹钢筋(预应力钢棒)桩板连接，形成了预制板与管桩固结框架体系，使体系协调受力，确保了桩板连接的稳定性和整体性；通过“帽檐”式接桩钢套管的应用，替代了临时抱箍支架体系，对于节省工程工期、节约工程成本、工程安全管理等方面起到了有利提升作用，值得进行推广应用。参考文献 1吴康宁.桩板式无土路基高速公路施工实践J.北方交通,2018(5):106-109.2刘祥胜.桩板式路基施工技术研究J.山东交通科技,2018(5):58-61.3刘玺章.高速公路桩板式无土路基施工技术研究J.华东公路,2019(3):59-61.4杨庆云.基于工业化建造的公路桩板式路基施工技术 研 究 J.城 市 建 设 理 论 研 究（电 子版）,2018(18):128-129.