基于风洞试验及预算定额研究的大练岛高墩支架变更设计

李阳

摘  要：福平项目大练岛桥桥址区属于典型的海洋性季风气候，受海峡上“穿堂风”增强效应的影响，形成一个“风谷”通道，风速进一步加强集中，导致风速大、频次高，且现场腐蚀严重，导致施工条件恶劣，安全和质量风险较高。原设计预算中按照内陆常规定额组价，而且采用万能杆件搭拆定额，但后续发现费用组成与设计图纸不符合，而且严重偏低。通过对现浇支架进行缩尺模型风洞试验研究发现，原设计无法满足现场安全、进度等相关要求，项目部与设计院及业主多次沟通，最终业主同意变更，同时项目部与设计院沟通，抽換了原预算的万能杆件定额，变为钢结构定额，为项目赢得了最大效益。

关键词：高墩支架;变更;钢结构;减亏;定额

中图分类号： U446.1   文献标识码：A         文章编号：2096-6903（2021）02-0000-00

1工程概况

原设大练岛高墩支架计（D0-D23、D27-D31）公路梁支架量为16956吨，主要设置在大练岛陆地上（如图1所示）。支架宽度34.08m，跨度为9m、11.25m、12m，断面设32片贝雷桁架，顶分配梁钢管支架立柱采用Φ1000×12mm钢管，纵向4排，钢管支架平联采用Φ400×14mm钢管，斜撑采用Φ400×8mm钢管，边跨钢管桩直接支撑于铁路承台上。钢管桩顶部放置三拼56b工字钢做横梁;纵梁采用单层贝雷梁，贝雷梁横向间距为90cm，每跨贝雷梁大约425片贝雷片;贝雷梁纵向顶部设置顶分配梁，顶分配梁采用25b槽钢，间距为60cm（如图2所示）。原预算采用定额QY-1011现浇梁门架式万能杆件支架搭拆、QY-1012现浇梁门式万能杆件1季度使用费这两个定额进行预算，原设计共计16973万吨，合计金额1475万元。

2变更的必要性

（1）为应对气象、地质条件，调整支架结构。项目2017年6月份开始与福建平潭气象局合作，在我项目施工区域内建立两个测风点，如图3所示。

根据测风点对2017年7月1日至2019年4月30日共669天的风力情况进行统计测量，并将形成的数据和大练站、浮标站、潭城镇进行对比分析，见表1对比数据：

由上表统计看出，大练岛特大桥测风点F1825，风力等级明显比其他海上北东口水道特大桥、大练岛洋坪顶测风点等各测风点风力等级都大，具体原因是大练岛特大桥位处两山之间的低凹处，受穿堂风影响，风力较大，具体如图4所示。

为确保工程按期建成，需要系统的考虑工程施工安全、质量、资源配置、工效等因素，根据建设单位组织的高墩支架专项方案评审，对原计划投入的钢结构数量及结构作出较大调整。一方面由于受穿堂风影响，风力较大，作业天数少，为保证支架在季风期安全使用，台风期（14级台风）不被破坏，项目部通过风洞试验研究，对支架强度、刚度和稳定性进行分析计算，需对支架结构进行特殊加强设计。而且项目通过静载沉降观测试验研究钢管桩沉降范围，证明钢管本身变形在1cm左右，因此不能满足支架基础的规范要求，基于此设计院及业主建议改成钻孔桩。

（2）原定额的不适用性;一方面原定额QY-1011门架式万能杆件搭拆中无焊接工艺。而实际情况是连接后需要焊接以及在安装过程中全部采用焊接拼装。另一方面支架高度达到60m，采用QY-1011门架式万能杆件搭拆已经不能满足现场安全性需要。

具体所套用的QY-1011费用明细如图5：（消耗万能杆件0.09t，单位10t，损耗率9‰，定额中无焊接工艺）。

QY-1012费用明细如图6：（消耗万能杆件0.25t，单位10t，反推周转次数为40次）。

3具体做法

（1）为应对特殊的海岛恶劣条件，具体措施如下：

1）为保证支架在季风期（8级风以下）安全使用，台风期（14级台风）不被破坏，及现场施工需求，对支架结构进行特殊设计。

2）根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第10.1.2条也指出：圆钢管的外径与壁厚之比不应超过100（235/fy）=100（235/205）=114.6;由于支架使用年限在4年以上，为保证结构的安全，管桩壁厚必须满足规范要求并预留加厚量。

3）根据《海港工程钢结构腐蚀技术规范》（JTS153-3-2007）表3.10表明，钢结构单面腐蚀速度：大气区（有养护条件）平均腐蚀速度0.05～0.1mm/a;浪溅区（有养护条件）平均腐蚀速度0.2～0.3mm/a，需对支架钢管按照规范规定4年防腐标准进行防腐涂装。

4）由于桥址处地质条件复杂，跨度大，荷载大，并且前期对支架结构进行了专家评审。为保证现场能够安全施工，对支架基础进行特殊设计。

（2）为满足人员、设备、梁部施工安全需要，调整了支架结构，对高墩公路梁现浇支架进行缩尺模型风洞试验—固定模型天平测力边界层风洞试验研究，最终得出的支架结构形式满足人员、设备、梁部施工的安全需求，具体如下：

1）增加钢管立柱、连接系及贝雷片桁架。桥址区气象及水文条件恶劣，原设计跨中支架钢管立柱为两排，支架上部结构为32贝雷桁架，无法保证栈桥在该区域的结构安全，变更后将跨中钢管立柱增加一排，整体支架立柱连接系增加，支架贝雷桁架变为48-70（最小及最大宽度）片贝雷片以增加支架整体稳定性。

2）支架基础形式。原设计支架基础采用钢管桩，跨中钢管桩入土深度>15m。因考虑支架施工及使用过程中所承受荷载较大，为保证支架结构稳定，支架基础形式改为钻孔桩，D0#-D8#为φ1m钻孔桩;D8#-D19#为φ1.5m钻孔桩。

3）根据建设单位评审后的支架施工方案如下：

总体结构说明：现浇支架采用梁柱式钢管支墩结构，基础D0#-D2#、D7#-D19#采用钻孔桩基础，D2#-D7#采用条形基础。其中桩基位置处设置横向系梁。D0#-D8#钢管立柱采用φ720×14mm钢管，边墩钢管之间连接系采用双拼28b工字钢、双拼40b工字钢、400钢管。牛腿横联采用Φ400×10mm。跨中钢管之间平联、斜撑采用φ400×10mm钢管、双拼40b工字钢联结。D8#-D19#钢管立柱边墩采用φ720×14mm，跨中钢管立柱采用φ1200×14mm钢管。边墩钢管之间连接系采用双拼28b工字钢、双拼40b工字钢、400钢管。牛腿横联采用Φ400×10mm。跨中钢管之间平联采用φ720×14mm钢管联结，斜撑采用φ400×10mm钢管或双拼工40b工字钢联结，程Z字形或八字形布置。边跨横梁采用三拼56b工字钢，跨中横梁采用双拼H700型钢，横梁与钢管桩交接处采用10块厚16mm钢板加强，从桩中心向两边分间距为24cm;承重梁采用321贝雷片组装，D5#-D19#跨度为15m+7.6m+15m，D0#-D5#跨度为15m+9m+13.5m。各片桁梁之间采用花窗连接成整体，贝雷梁纵向顶部设置特制顶托便于拆除时落梁，一片贝雷梁上间距355mm、880mm、530mm、880mm、355mm，设置在贝雷梁上接近节点处，然后顶托上纵向放置150mm×150mm方木，在150方木上横向放置100mm×100mm方木，纵向间距300mm，最后铺设15mm厚竹胶板做底模。

（3）多次与设计院沟通，建议采用钢结构、军用梁制作、安拆相关定额，钢管桩、连接系等相关钢结构采用QY-1064（钢结构制作 一般焊接结构）施工工艺为：调直整平、划线下料、钻孔、电焊、组拼。QY-1065（钢结构安拆）施工工艺为：铺拆临时脚手，杆件安装、拆除。贝雷梁采用QY-1001（军用梁安拆 便桥用 跨度≤30m）施工工艺为：搭拆人字扒杆，安装绞车及埋设地垄，安装支座垫木，组合钢梁，架设钢梁，调整钢梁在平面上的位置，拆除钢梁。其定额中所使用施工材料及方案与我项目施工的方案基本一致，建议运用。最后尽最大可能按照现场实际大型设备抽换其定额中的机械，具体定额如下：

（4）在变更定额的同时设计院原计划采用周转摊销计算方式计算费用，这样总费用将降低，项目部一方面以监理签认的施工时间为证明材料，又提出一下三点原因：一是支架现浇梁连接系宽度每孔均不相同，而且拆除连接系时由于需要气焊切割，当材料发生周转时，需要重新加工焊接制作，因此连接系制作按照施工设计量计算。二是支架钢管桩由于支架高度不同，需制作对应钢管桩的调整节，所以钢管桩制作按照周转计算，调整节需要重新加工制作，按照设计量计算制作费用。三是支架横梁由于现浇梁宽度不同，需重新制作对应长度的横梁，按照设计量计算横梁制作费用。

4总结

高墩支架原设计1475万元（其中大练岛桥1235万元，舍人宫桥240万元）原设计参照内陆标准设计，实际通过指导性施组及风洞试验增加了工程数量，变更后公路梁支架量为26073吨，较原指导性施组增加9117吨。由变更前的万能杆件定额变为钢结构定额，另一方面调整了钢结构摊销次数，因此费用加大，变更后总费用5606万元，增加金额4131万元。平潭桥集气候、水文、地质等恶劣自然条件为一体，项目部因地制宜进行变更，取得了较好的经济效果。

参考文献

[2] JTS153-3-2007.海港工程鋼结构腐蚀技术规范[S].

Modification Design of Dalian Island High Pier Support Based on Wind Tunnel Test and Budget Quota Research

LI Yang

（China Railway Construction Bridge Engineering Bureau Group No.4 Engineering Co.， Ltd. Harbin Heilongjiang  150056）

Abstract： the Dalian Island Bridge site of Fuping project is a typical marine monsoon climate， which is affected by the enhanced effect of "cross-strait wind"， especially in Dalian Island， which is affected by the topography， forming a "wind Valley" channel， and the wind speed is further strengthened， resulting in high wind speed and high frequency. And the site corrosion is serious， resulting in poor construction conditions， high safety and quality risks. In the original design budget， the price was set according to the inland conventional quota， and the universal rod erection and dismantling quota was adopted， so the cost composition was not consistent with the design drawings， and it was seriously low. On the other hand， the project and the University jointly carried out the scale model wind tunnel test on the cast-in-place support. Through the fixed model balance force measurement boundary layer wind tunnel test， the original design could not meet the site safety， progress and other related requirements The project department communicated with the design institute and the owner for many times， and finally the owner agreed to the change. At the same time， the project department communicated with the design institute through the special volume. After the change， in the cost group price， the original budget universal member quota was changed into the steel structure quota， which won the maximum benefit for the project.

Key words： high pier support;change;steel structure;loss reduction;quota