張慶文，吳靖江，周東坡

（1.蘭州市市政工程研究所，甘肅蘭州 730000;2.中國(guó)建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 473000）

1 工程概況

元通黃河大橋是蘭州市城區(qū)橫跨黃河，連通南北的一座大型市政橋梁，主跨為（80+150+80）m的連續(xù)梁拱組合橋。由群樁基礎(chǔ)、承臺(tái)、實(shí)體墩、減隔震支座、預(yù)應(yīng)力懸澆箱梁、鋼管拱組成。

主梁中支點(diǎn)處梁高7.0 m，跨中處梁高2.5 m，梁高、底板厚度均按二次拋物線變化。主梁截面為單箱三室直腹板形式，頂寬28.8 m，底寬21.0 m，頂板等厚0.3 m，邊腹板厚度由跨中0.4 m變化到墩頂附近1.3 m，中腹板厚度由跨中0.55 m變化到墩頂附近1.3 m。底板厚度由跨中0.3 m變化到墩頂附近1.0 m。

0號(hào)塊全長(zhǎng)20 m，混凝土1880 m3。

2 支架方案總體設(shè)計(jì)構(gòu)想

0號(hào)塊支架的施工和預(yù)壓，要根據(jù)橋梁所處的地形地貌條件、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和環(huán)境要求等綜合確定。一般分為落地支架（碗扣支架、鋼管立柱支架、組合梁支架等）和懸空支架（三角支架、縱梁支架等）。在支架設(shè)計(jì)時(shí)，同樣需要考慮墩身的高度、承臺(tái)大小、箱梁的結(jié)構(gòu)形式和重量。

考慮到該橋0號(hào)塊單側(cè)懸臂長(zhǎng)度達(dá)到8 m，墩身高度12 m，決定利用主墩承臺(tái)做基礎(chǔ)，在承臺(tái)上搭設(shè)落地支架進(jìn)行現(xiàn)澆，解決大懸臂施工問(wèn)題，避免不均勻沉降現(xiàn)象。

因該橋墩頂設(shè)計(jì)面積較小，僅依靠墩頂臨時(shí)固結(jié)難以滿足0號(hào)塊施工要求，通過(guò)設(shè)計(jì)讓支架立柱起到臨時(shí)固結(jié)作用，較好的解決了懸臂施工的安全問(wèn)題。

2.1 方案比選

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出兩種支架方案。

方案一，貝雷桁架方案：

支架采用貝雷桁架落地拼裝，用貝雷桁架做立柱和縱梁，頂部安裝工字鋼做分配梁。

方案二，鋼管立柱方案：

（1）采用630×10 mm螺旋鋼管作為立柱，頂部安裝工字鋼作為主梁和分配梁，立柱間焊接剪刀撐結(jié)為整體。

（2）采用1200×10 mm螺旋鋼管作為立柱，內(nèi)部灌注混凝土，提高單柱承載能力，頂部安裝工字鋼作為主梁和分配梁，立柱間焊接剪刀撐結(jié)為整體。

三種形式比選如下：全部利用承臺(tái)作為基礎(chǔ)，均可避免支架不均勻沉降，能確保安全可靠。

方案一，雖然架拼簡(jiǎn)單，但是該地區(qū)貝雷桁架使用較少，難以滿足要求，若長(zhǎng)距離調(diào)運(yùn)成本較高。

方案二之一，由于0號(hào)塊體較大，尺寸定型，需設(shè)計(jì)異性結(jié)構(gòu)滿足要求，承臺(tái)上至少設(shè)立2排鋼管，每排13根，鋼管立柱多，立柱間聯(lián)系多，用鋼量大，同樣不經(jīng)濟(jì)。同時(shí)，外端懸臂需要設(shè)置斜撐，產(chǎn)生的水平分力平衡困難。

方案二之二，大直徑鋼管混凝土立柱，較大的提高了立柱承載力，用鋼量相對(duì)較少，較為經(jīng)濟(jì)。可以采用對(duì)稱(chēng)布置斜撐的方式，平衡水平力。同時(shí)利用鋼管立柱點(diǎn)為臨時(shí)固結(jié)，為后期箱梁懸臂施工可能存在的不平衡力矩提供抵抗力。

通過(guò)方案比選，大直徑鋼管混凝土立柱方案能較好地滿足設(shè)計(jì)總體構(gòu)想，決定施工采用。

2.2 鋼管支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鋼管支架由以下部分組成：8根1200×10 mm鋼管立柱做主承力構(gòu)件，為保證受力良好，2I40b工字鋼承力主橫梁采用通長(zhǎng)整體形式，把每側(cè)4根立柱連成整體。上布設(shè)高度40 cm落架體系，2I56b工字鋼做主縱梁，其上布置I20b作為分配橫梁組成承重體系。

該橋承臺(tái)尺寸，寬度13.8 m，而0號(hào)塊長(zhǎng)20 m，在主縱梁和鋼管立柱之間做挑撐，縮短了主縱梁懸臂長(zhǎng)度，可減少梁的撓度。同時(shí)平衡水平分力，斜撐盡量對(duì)稱(chēng)布置。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，拆除底模板后，在每根立柱位置應(yīng)提供不小于30000 kN支撐力，以抵抗箱梁施工可能產(chǎn)生的不平衡力矩。該支架采用鋼管立柱直頂箱梁底板的形式。在拆除底板其它位置模板支撐系統(tǒng)之后，立柱一直存在,至箱梁中跨合龍前拆除。

利用立柱產(chǎn)生的錨固力，平衡箱梁施工產(chǎn)生的不平衡力矩。立柱頂部通過(guò)錨固鋼筋進(jìn)行錨固。

通過(guò)錨固鋼筋貼應(yīng)變片，對(duì)錨固鋼筋應(yīng)力的監(jiān)測(cè)，可以反應(yīng)出懸臂施工階段不平衡力矩值，指導(dǎo)施工，保證施工安全。

設(shè)計(jì)示意見(jiàn)圖1、圖2所示。

2.3 落架體系設(shè)置

落架體系應(yīng)制作安拆方便、高程可調(diào)整等。

一般落架體系有硫磺砂漿、千斤頂、型鋼落架等。其中，型鋼落架由于承載力大，制作簡(jiǎn)單，高程可調(diào)，安拆方便等做為此次施工的首選。

采用的型鋼系統(tǒng)，高度中心高度約40 cm。分為A、B、C三個(gè)塊體，A、B為固定模塊，可以周轉(zhuǎn)使用，C頂面坡度同梁底。

每塊體上下表面各用5 mm厚光滑鋼板罩面，以減小接觸面摩擦力，方便調(diào)整高度及落架。施工時(shí)，A下面和主橫梁點(diǎn)焊，C上面和主縱梁點(diǎn)焊，B留作高度調(diào)節(jié)塊。

該橋梁底縱坡8%，落架塊直接加工成相應(yīng)坡度。落架安裝調(diào)節(jié)過(guò)程中，各塊體接觸面長(zhǎng)度不小于25 cm。

型鋼落架體系示意見(jiàn)圖3所示。

3 鋼管支架施工

3.1 施工流程

預(yù)埋地腳鋼板——豎立1200×10 mm鋼管——主橫梁安裝——鋼管立柱連接焊接——落架體系安裝——主縱梁安裝——縱梁受力斜撐安裝——鋼管立柱內(nèi)澆筑混凝土——分配橫梁安裝——模板系統(tǒng)安裝——支架預(yù)壓——0號(hào)塊梁體施工——模板部分支架體系拆除——中跨合龍前立柱拆除。

3.2 支架基礎(chǔ)施工

腹板位置可以承受懸臂施工產(chǎn)生的外力，鋼管立柱對(duì)應(yīng)腹板布置，為減少主縱梁懸臂長(zhǎng)度，盡量靠近承臺(tái)邊沿布置。

在承臺(tái)施工時(shí)預(yù)埋錨固鋼筋。鋼管豎立之后，錨固鋼筋和鋼管立柱焊接。

根據(jù)設(shè)計(jì)位置切割鋼管安裝主橫梁，同時(shí)封堵切割面。

鋼管內(nèi)混凝土的澆筑，采用C30微膨脹混凝土，高位拋落無(wú)振搗法施工。頂部3～4 m范圍內(nèi)混凝土應(yīng)振搗，保證混凝土密實(shí)。

混凝土澆筑應(yīng)在主橫梁和斜撐施工完畢之后進(jìn)行，避免后期焊接施工造成鋼材變形，混凝土受高溫失效使立柱承載力下降。

在主橫梁和墩頂截面相應(yīng)位置設(shè)置可調(diào)節(jié)式型鋼落架體系。

3.3 支架上部結(jié)構(gòu)施工

主縱梁采用雙拼I56b工字鋼。在彎矩較大區(qū)間增加縱向加勁肋，提高抗彎能力；在支點(diǎn)位置附近位置按照間隔50cm布置橫向加勁肋，提高抗剪能力。

主縱梁在鋼管立柱兩側(cè)各20cm和各箱室居中布置，以使各梁受力近似。

為減少外懸臂主縱梁變形，設(shè)置受力斜撐。斜撐采用雙拼I40b工字鋼，直接支撐在主縱梁懸挑側(cè)。同時(shí)，為均衡鋼管立柱受到的水平分力，對(duì)側(cè)主縱梁同樣設(shè)置斜撐。

斜撐下端應(yīng)力較大，通過(guò)增加加勁鋼板，增加焊縫長(zhǎng)度形式解決。

分配橫梁采用I20b工字鋼，間距40cm布置在主縱梁上布置。

3.4 模板安裝

底模板采用大面積定型鋼模板,為提高利用率，掛籃底模板先做支架底模板使用，拆除后再安裝作為掛籃上。

3.5 支架預(yù)壓

支架預(yù)壓采用堆載法和反力法相結(jié)合形式。

墩頂及對(duì)應(yīng)承臺(tái)外側(cè)部分采用堆載法，對(duì)應(yīng)承臺(tái)段采用承臺(tái)預(yù)埋精軋螺紋鋼筋，利用千斤頂在支架上施加荷載，錨具鎖定方式進(jìn)行預(yù)壓。

3.6 支架拆除

0號(hào)塊施工完畢后，可拆除除鋼管立柱、墩頂臨時(shí)固結(jié)之外的所有臨時(shí)結(jié)構(gòu)，周轉(zhuǎn)使用提高材料利用率。

同時(shí)，鋼管混凝土立柱作為懸臂箱梁施工時(shí)抵抗不平衡力矩的重要組成部分，應(yīng)繼續(xù)監(jiān)控應(yīng)力，以保證箱梁懸臂施工安全。

按照設(shè)計(jì)要求，中跨合龍前拆除立柱。

4 鋼管支架設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 支架工況

支架作為一個(gè)臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，要確保施工期間的安全性和穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮混凝土自重荷載、施工荷載等。

按照以下工況計(jì)算：

（1）混凝土首次澆筑，荷載按照箱梁截面受力計(jì)算；

（2）混凝土二次澆筑，按照均布力分配計(jì)算；

（3）混凝土全部按照箱型截面受力計(jì)算。

4.2 支架計(jì)算參數(shù)

支架計(jì)算取值：

鋼纖維混凝土：27 kN/m2；

鋼模板： 1.2 kN/m2；

施工人員、施工設(shè)備、施工材料：2.5 kN/m2；

振搗混凝土產(chǎn)生的振搗荷載： 2.0 kN/m2。

4.3 主要計(jì)算內(nèi)容

單根立柱承載力計(jì)算計(jì)算內(nèi)容參考 《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（CECS 28-90）。

支架搭設(shè)完畢后，計(jì)算內(nèi)容為：主橫梁、主縱梁、分配橫梁的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。

斜撐受力及角部焊縫受拉驗(yàn)算（見(jiàn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》4.1,4.5 章節(jié)）。

4.4 計(jì)算結(jié)果

整個(gè)支架受力體系為一個(gè)超靜定結(jié)構(gòu)，采用計(jì)算軟件建模分析和計(jì)算，同時(shí)按照簡(jiǎn)支構(gòu)件進(jìn)行核算。計(jì)算結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度剛度穩(wěn)定性均滿足施工技術(shù)規(guī)范要求。

通過(guò)支架預(yù)壓對(duì)支架結(jié)構(gòu)行進(jìn)進(jìn)行檢驗(yàn)、驗(yàn)證。理論計(jì)算和實(shí)際基本吻合，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

0號(hào)塊施工質(zhì)量影響到全橋質(zhì)量，而0號(hào)塊支架體系的選擇不僅關(guān)系到施工質(zhì)量，還關(guān)系到施工投入、安全、施工快捷便利等的問(wèn)題，在施工過(guò)程中應(yīng)綜合考慮。

以承臺(tái)作為基礎(chǔ)，利用鋼管支架進(jìn)行施工，避免了超長(zhǎng)0號(hào)塊施工不均勻沉降現(xiàn)象，提高了施工安全性，確保了工程質(zhì)量。

該橋設(shè)計(jì)的支架費(fèi)用較省，材料回收率高，同時(shí)，主要材料周轉(zhuǎn)速度加快，相應(yīng)降低了投資。

該橋0號(hào)塊支架形式的選擇，不僅解決了大懸臂0號(hào)塊施工問(wèn)題，同時(shí)，底模板拆除之后，鋼管立柱可以做為箱梁支點(diǎn)，直至最后拆除，縮短了懸臂施工可能出現(xiàn)不的不平衡力矩的力臂，增加了抵抗側(cè)的力臂長(zhǎng)度，節(jié)約了臨時(shí)固結(jié)的費(fèi)用。

可以通過(guò)監(jiān)控立柱鋼管錨筋應(yīng)力提供的抗拉力，指導(dǎo)施工，為箱梁施工安全提供了保障。

此種支架的設(shè)計(jì)和施工，具有在類(lèi)似橋梁施工中推廣價(jià)值。

[1]JTG/T f50-2011,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]GB 50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]CECS 28-90，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程[S].

[4]汪一俊，等，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[5]周水興，等.路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社.