沈文杰 陳 輝

1. 同濟大學土木工程學院 上海 200092；2. 上海市基礎工程集團有限公司 上海 200433

目前，橋梁主橋墩承臺的基坑圍護設計中常常會存在這樣的問題：現(xiàn)場的自然地坪標高低于橋墩承臺的面標高。在常規(guī)的基坑圍護設計中，承臺必須要進行二次澆筑。為使橋墩承臺一次性澆筑，從而縮短工期，降低成本，我們經(jīng)過一系列的探索與研究，設計出了一種支撐架空傳力抗傾覆系統(tǒng)——支撐牛腿，將支撐系統(tǒng)抬高。該系統(tǒng)在上海辰塔公路跨黃浦江大橋新建項目中得到成功應用，解決了抬高的支撐系統(tǒng)與壓頂圈梁連接的問題，保證了橋墩承臺基坑的安全。

1 工程概況

辰塔大橋是上海市松江區(qū)辰塔公路南延伸跨黃浦江大橋，主橋為雙塔雙索面混凝土梁斜拉橋。全長1 648 m，主跨296 m，全橋共84 對斜拉索，縱向立面采用扇形布置。斜拉索混凝土主塔總高93.7 m。主墩承臺尺寸58.2 m×9 m，混凝土5 919.2 m3。

1.1 基坑概況

南塔承臺基坑面積1 253 m2，基坑周長153 m，基坑開挖深度為5.48 m。圍護結構采用Φ650 mm@450 mm三軸水泥土攪拌樁內插400 mm×400 mm H型鋼，基坑安全等級為三級。

1.2 支撐布置[1,2]

南塔承臺基坑只設置1 道水平鋼支撐，采用Φ609 mm×16 mm鋼管支撐?；邮┕し秶鷥茸匀坏仄簶烁邽?.48 m，南塔承臺結構頂面標高為3.70 m，自然地坪標高低于橋墩承臺的面標高0.22 m。故考慮將支撐系統(tǒng)抬高，抬高后支撐中心標高為4.30 m（圖1）。這樣承臺就可以一次性澆筑完成，最后再進行拆除。

圖1 主墩承臺基坑剖面

2 支撐穩(wěn)定性驗算[3-5]

計算采用同濟啟明星基坑支護結構專用軟件，計算工況：圍護結構為單排SMW工法樁，Φ650 mm，基坑開挖寬度5.48 m，對撐間距8.43 m，地面超載20 kPa。

2.1 最大應力計算

經(jīng)計算，鋼支撐最大軸力N=2 025.3 kN，鋼管截面面積故鋼支撐最大應力為66.2 MPa。

2.2 長細比計算

2.3 穩(wěn)定性計算

根據(jù)國家標準《鋼結構設計規(guī)范》（GB 50017—2013）第5.2.2條規(guī)定：彎矩作用在對稱軸平面內（繞x軸）的實腹式壓彎構件，其穩(wěn)定性應按下列規(guī)定計算：

彎矩作用平面內的穩(wěn)定性：

根據(jù)國家標準《鋼結構設計規(guī)范》（GB 50017—2013）第5.1.2條規(guī)定：表5.1.2-1確定軸心受壓構件的截面分類為b類，由附錄C可以確定：φx=0.536；根據(jù)國家標準《鋼結構設計規(guī)范》（GB 50017—2013）第5.2.1條規(guī)定：γx=1.15；（3.8為最大軸力桿件的偏心位移）；Mx=Ne（e為安裝偏差）：根據(jù)上海市《基坑工程技術規(guī)范》（DG/TJ 08—61—2010）第10.2.9條規(guī)定：構件界面的初始偏心距可取支撐計算長度的2/1 000～3/1 000，這里考慮3/1 000，故e=22 250×0.003=66.75 mm。

3 支撐架空傳力抗傾覆系統(tǒng)設計

3.1 支撐架空傳力抗傾覆系統(tǒng)的構成

支撐架空傳力抗傾覆系統(tǒng)（圖2）是由壓頂板、扶壁板、肋板、反壓樁組成，其他部分如圖所示。

圖2 支撐牛腿連接示意

3.2 支撐架空傳力抗傾覆系統(tǒng)的施工步驟

3.2.1 處理壓頂板下的地基

施工壓頂圈梁與牛腿前，在壓頂板下施工反壓樁。因為支撐系統(tǒng)所承受的軸力將會作用在支撐牛腿上，而架高的支撐系統(tǒng)將會對壓頂圈梁產(chǎn)生較大的扭轉作用。反壓樁能夠提供較大的地基承載力，可以減小壓頂圈梁所承受的扭力，防止壓頂圈梁的扭剪破壞。

3.2.2 連接壓頂圈梁與支撐牛腿

施工壓頂圈梁與牛腿的鋼筋工程，將扶壁板的主筋與壓頂圈梁的縱筋進行焊接連接，肋板的鋼筋也將與壓頂圈梁及壓頂板的鋼筋進行焊接連接。這樣支撐牛腿與壓頂圈梁連接成為一個整體，從而能更好地承受架高的支撐系統(tǒng)的軸力。

3.2.3 連接鋼支撐系統(tǒng)與支撐牛腿

將錨板用預埋的鋼筋與支撐牛腿連接成一個整體，然后鋼支撐系統(tǒng)通過焊接與錨板連接，使鋼支撐系統(tǒng)與壓頂圈梁通過支撐牛腿連接成為一個整體。

3.3 支撐架空傳力抗傾覆系統(tǒng)的傳力系統(tǒng)

支撐系統(tǒng)的軸力直接作用在扶壁板上（圖3），由整個支撐牛腿與壓頂圈梁承受，壓頂板下的反力樁將會提供支撐力來抵抗支撐軸力對壓頂圈梁的扭轉。

圖3 支撐架空傳力抗傾覆系統(tǒng)的傳力示意

4 實施效果

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測報告，圍護結構頂部位移最大為9.18 mm，基坑水平變形最大為12.8 mm，支撐最大軸力為1 612 kN，均滿足規(guī)范要求[6]。在后期橋墩承臺的混凝土澆筑過程中，采用大體積一次性澆筑，現(xiàn)場混凝土連續(xù)澆筑長達40 h，混凝土方量為5 920 m3。支撐架空傳力抗傾覆系統(tǒng)的應用大大節(jié)省了施工工期，同時保證了混凝土質量，避免二次澆筑帶來的施工縫處理、清理浮漿等施工工序。