張 磊

（中鐵二十一局集團(tuán)第六工程有限公司 北京 100000）

1 引言

隨著我國(guó)高速鐵路、高速公路、城市軌道等工程施工技術(shù)的不斷發(fā)展，支架現(xiàn)澆變截面連續(xù)梁技術(shù)在各類工程項(xiàng)目被廣泛采用。本文以黔張常鐵路所在的湘西北地區(qū)為例，分析了幾種傳統(tǒng)現(xiàn)澆連續(xù)梁臨時(shí)支架體系的優(yōu)劣，有針對(duì)性地提出了在淺山丘陵地貌洪積層地質(zhì)條件下宜選用安全系數(shù)更高、工期更優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)性最強(qiáng)的樁基礎(chǔ)+剛性冠梁+鋼管立柱+貝雷梁支架體系的現(xiàn)澆連續(xù)梁臨時(shí)支架形式，對(duì)于在地形地貌環(huán)境復(fù)雜、地下水豐富地區(qū)施工高墩柱現(xiàn)澆連續(xù)梁具有較強(qiáng)的借鑒意義。

2 工程概況

本橋橋址位于淺山丘陵地貌洪積層地帶，地質(zhì)特征以表層為第四系全新統(tǒng)沖擊粉質(zhì)黏土（Q4，軟塑-硬塑）為主、下層以白堊系上統(tǒng)上組砂巖夾泥巖（K22）為主。據(jù)氣象資料顯示，區(qū)域內(nèi)屬中亞熱帶山地季風(fēng)濕潤(rùn)型氣候，氣候溫和，四季分明，常年雨水充沛。該橋7～13號(hào)墩跨為現(xiàn)澆連續(xù)梁，連續(xù)梁上設(shè)道岔，為變截面連續(xù)梁，跨度為6×32 m，最高墩身高度為29.5 m，梁體采用等高度變截面箱梁，總長(zhǎng)193.2 m，箱梁截面采用單箱單室直腹板，箱梁中心處梁高為2.792 m，梁寬12 m，底寬6 m，懸臂長(zhǎng)3 m，頂板厚0.38～0.68 m，底板厚0.3～0.6 m，腹板厚0.5～1 m。全聯(lián)在中支點(diǎn)和邊支點(diǎn)處設(shè)置七道橫隔板，連續(xù)梁原設(shè)計(jì)采用滿堂支架現(xiàn)澆法澆筑施工。

3 常用支架體系簡(jiǎn)述

目前常用的現(xiàn)澆梁臨時(shí)支架體系根據(jù)材料及受力形式主要有以下幾種：

（1）碗扣式（盤扣式）滿堂支架結(jié)構(gòu)。由上而下結(jié)構(gòu)順序?yàn)楝F(xiàn)澆箱梁→竹膠板底?！鷻M向方木→縱向方木→頂托→碗扣式腳手架→底托→C20混凝土基礎(chǔ)→地基［1］。

（2）單層貝雷梁加中支墩鋼管立柱支架結(jié)構(gòu)。由上而下結(jié)構(gòu)順序?yàn)楝F(xiàn)澆箱梁→竹膠板底?！侥尽?22分配梁→單層貝雷梁→ 40橫梁→砂箱→鋼管立柱→承臺(tái)（臨時(shí)系梁）［2］。

（3）雙層貝雷梁鋼管立柱支架結(jié)構(gòu)。由上而下結(jié)構(gòu)順序?yàn)楝F(xiàn)澆箱梁→竹膠板底?！侥尽?22分配梁→雙層貝雷梁→ 40橫梁→砂箱→鋼管立柱→承臺(tái)。

4 常用支架體系適用范圍及特點(diǎn)

4．1 碗扣式（盤扣式）滿堂支架

碗扣式（盤扣式）滿堂支架法施工適用于無(wú)通航和通行要求的橋跨，墩高在15 m以內(nèi)，地基條件較好、地勢(shì)平坦起伏不大的地區(qū)。其主要特點(diǎn)是支架受力狀況簡(jiǎn)單、施工中搭設(shè)拆除簡(jiǎn)易、周轉(zhuǎn)次數(shù)多、周轉(zhuǎn)時(shí)間短、使用輔助設(shè)備少，減少了人力物資的浪費(fèi)，特別適用于多跨現(xiàn)澆梁施工，既保證了工程質(zhì)量，又能加快施工進(jìn)度，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。如圖1所示。

4．2 單層貝雷梁加中支墩鋼管立柱支架

單層貝雷梁加中支墩鋼管立柱支架較適用于地勢(shì)起伏小、場(chǎng)地較小、地質(zhì)條件較差的區(qū)域場(chǎng)所。適用于墩身高度較小、橋梁跨徑小于35 m的箱梁施工。其主要特點(diǎn)是力的傳遞途徑清晰，受力分析較復(fù)雜；構(gòu)件較大且數(shù)量較少，較容易保證施工安全；結(jié)構(gòu)剛?cè)峤Y(jié)合，抗沖擊性強(qiáng)；施工情況較復(fù)雜，構(gòu)建拼裝、拆除難度系數(shù)較高；施工速度較快，支架總成本較低，循環(huán)利用次數(shù)高，經(jīng)濟(jì)性較高。如圖2所示。

圖1 碗扣式滿堂支架結(jié)構(gòu)示意

圖2 單層貝雷梁中支墩結(jié)構(gòu)示意

4．3 雙層貝雷梁鋼管立柱支架

雙層貝雷梁鋼管立柱支架較適合于地勢(shì)復(fù)雜、跨河跨溝、道路交叉、地質(zhì)條件較差不能設(shè)中支墩且橋梁跨徑大于35 m的區(qū)域場(chǎng)所。力的傳遞途徑清晰，受力分析較復(fù)雜；避免了基底處理工作，克服了地基不均勻沉降對(duì)橋梁線形的影響；適用性強(qiáng)、占用施工場(chǎng)地小，受地形條件影響較??；搭設(shè)、拆除難度系數(shù)較高。雙層貝雷梁鋼管支架較單層貝雷梁鋼管立柱結(jié)構(gòu)成本較高。如圖3所示。

圖3 雙層貝雷梁結(jié)構(gòu)示意

5 淺山丘陵地貌洪積層地質(zhì)條件下的支架體系選取

5．1 支架形式比選

5．1．1 碗扣式（盤扣式）滿堂支架形式

（1）地基處理方式

根據(jù)本橋設(shè)計(jì)資料，地面以下5.0 m深度范圍均為粉質(zhì)黏土（淤泥）層，地基承載力較低，需要挖除粉質(zhì)黏土層進(jìn)行換填。用挖掘機(jī)挖除黏土露出原狀土后，用強(qiáng)夯機(jī)對(duì)地面進(jìn)行強(qiáng)夯處理，將地面夯實(shí)，然后填鋪30 cm碎石墊層，壓平夯實(shí)后，澆筑20 cm的混凝土層，混凝土層采用C20混凝土。地基處理時(shí)需要設(shè)置橫坡和縱坡，以便于排水。處理過(guò)的地基四周挖設(shè)排水溝與線路自然排水溝連通，將地表水及雨水引進(jìn)排水溝，防止雨水浸泡基坑產(chǎn)生不均勻沉降。完成地基處理后，對(duì)地基承載力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，滿足設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行支架搭設(shè)［3］。

（2）經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)測(cè)算，地基處理需耗時(shí)25 d，作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)。每跨梁段滿堂支架需要搭設(shè)8～10 d。并且根據(jù)環(huán)水保要求，需要將已挖泥土棄置于棄土場(chǎng)，運(yùn)距較長(zhǎng)，成本較高。此外挖掘機(jī)、自卸車、強(qiáng)夯機(jī)、裝載機(jī)租用時(shí)間較長(zhǎng)，產(chǎn)生機(jī)械成本較高。綜合分析，搭設(shè)碗扣式（盤扣式）滿堂支架投入的人工、機(jī)械及設(shè)備成本較高，經(jīng)濟(jì)效益低。

（3）安全風(fēng)險(xiǎn)

工點(diǎn)臨近居民生活區(qū)，采用強(qiáng)夯機(jī)進(jìn)行地基處理，噪聲干擾大，同時(shí)強(qiáng)夯機(jī)容易對(duì)附近民宅造成振動(dòng)傷害。此外由于淤泥層過(guò)厚，地基處理后容易發(fā)生不均勻沉降，加上支架搭設(shè)高度過(guò)高（最高墩柱29.5 m），支架整體安全風(fēng)險(xiǎn)過(guò)大。

5．1．2 單層貝雷梁加中支墩鋼管立柱支架形式

（1）地基處理方式

邊墩支架基礎(chǔ)利用已施工完的承臺(tái)，中墩支架基礎(chǔ)采用樁基-臨時(shí)系梁結(jié)構(gòu)。選用直徑為1.0 m的旋挖鉆孔樁基礎(chǔ)來(lái)提升支架基礎(chǔ)承載力。旋挖鉆孔樁鉆孔深度為7.0 m（深入巖層2 m）。支架承臺(tái)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平面寬度5.0 m，長(zhǎng)12.5 m，高度0.5 m，采用 C30砼澆筑，并鋪設(shè) φ12鋼筋，按照8 cm×8 cm布置，頂面和底面各布置一層，和樁基鋼筋連接成一個(gè)整體，增加支架基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，防止基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降。

（2）經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)測(cè)算，地基處理共需進(jìn)行20 d，每跨梁段支架搭設(shè)8 d，工期適中。單層貝雷梁加中支墩鋼管立柱結(jié)構(gòu)投入機(jī)械、人工的成本低。綜合分析，搭設(shè)單層貝雷梁加中支墩鋼管立柱支架投入的人工、機(jī)械及設(shè)備成本較低，經(jīng)濟(jì)效益高。

（3）安全風(fēng)險(xiǎn)

單層貝雷梁加中支墩鋼管立柱結(jié)構(gòu)利用已施工完的承臺(tái)、樁基-臨時(shí)系梁結(jié)構(gòu)將支架基礎(chǔ)形成一個(gè)整體，基礎(chǔ)不均勻沉降量可忽略不計(jì)，并且單層貝雷梁加中支墩鋼管立柱支架結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，力的傳遞途徑清晰、結(jié)構(gòu)剛?cè)峤Y(jié)合、抗沖擊性強(qiáng)、安全系數(shù)較高［4］。

5．1．3 雙層貝雷梁鋼管立柱支架形式

（1）地基處理方式

將鋼管立柱安裝于兩側(cè)承臺(tái)上，跨中不設(shè)支點(diǎn)，對(duì)不良地質(zhì)的適用性較強(qiáng)。

（2）經(jīng)濟(jì)效益

雙層貝雷梁鋼管立柱結(jié)構(gòu)地基處理所需時(shí)間最少，但雙層貝雷梁搭設(shè)速度較慢，高空作業(yè)難度較大，投入的機(jī)械、材料成本較高，高空作業(yè)安全防護(hù)費(fèi)用較高。綜合分析，拼裝雙層貝雷梁鋼管立柱支架投入的機(jī)械、材料、人工成本較高，經(jīng)濟(jì)效益較低。

（3）安全風(fēng)險(xiǎn)

雙層貝雷梁鋼管立柱結(jié)構(gòu)拼裝、拆除困難，高空作業(yè)危險(xiǎn)系數(shù)高。雙層貝雷梁鋼管立柱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性較好。

5．2 比選結(jié)論

單層貝雷梁鋼管立柱中支墩結(jié)構(gòu)地基處理簡(jiǎn)單、工期適中、力的傳遞途徑清晰，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)高、穩(wěn)定性好，不易發(fā)生不均勻沉降，且施工投入的機(jī)械、人工、材料成本較小，經(jīng)濟(jì)效益較高。根據(jù)地形、工期、投入成本綜合分析，單層貝雷梁中支墩結(jié)構(gòu)支架最適合該連續(xù)梁橋施工［5］。

6 鋼管立柱支架基礎(chǔ)檢算

6．1 鋼管柱應(yīng)力計(jì)算

鋼管立柱最大荷載等于橫梁（工字鋼）支點(diǎn)最大支反力，經(jīng)計(jì)算橫梁工字鋼受到的傳遞荷載情況如表1所示，選取受力最大的情況進(jìn)行橫向工字鋼的強(qiáng)度及剛度檢算，如圖4、圖5所示［6-7］。

表1 橫梁受到的傳遞荷載值

圖4 支架布置（單位：cm）

圖5 工字鋼橫梁計(jì)算模型數(shù)據(jù)（單位：kN）

由貝雷梁傳遞的最大豎向荷載為：翼緣板下246.01 kN、腹板下272.52 kN、底板下288.55 kN。

抗彎強(qiáng)度檢算，橫向工字鋼最大彎曲應(yīng)力：

由應(yīng)力計(jì)算得出橫梁（工字鋼）的支點(diǎn)最大反力為1 131.7 kN。由支反力得到橫向工字鋼傳給鋼管立柱的最大荷載為1 131.7 kN。制式鋼管柱及系桿每節(jié)4 m重量按照640 kg計(jì)算，共7節(jié)；每1／4節(jié)1 m重量按照160 kg計(jì)算，共1節(jié)。則最大鋼管柱底支反力為：

考慮堆載預(yù)壓按照計(jì)算應(yīng)力的120%進(jìn)行，由于鋼管柱與孔樁中心豎向?qū)?yīng)，則支架基礎(chǔ)單樁最大荷載簡(jiǎn)化計(jì)算為1 178.1×120% ＝1 413.7 kN［8］。

6．2 鉆孔樁受力檢算

按《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》取值［9］，單樁（包括管柱）的軸向容許承載力應(yīng)分別按樁身材料強(qiáng)度和巖土的阻力進(jìn)行計(jì)算，取其較小者［10-11］。

（1）按巖土阻力進(jìn)行計(jì)算的容許承載力

其中，［P］為樁的容許承載力（kN）；U為樁（m）截面周長(zhǎng)，按成孔樁徑計(jì)算，取值3.299 m；fi為各土層的極限摩阻力（kPa），按《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》取值，第一層換填土層25 kPa，第二層粉質(zhì)黏土層35 kPa，第三層強(qiáng)風(fēng)化層150 kPa，第四層弱風(fēng)化層180 kPa；li為各土層的厚度（m），第一層換填土層1 m，第二層粉質(zhì)黏土層4 m，第三層強(qiáng)風(fēng)化層2 m；m0為樁底支承力折減系數(shù)。鉆孔灌注樁樁底支承力折減系數(shù)可按《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》采用，本計(jì)算取1.0；A為樁底支承面積（m2），按設(shè)計(jì)樁徑計(jì)算取值為0.785 4；［σ］為樁底地基土容許承載力（kPa），當(dāng)4d＜h≤10d時(shí)：

其中，d為樁徑或樁的寬度（m）；k2為寬度修正系數(shù)，采用規(guī)范中的數(shù)值，本次計(jì)算取 k2＝5；k′2為深度修正系數(shù)，本次計(jì)算取 k′2＝2.5。

計(jì)算得：

（2）按樁身材料強(qiáng)度計(jì)算的容許承載力

φ為鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，本計(jì)算φ＝1.0；fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，采用C30混凝土，fc＝14.3 N／mm2；A為構(gòu)件截面面積；f′y為鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，f′y＝270 N／mm2；A′s為截面全部受壓縱筋截面面積。采用18 mm的鋼筋，共12根，A′s＝10×254.5＝2 545 mm2＞0.002×3.14×5 002＝1 571 mm2，滿足最小配筋率。

計(jì)算得：

鉆孔樁基礎(chǔ)承載力滿足要求。

7 結(jié)束語(yǔ)

在低山丘陵地貌洪積層地質(zhì)條件下進(jìn)行高墩柱現(xiàn)澆連續(xù)梁施工時(shí)［12］，采用單層貝雷梁+中支墩鋼管立柱支架體系具有經(jīng)濟(jì)、安全、實(shí)用的特點(diǎn)。該支架體系具有強(qiáng)度高、受力傳遞途徑清晰、穩(wěn)定性好、施工方便、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)。采用單層貝雷梁加中支墩鋼管立柱支架體系現(xiàn)澆施工，既縮短了工期，又穩(wěn)定可靠、安全實(shí)用，并能有效降低施工成本和施工對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響。