姚福拴

（中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700）

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

526 國(guó)道岱山段改建工程PPP 項(xiàng)目江二村跨線橋全橋長(zhǎng)1 350 m，雙幅設(shè)計(jì)，全橋左右幅各14 聯(lián)，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用現(xiàn)澆箱梁和預(yù)應(yīng)力砼T 梁結(jié)構(gòu)。其中第4 聯(lián)上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力砼變截面連續(xù)箱梁，第8～11 聯(lián)上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力砼等高連續(xù)箱梁，其余各聯(lián)上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力砼T梁，先簡(jiǎn)支后連續(xù)。

1.2 工程地質(zhì)

該橋所在地區(qū)為海積平原區(qū)，表部為灰黃色、粉質(zhì)黏土（硬殼層），可塑狀為主，一般厚約1 m～2 m 不等；下為厚層的淤泥、淤泥質(zhì)黏土及軟流塑狀黏性土，厚度為16 m～40 m 不等，中下部為沖洪積、沖湖積、坡洪積和殘坡積的粉質(zhì)黏土、粗砂、含黏性土角礫（碎石）、含礫粉質(zhì)黏土等，底部為含黏土角礫（碎石），中密狀，下伏基巖為凝灰?guī)r。

2 支架方案選擇

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)澆箱梁施工常用的支架結(jié)構(gòu)形式有滿堂支架體系和少支架體系。

采用滿堂支架體系，即在梁下滿布盤(pán)扣式腳手架，模板直接支撐在立桿頂?shù)姆侥净蛐弯撋?。該方案適用于地質(zhì)情況較好、橋墩高度不高（一般不超過(guò)8 m）的陸域現(xiàn)澆箱梁施工。由于該工程橋墩高度為10 m，淤泥層較厚，地質(zhì)情況較差，地基處理難度大，經(jīng)濟(jì)效果差，因此該工程不適合采用滿堂支架法施工。

采用鋼管樁和貝雷梁組成的少支架體系，即在橋下設(shè)置鋼管樁立柱，橋上設(shè)置設(shè)貝雷梁，貝雷梁上設(shè)置模板系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)澆箱梁跨度大小，設(shè)置2 跨或者3 跨支架，該方案適用于地質(zhì)情況較差、橋墩高度較高的現(xiàn)澆箱梁施工。根據(jù)該工程的特點(diǎn)，鋼管樁和貝雷梁組成的少支架體系適用于該工程施工。

該工程部分橋梁下部結(jié)構(gòu)為單樁單柱的結(jié)構(gòu)形式，鋼管立柱無(wú)法設(shè)置在承臺(tái)上，且支架分跨設(shè)置也需要考慮支架基礎(chǔ)類型。因此，選擇何種支架基礎(chǔ)類型是少支架體系的關(guān)鍵。

根據(jù)地質(zhì)情況，支架基礎(chǔ)類型一般包括混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)、打入樁基礎(chǔ)以及鉆孔樁基礎(chǔ)等，由于該工程地質(zhì)情況較差，沿線均為較厚的淤泥質(zhì)地層，通常采用打入鋼管樁基礎(chǔ)，結(jié)合地質(zhì)情況，鋼管樁的平均入土深度約為30 m，由于橋梁底部?jī)艨蛰^低，現(xiàn)澆箱梁施工完成后，鋼管樁無(wú)法拔出回收，施工成本高，經(jīng)濟(jì)性差[2]。

為了確保施工質(zhì)量，降低工程成本，本項(xiàng)目提出采用預(yù)應(yīng)力管樁+樁帽系梁的施工方案，通過(guò)采用預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行支架基礎(chǔ)處理，在管樁上設(shè)置樁帽，管樁與管樁之間通過(guò)系梁連接成整體，提高整體穩(wěn)定性，在樁帽內(nèi)設(shè)置法蘭盤(pán)預(yù)埋件，支架鋼管立柱通過(guò)法蘭盤(pán)預(yù)埋件與預(yù)應(yīng)力管樁可靠連接。

3 支架結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.1 支架結(jié)構(gòu)

以江二村跨線橋第4 聯(lián)現(xiàn)澆箱梁為例，采用拱形貝雷梁少支架體系進(jìn)行施工，支架結(jié)構(gòu)布置如圖1 所示，支架具體結(jié)構(gòu)如下。1）分配梁。支架橫向分配梁為12.6 的工字鋼，縱橋向布置間距為75 cm。2）縱梁。支架縱梁為雙排或三排單層的321 型貝雷梁，采用90 和45 花架，截面共布置21 道貝雷片，各組貝雷梁間采用75mm×50mm×6mm不等邊角鋼進(jìn)行橫向聯(lián)系，貝雷梁與分配梁間采用“U”形限位板連接，與承重梁間采用U 型限位槽鋼連接。3）橫梁。支架橫向承重梁為雙拼56b 的工字鋼，橫梁與鋼管立柱間采用限位鋼板焊接固定。4）鋼管立柱。鋼立柱采用630mm×10mm 圓鋼管，平聯(lián)采用325mm×6mm 鋼管，斜撐采用245mm×6mm 鋼管，墩身兩側(cè)的鋼管立柱均用平聯(lián)進(jìn)行橫向聯(lián)系。5）支架基礎(chǔ)。支架的鋼管立柱大部分設(shè)置在橋梁的承臺(tái)上，少數(shù)無(wú)法設(shè)置在承臺(tái)上的鋼管立柱，基礎(chǔ)采用600mm×130mm 的AB 型PHC 預(yù)應(yīng)力管樁，預(yù)應(yīng)力管樁頂部設(shè)置樁帽，鋼管立柱通過(guò)樁帽與預(yù)應(yīng)力管樁連成整體。

3.2 荷載計(jì)算

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG T F50—2011）中的相關(guān)計(jì)算要求，現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)考慮的主要設(shè)計(jì)荷載如下。1）模板支架自重。該次計(jì)算采用有限元軟件ANSYS 進(jìn)行輔助計(jì)算，計(jì)算時(shí)支架結(jié)構(gòu)的自重通過(guò)軟件自行加載，其重力加速度為10 m/s2，模板荷載為1.5 kN/m2。2）新澆筑的箱梁混凝土自重：箱梁混凝土荷載分解計(jì)算時(shí)，分別按照翼緣板、邊腹板、頂、底板及中腹板4 個(gè)區(qū)域進(jìn)行荷載分解計(jì)算，各區(qū)域?qū)?yīng)的荷載分別加載于對(duì)應(yīng)位置投影下方的貝雷梁上。3）施工人員和施工材料、機(jī)具等行走運(yùn)輸或堆放的荷載為2 kN/m2。4）振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的振動(dòng)荷載為2 kN/m2。5）新澆筑的混凝土對(duì)側(cè)面模板的壓力：支架計(jì)算時(shí)不考慮該部分荷載。6）傾倒大方量混凝土?xí)r產(chǎn)生水平方向的沖擊荷載：支架計(jì)算時(shí)不考慮該部分荷載。7）風(fēng)荷載,見(jiàn)下式。

式中:W0為基本風(fēng)壓值（Pa），K1為橋墩風(fēng)載體形系數(shù)，K2為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，K3為地形、地理?xiàng)l件系數(shù)。

3.3 荷載組合

對(duì)支架結(jié)構(gòu)的受力計(jì)算按照承載能力極限應(yīng)力狀態(tài)法設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度計(jì)算分別取基本組合和標(biāo)準(zhǔn)組合2 種荷載組合形式進(jìn)行加載計(jì)算，其效應(yīng)組合表達(dá)式如下：

圖1 支架結(jié)構(gòu)布置圖

式中: SZ是組合荷載，rJi是恒載的分項(xiàng)系數(shù)，SJi是恒載分項(xiàng)荷載，rDj是活載分項(xiàng)系數(shù)，SDj是活載分項(xiàng)的荷載。

基本組合：用于強(qiáng)度、穩(wěn)定性及抗傾覆性計(jì)算（6 級(jí)風(fēng)荷載），風(fēng)荷載組合系數(shù)為0.6。

標(biāo)準(zhǔn)組合：用于剛度（變形）計(jì)算。

3.4 支架結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

支架結(jié)構(gòu)采用ANSYS 有限元軟件輔助計(jì)算。單元選定為梁系結(jié)構(gòu)，型鋼間連接均采用共節(jié)點(diǎn)，鋼管樁底端按固接進(jìn)行[1]。根據(jù)計(jì)算，支架各構(gòu)件受力計(jì)算統(tǒng)計(jì)如下。1）支架整體豎向變形最大值為17.84mm＜L/400=37.5mm，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求（L 為計(jì)算跨徑）。2）貝雷梁最大豎向變形為17.84mm＜L/400=37.5mm，弦桿最大軸力為301.84 kN＜560 kN；貝雷梁豎桿最大軸力為131.67kN＜210kN，貝雷梁斜桿最大軸力為145.26kN＜171.5kN，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。3）支架橫梁最大等效應(yīng)力為102MPa＜215MPa，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。4）鋼管立柱及平聯(lián)斜撐最大等效應(yīng)力為154MPa＜215MPa，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

4 施工工藝

4.1 工藝流程

施工工藝流程：平整場(chǎng)地→振動(dòng)打樁錘打入預(yù)應(yīng)力管樁→管樁樁帽系梁施工→支架鋼管立柱搭設(shè)→安裝卸荷砂箱→樁頂承重梁安裝→貝雷梁安裝→橫向分配梁及縱向分配梁安裝→安裝方木和竹膠板→現(xiàn)澆箱梁施工[4]。

4.2 支架基礎(chǔ)施工

現(xiàn)澆箱梁少支架體系基礎(chǔ)，在承臺(tái)范圍內(nèi)，鋼管立柱可以借助承臺(tái)形成共同承載的受力體系，承臺(tái)施工時(shí)，安裝法蘭盤(pán)預(yù)埋件，利用承臺(tái)作為鋼管樁支架基礎(chǔ)，滿足現(xiàn)澆箱梁鋼管樁支架基礎(chǔ)承載要求。在承臺(tái)范圍以外，采用D80 型柴油錘打樁機(jī)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁沉樁施工，施工時(shí)采用打樁機(jī)上專門(mén)設(shè)置的起樁重鉤及卷?yè)P(yáng)機(jī)吊樁就位，采用線墜或靠尺檢查樁身的垂直度，接樁采用鋼端板焊接法，接樁時(shí)樁頂端高出地面0.5 m～1 m，接樁前先將下段樁頂清除干凈，加上定位板，然后將上段樁吊放在下段端板上，依靠定位板將上下樁段接直，施焊完成的樁接頭應(yīng)自然冷卻后才能連續(xù)沉樁。當(dāng)貫入度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且樁的入土深度與計(jì)算深度相差無(wú)幾時(shí)，可以停止施打。當(dāng)貫入度達(dá)到設(shè)計(jì)要求而入土深度與計(jì)算深度相差太大時(shí)，應(yīng)停止施工，進(jìn)行研究處理。

管樁施工完成后，進(jìn)行樁帽及系梁基坑開(kāi)挖，并按設(shè)計(jì)要求綁扎樁帽及系梁鋼筋，支模澆筑C30 混凝土。該段預(yù)應(yīng)力管樁樁帽尺寸為90cm×90cm，厚度為80 cm，系梁截面尺寸為60cm×60cm，管樁深入樁帽內(nèi)部10 cm，下部用 5 mm 厚的圓薄鋼板作為托盤(pán)。

4.3 鋼管立柱安裝

支架基礎(chǔ)樁帽系梁施工完成，混凝土滿足設(shè)計(jì)要求后，復(fù)核基礎(chǔ)中心位置的準(zhǔn)確性，測(cè)定基礎(chǔ)頂面高程，計(jì)算出標(biāo)高誤差。鋼管立柱通過(guò)法蘭盤(pán)與樁帽和承臺(tái)預(yù)埋的法蘭盤(pán)采用螺栓連接。鋼管立柱安裝完成后進(jìn)行測(cè)量復(fù)核，復(fù)核合格后安裝水平橫向連接，增加鋼管立柱的整體穩(wěn)定性。

4.4 貝雷梁安裝

鋼管立柱安裝完成后，在樁頂安裝卸荷砂箱，用于支架的卸荷拆除，在施工過(guò)程中確保砂箱高度適中，放置穩(wěn)固。在卸荷砂箱頂安裝雙拼56b 工字鋼承重梁，承重梁上安裝貝雷梁，貝雷梁拼裝后整體吊裝，貝雷梁片與片之間采用花架連接，組與組之間采用聯(lián)系撐連接，用角鋼把一組和一組貝雷片連接起來(lái)，確保貝雷梁整體穩(wěn)定。

4.5 支架預(yù)壓

采用混凝土預(yù)壓塊模擬箱梁混凝土對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓塊重量為該孔現(xiàn)澆箱梁鋼筋混凝土重量的1.1 倍。通過(guò)預(yù)壓檢查支架的整體穩(wěn)定性及支架基礎(chǔ)的實(shí)際承載能力，消除混凝土澆筑過(guò)程中支架和基礎(chǔ)由于非彈性變形引起的不均勻沉降，避免箱梁混凝土因支架不均勻沉降而出現(xiàn)裂縫，收集支架的彈性變形值，為施工立模標(biāo)高提供依據(jù)。在支架預(yù)壓過(guò)程中，除了對(duì)支架進(jìn)行觀測(cè)外，還須重點(diǎn)對(duì)支架底部的樁帽系梁基礎(chǔ)進(jìn)行重點(diǎn)觀測(cè)[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

該文以實(shí)際工程為例，對(duì)軟土地基現(xiàn)澆箱梁少支架體系進(jìn)行了分析和研究，提高了支架結(jié)構(gòu)安全，降低了施工成本，該支架體系的成功應(yīng)用，為后續(xù)同類型同條件的支架施工提供了參考和借鑒。