陳學(xué)松，王宋華

（中建三局基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

目前在城市高架橋受影響區(qū)域建設(shè)中，越來越多的項目使用少支點+盤扣式的組合支架形式，這種支架施工速度快，適合各類型地形地勢施工，如城市受交通影響區(qū)域采用限高少支點鋼管+盤扣式支架組合形式，跨溝區(qū)域采用少支點鋼管+貝雷+盤扣式支架組合形式等[1]。

某城市高架橋L46/47 聯(lián)箱梁翼緣板邊線侵入市內(nèi)排洪溝槽內(nèi)部，施工難度大，加上施工單位汛期、創(chuàng)文創(chuàng)衛(wèi)期間需少占用河道施工，使該處箱梁遲遲不能啟動施工，為確保此兩聯(lián)箱梁安全如期完工，亟需設(shè)計一種新型非對稱支架組合體系。

1 工程概況

L46/47 聯(lián)為單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁，每聯(lián)跨徑為4×30m=120m，箱梁橋?qū)?5m，梁體高2m，單聯(lián)箱梁混凝土方量約2 200m3，此兩聯(lián)走向與河道走向一致，橋梁一側(cè)邊線位于城市排洪溝槽內(nèi)，溝槽為11m 寬的矩形斷面，兩側(cè)建混凝土重力式擋墻，平臺寬度3m，沿線種植柳樹。平臺以上為梯形斷面，堤坡坡率均為1∶2，采用混凝土框格護坡，如圖1所示。此排洪溝槽是貫穿市區(qū)主要排水泄洪溝渠，綠色文明施工要求高。

圖1 L46/47 聯(lián)平面

2 施工方案及工藝

沿溝段L46/47 聯(lián)橋?qū)?5m，左側(cè)翼緣板臨溝，順橋向地勢右高左底，采用溝中打設(shè)支架樁施工方案不僅無法確保溝槽汛期排洪需求，并破壞現(xiàn)有溝槽，造成水源污染，河道底板后期恢復(fù)困難；施工單位對襄陽市創(chuàng)文創(chuàng)衛(wèi)、少支點支架受力特征、架體安全性能、方案經(jīng)濟合理性進行對比分析，針對箱梁所處地勢非對稱性、箱梁高度較高等特點，最終確定采用支架樁+新型設(shè)計的T 形鋼立柱+貝雷+盤扣支架的非對稱組合支架施工方案。

施工工藝流程主要包括測量放點、支架樁施工、小承臺施工、T 形鋼立柱安裝焊接、雙拼H700 搭設(shè)焊接、組裝吊裝貝雷梁、I18 鋪設(shè)、盤扣架搭設(shè)、I12.6 縱梁安裝、木方及底模安裝、支架預(yù)壓、混凝土澆筑養(yǎng)護及架體拆除。

3 支架設(shè)計

支架結(jié)構(gòu)中模板采用1.5cm 厚竹膠板，縱向背楞采用10cm×10cm 木方，鋪設(shè)間距實心區(qū)為15cm，空箱區(qū)為30cm，橫向分配梁采用I12.6，鋪設(shè)間距90cm，盤扣式支架步距100～150cm，空心段間距為150cm×150cm[2]，在腹板及橫梁實心段間距60cm×150cm，加厚段120cm×150cm，支架立于I18 橫梁，間距與支架縱向間距一致，采用縱向貝雷梁做主龍骨，貝雷在腹板及中橫梁分布間距為45cm，在翼緣及空箱區(qū)間距為90cm，雙拼H700 型鋼作橫梁，T 形組合鋼構(gòu)件做支撐，地基采用 1 000mmC30 獨立灌注樁和C30 小承臺（1.5×1.5）m 基礎(chǔ)，小承臺預(yù)埋鋼板及預(yù)埋螺栓，預(yù)埋鋼板與鋼筋之間采用穿孔塞焊，預(yù)埋鋼板與T 形鋼構(gòu)件-法蘭盤焊縫高度不低于10mm，以滿足鋼管立柱底部抗剪能力，如圖2 所示。

鋼管立柱采用 630mm×10mm 鋼管立柱，［40b 牛腿橫支撐和［40b 牛腿斜支撐通過16mm 厚連接筋板與鋼管立柱焊接為一個整體，再經(jīng)過16mm 厚加強筋板和在鋼管立柱中澆筑1m 高C30 混凝土加強鋼管立柱底部承壓能力（見圖3），［36b 斜支撐板通過16mm 厚連接筋板與牛腿斜支撐、鋼管立柱相連，通過16mm 厚加強筋板加強鋼管柱頂部承壓能力。

4 Midas 模型建立

通過Midas Civil 有限元軟件對設(shè)計的支架形式進行模擬分析[3]，由于L46/47 聯(lián)均為4×30m 箱梁，所以選取其中1跨建立Midas 模型對支架進行安全性分析，鋼管柱、平聯(lián)、貝雷、H700 等均采用梁單元，模型中焊接位置選用剛接，搭接位置使用鉸接，材料除貝雷使用16Mn 以外，其余均使用Q235鋼材，T 形鋼立柱小構(gòu)件之間采用剛接連成整體后再與其他構(gòu)件確定連接關(guān)系，根據(jù)腹板區(qū)、翼緣區(qū)及腹板區(qū)橫斷面面積，將荷載分布在貝雷梁上。具體荷載統(tǒng)計如表1 所示。模型建立、荷載加載完成后如圖4 所示。

5 支架結(jié)構(gòu)受力分析

5.1 澆筑方案模擬劃分

圖2 支架布置詳圖（單位：m）

圖3 T 形鋼管立柱及平聯(lián)示意

表1 荷載分區(qū)

圖4 Midas 模型

非對稱少支點支架箱梁澆筑模擬方案并不唯一，在滿足縱向分段、水平分層、由一端向另一端連續(xù)澆筑施工方法的同時，選擇不同斷面澆筑順序會造成不一樣的分析結(jié)果，所以分析對比從跨中對稱澆筑（A 方案）、從南側(cè)往北側(cè)澆筑（B 方案）、先澆筑南側(cè)至內(nèi)側(cè)支架樁支點，再沿T 形鋼構(gòu)對稱澆筑（C 方案）3 種方案對T 形鋼立柱剪力、T 形鋼立柱支點反力的影響；根據(jù)方案的澆筑順序依次將荷載加載到對應(yīng)貝雷上，每次加載不允許超過最大澆筑厚度30cm，整個澆筑過程分9 步進行加載。結(jié)果顯示，雖然3 個方案中T 形鋼立柱柱腳剪力、支點反力在澆筑完成后均相同，但采用B 澆筑方案時，T 形鋼立柱柱腳剪力變化幅度小、支點反力起伏趨小，所以選用B澆筑方案具有足夠的安全性（見圖5）。

圖5 3 種方案T 形鋼立柱剪力、支點反力對比

5.2 施工受力構(gòu)件分析

施工受力分析考慮組合架體受到的恒荷載、活荷載最不利情況[4]，其中強度驗算荷載組合=1.2（箱梁混凝土自重+組合架體自重）+1.4（施工荷載+傾倒荷載+ 雪荷載），撓度驗算荷載組合=1.0（箱梁混凝土自重+組合架體自重）+1.2（施工荷載+傾倒荷載+雪荷載）。按照荷載組合進行加載，加載完成后分別對各構(gòu)件進行受力分析，對貝雷、T 形鋼管柱、平聯(lián)、H700 進行強度分析，并對H700、貝雷做撓度分析。其中貝雷弦桿、豎桿、斜桿軸力如表2 所示，T 形鋼管柱、平聯(lián)、H700 應(yīng)力如表3 所示，另外計算顯示，H700 懸臂最大撓度7.087mm＜7 400/400=18.500mm、貝雷最大撓度14.053mm＜9 000/400=22.500mm，均滿足要求。

表2 貝雷強度分析 kN

表3 T 形鋼立柱、H700、平聯(lián)強度分析 MPa

對T 形鋼管柱進行穩(wěn)定性分析，按照壓彎構(gòu)件計算鋼管立柱穩(wěn)定性，按照GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》計算得σ=76.31MPa≤198.44MPa。

5.3 支架樁基礎(chǔ)受力分析

支架樁基礎(chǔ)受力分析主要考慮其上支架恒荷載、活荷載組合最大值，由計算模型支點反力可知L46 聯(lián)中間一排樁基礎(chǔ)承受最大荷載為98.8kN，最外側(cè)一排支架樁承受最大荷載為257.5kN，內(nèi)側(cè)支架樁設(shè)計長度為10m，外側(cè)為20m，設(shè)計支架樁土層參數(shù)如表4 所示，按照J(rèn)TG 3363—2019《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》計算得10m 長單樁豎向承載力特征值為1 047.73kN，20m 長單樁豎向承載力特征值為2 729.07kN，均滿足規(guī)范要求。

表4 土層參數(shù)

5.4 內(nèi)側(cè)支點位置受力分析

內(nèi)側(cè)支架樁的位置對T 形鋼立柱的剪力、反力大小起到關(guān)鍵性作用，確定該支點位置前，在Midas 電算軟件中多次調(diào)整其位置直到T 形鋼立柱柱腳位置受到的剪力、反力處于計算安全范圍，本項目內(nèi)側(cè)支架樁位置與鋼管柱柱腳受到的剪力及柱腳反力關(guān)系如圖6 所示。

5.5 支架斷面變形分析

圖6 柱腳反力、剪力與支點位置關(guān)系

由于少支點的非對稱結(jié)構(gòu)，支架斷面撓度也呈現(xiàn)非對稱性特點，將電算得到的斷面變形值與支架預(yù)壓得到的斷面彈性變形值進行對比分析，最終得到的結(jié)果如圖7 所示，由對比圖可知模型變形值與支架彈性變形值相近，證明模型較為完整，支架安全性能好。

圖7 電算變形值與支架彈性變形值曲線對比

6 施工建議

1）控制好支架樁中心點樁位誤差，支架樁全部采用小應(yīng)變檢測支架樁的完整性。

2）根據(jù)圖紙放出預(yù)埋螺栓位置，控制好預(yù)埋鋼板平整度，使T 形鋼立柱牛腿方向與橋梁走向垂直。

3）Midas 電算中的H700 為一整條26m 長，而實際H700材料長度為12m，所以斷面H700 間要滿焊，以確保施工支架體系與電算模型受力一致。

4）橋梁預(yù)拱度設(shè)置應(yīng)根據(jù)預(yù)壓值及支架斷面特性設(shè)置，通過支架預(yù)壓及橋梁預(yù)拱度設(shè)置，使用全站儀實測成橋高程與設(shè)計高程差最大僅3mm，成橋質(zhì)量良好，如圖8 所示。

5）箱梁分2 次進行澆筑，澆筑箱梁混凝土?xí)r應(yīng)分層澆筑，斷面澆筑順序從岸坡一側(cè)往河道一側(cè)進行澆筑。

7 結(jié)語

通過運用CAD 三維設(shè)計軟件及Midas Civil 建模軟件設(shè)計并設(shè)計一種新型支架模型，通過計算施工過程中非對稱少支點支架的受力、變形、穩(wěn)定性，驗證此組合支架的安全可靠性，該方案縮減了施工工藝流程，不用施工圍堰平臺及施打溝內(nèi)支架樁，使施工工期變得可控，極大縮短施工工期，并節(jié)約溝中措施混凝土320m3，減少鋼立柱25t，在確保一定經(jīng)濟效益的同時保護了環(huán)境，并可為同類支架體系提供參考。

圖8 實測成橋橋面高程與設(shè)計高程差