劉 波，劉永松

(中交路橋華東工程有限公司，上海 201210)

1 工程概況

十巫高速公路鮑峽樞紐互通共設(shè)有匝道橋7座，其上部結(jié)構(gòu)設(shè)計為普通鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋，共計20聯(lián)，74孔，1 927m；滄浪山互通共設(shè)有匝道橋6座，其上部結(jié)構(gòu)設(shè)計為普通鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋，共計14聯(lián)，45孔，1 016m。 支架現(xiàn)澆箱梁單孔跨徑布置為20～25m共6種、梁寬9.0～17.5m共6種，梁高分為1.4,1.6m，箱梁結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜。最小曲線半徑為52m，最大縱坡5.9%，最大超高橫坡6%。下部構(gòu)造橋墩為柱式墩、樁基礎(chǔ)，最大墩高達(dá)29m，且墩柱普遍較高。

2 工程特點及重難點分析

本項目互通區(qū)地勢起伏大，山體陡峭；人工素填土鉆探揭露厚度最大達(dá)9m，覆蓋層厚，地基難以處理；且部分橋上跨既有國道、河道，施工環(huán)境復(fù)雜。

目前現(xiàn)澆箱梁支架方案常采用滿堂支架和鋼管貝雷(型鋼)支架，其應(yīng)用廣泛，施工技術(shù)成熟。滿堂支架適用于無通行要求的橋跨，墩高在15m以內(nèi)(墩柱較高，材料消耗量大，安全風(fēng)險高)，地基條件較好、地形較平坦的地區(qū)。對于鋼管貝雷(型鋼)支架，只要橋下凈空滿足搭設(shè)要求，均可以應(yīng)用；但對于地形陡峭、軟弱地質(zhì)、通航通車條件下，鋼管立柱基礎(chǔ)施工難度較大，增加了施工成本；墩柱較高的情況下，鋼管立柱搭設(shè)較高，材料投入大，高空作業(yè)量多。綜上所述，在山區(qū)地形條件復(fù)雜、地基處理難度大、墩柱較高等情況下，如何既有效安全地完成現(xiàn)澆箱梁施工，又能較為經(jīng)濟(jì)，是施工單位應(yīng)考慮的現(xiàn)實問題。

3 施工方案比選

3.1 支架結(jié)構(gòu)綜合比選

3.1.1支架結(jié)構(gòu)

1)方案1，鋼管貝雷支架法

鋼管貝雷支架由擴大基礎(chǔ)(地形、地質(zhì)條件不允許時，可采用樁基礎(chǔ))、大型鋼管立柱、貝雷縱梁及分配梁等部分組成。

2)方案2，滿堂支架法

在橋位處經(jīng)處理、硬化的地基上，按一定間距密布搭設(shè)小鋼管立桿、橫桿、水平桿、剪刀撐等構(gòu)件，形成滿堂支架作為混凝土澆筑的支撐體系。常用結(jié)構(gòu)形式有扣件式、碗扣式及盤扣式。

3)方案3，抱箍貝雷支架法

在墩柱上安裝抱箍，利用2個抱箍間高強螺栓提供的預(yù)緊力，轉(zhuǎn)化為抱箍與墩柱間的壓力，從而獲得承重所需的摩擦力；抱箍上設(shè)置鋼板牛腿，其上依次安裝承重梁、貝雷縱梁、分配梁等構(gòu)件，形成支架結(jié)構(gòu)體系。

4)方案4，倒掛牛腿貝雷支架法

利用已經(jīng)施工完成的蓋梁作為支撐點，將Z形牛腿部件固定在蓋梁上用以支撐承重梁，最后依次安裝貝雷縱梁、分配梁等構(gòu)件，形成支架結(jié)構(gòu)體系(見圖1)。

圖1 倒掛牛腿貝雷支架縱立面

3.1.2支架結(jié)構(gòu)比選

1)投入材料方面

墩高按20m計，方案1單跨支架需96t鋼材，用量一般；方案2單跨支架需264t鋼材，用量最多；方案3，4單跨支架需65t鋼材，材料投入最少，經(jīng)濟(jì)效益最好。

2)支架施工質(zhì)量、安全控制方面

方案1施工工藝成熟，但現(xiàn)場各部件連接、高空焊接作業(yè)多，焊接質(zhì)量控制難度大，安全風(fēng)險高。

方案2施工工藝成熟，但各部件連接冗雜，各部件質(zhì)量及連接質(zhì)量受進(jìn)場材料、工人素質(zhì)影響較大，常常出現(xiàn)搭設(shè)支架不符合規(guī)范要求的情況?，F(xiàn)場高空作業(yè)、吊裝作業(yè)多，安全風(fēng)險高。

方案3抱箍高強螺栓施工質(zhì)量直接影響支架結(jié)構(gòu)的承載能力，是支架搭設(shè)過程中的關(guān)鍵控制點；高強螺栓施工受天氣，施擰順序、遍數(shù)，施擰設(shè)備精準(zhǔn)度等影響較大，施工工藝較為復(fù)雜。抱箍安裝時，提前在抱箍上焊接操作平臺，可避免高處危險作業(yè)。

方案4施工工藝簡單，只需將牛腿倒掛在蓋梁頂，施工難度低；過程中控制好牛腿加工質(zhì)量即可。牛腿安裝時，人員可在蓋梁上進(jìn)行操作，安全風(fēng)險較小。

3)施工效率及工期控制方面

方案1，2需進(jìn)行復(fù)雜的地基處理，現(xiàn)場各部件連接、高空作業(yè)多，施工效率低，總體工期較長。

方案3，4無需進(jìn)行復(fù)雜的地基處理，現(xiàn)場各部件連接、高空作業(yè)少，施工效率高，總體工期較短。

通過對比研究發(fā)現(xiàn)，方案1，2屬于常規(guī)施工工藝，但現(xiàn)場地質(zhì)、地形情況復(fù)雜，地基處理難度大，不能適應(yīng)所有橋跨。方案3，4較為新穎，相比于其他兩種方案，材料投入少，經(jīng)濟(jì)效益好；克服了大部分地基難以處理的不利施工條件，加快了施工進(jìn)度；減少了高空作業(yè)量、降低了安全風(fēng)險。但倒掛牛腿需支撐在蓋梁上，本項目除邊墩設(shè)置有蓋梁外，其余橋墩均為無蓋梁結(jié)構(gòu)；若牛腿設(shè)置在橋墩頂部，受支座位置影響，安裝空間極為有限，實施難度較大。

綜合比較上述4種支架結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點，結(jié)合現(xiàn)場實際施工條件，決定采用抱箍貝雷支架作為現(xiàn)澆箱梁施工支架。

3.2 抱箍支撐結(jié)構(gòu)比選

1)單抱箍+銷棒結(jié)構(gòu)

在墩柱頂部穿入銷棒，抱箍的底部與銷棒頂部緊密抵靠，形成支撐結(jié)構(gòu)；設(shè)計時，考慮抱箍與銷棒共同承受施工荷載。該結(jié)構(gòu)使用材料少，施工效率高；但需在墩柱上預(yù)留孔洞，永久損壞了主體結(jié)構(gòu)；同時抱箍和銷棒均可以作為獨立的承重結(jié)構(gòu)，但受力原理上完全不同，兩者相結(jié)合，荷載分配較為復(fù)雜，實施過程中可能對墩身局部造成壓碎。

2)三抱箍+支撐架結(jié)構(gòu)

在墩柱上按一定間距布置3個抱箍，抱箍間通過三角支撐架連接形成整體共同受力(見圖2)。該結(jié)構(gòu)設(shè)計較為復(fù)雜，使用材料多，安裝、拆卸極為不方便，施工效率較低。

圖2 三抱箍+支撐架結(jié)構(gòu)示意

3)雙抱箍+支撐桿結(jié)構(gòu)

在墩柱上按一定間距布置2個抱箍，抱箍間通過支撐桿連接形成整體共同受力；設(shè)計時，考慮單個抱箍能承受全部施工荷載，下抱箍作為安全儲備。該結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，使用材料一般，安裝拆卸方便，高空作業(yè)量小，施工效率高。

綜合比較上述3種支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，結(jié)合現(xiàn)場實際施工條件及相關(guān)要求，決定使用雙抱箍+支撐桿結(jié)構(gòu)。

4 抱箍貝雷支架施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 抱箍貝雷支架設(shè)計

1)對于多跨連續(xù)梁，中墩處采用雙抱箍結(jié)構(gòu)作為支撐點，2個抱箍豎向間距1.3m，中間設(shè)置豎向支撐桿，使抱箍整體受力，支撐桿采用2HN450×200。在邊墩較高、箱梁較重的情況下，經(jīng)驗算墩柱在施工過程中所承受的不平衡彎矩大于墩柱自身承載能力，因此在邊墩處設(shè)置鋼管立柱+擴大基礎(chǔ)以代替抱箍，保證主體結(jié)構(gòu)安全。

2)在抱箍或鋼管立柱頂設(shè)置承重梁，分為桁架式承重梁、單桿件承重梁，采用2HN450×200，I20a加工而成。桁架式承重梁安裝在中墩抱箍上，單桿件承重梁安裝在邊墩鋼管立柱上。承重梁具體結(jié)構(gòu)形式根據(jù)其跨度(鋼管立柱、抱箍橫橋向間距)、所承受荷載計算確定。

3)貝雷縱梁安裝在承重橫梁上，貝雷縱梁為單跨式簡支結(jié)構(gòu)，其跨度大部分均超過20m，為保證其強度和剛度滿足要求，在貝雷縱梁下弦桿位置增設(shè)加強弦桿。分配梁安裝在貝雷縱梁上，采用I20a(見圖3)。

圖3 支架設(shè)計

4)滿堂碗扣支架安裝在分配梁上，用以調(diào)整支架的縱、橫坡，以保證梁體線形滿足要求。

5)本項目單個抱箍考慮承受2×2 000kN施工荷載，其設(shè)計直接決定方案能否實施。抱箍設(shè)計為2個半圓形鋼板組焊結(jié)構(gòu)，兩者間通過2×24顆10.9級M30高強螺栓連接成整體。同時，將承重位置與螺栓安裝位置設(shè)計為一體，以減少鋼板用量；采取在法蘭板與頂?shù)装彘g設(shè)置橫、豎向加勁板以減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。抱箍面板為12mm厚鋼板，法蘭板、豎向加勁板及頂?shù)装鍨?0mm厚鋼板，橫向加勁板為16mm厚鋼板，材質(zhì)為Q345(見圖4)。

圖4 抱箍設(shè)計

設(shè)計時應(yīng)注意，高強螺栓安裝處兩法蘭板間空隙宜控制在3～4cm，以保證螺栓預(yù)緊力的有效傳遞；防止在螺栓施擰過程中法蘭板產(chǎn)生變形，導(dǎo)致兩法蘭板直接接觸，影響螺栓預(yù)緊力的施加。

4.2 施工控制要點

1)抱箍各部位焊縫受力均較大，在進(jìn)行加工時，各板件間T形接頭應(yīng)采用雙面坡口對稱焊接，角接頭采用偏向于側(cè)板的單面坡口焊接。抱箍進(jìn)場后需立即進(jìn)行缺陷檢測，焊縫質(zhì)量需確保為一級。

2)由于抱箍加工不可避免地存在誤差，為增大抱箍與墩柱的接觸面積與保護(hù)墩柱，在墩柱與抱箍間設(shè)置5mm厚硬質(zhì)橡膠墊。

3)抱箍安裝首先在地面或中橫梁處，利用臨時螺栓將抱箍試拼裝成整體，其內(nèi)徑大于墩柱直徑約10cm，并在其底部設(shè)置操作平臺及護(hù)欄。利用起重設(shè)備將抱箍沿墩柱向上提升至設(shè)計安裝位置，通過手拉葫蘆及鋼絲繩臨時固定；通過手拉葫蘆人工調(diào)整抱箍標(biāo)高位置準(zhǔn)確后，安裝高強螺栓。

4)高強螺栓施工分為初擰、終擰兩個步驟進(jìn)行，初擰扭矩值為終擰扭矩值的50%。高強度螺栓施擰順序均須從螺栓群中心板件剛度最大的部分，向不受約束的板件邊緣進(jìn)行，即從抱箍面板側(cè)向外側(cè)施擰，且需兩側(cè)交替對稱施加預(yù)緊力，以免不對稱緊固引起部分螺栓不能充分發(fā)揮效力降低抱箍與立柱間的摩擦力。

5)由于貝雷縱梁跨度大、橫向剛度小，沿縱橋向每間隔3.0m設(shè)置一道貝雷支撐架及[10剪刀撐，確保將所有貝雷縱梁連接成整體。為保證貝雷縱梁在承重梁處的抗剪能力滿足施工要求，對應(yīng)位置設(shè)置[10加強豎桿。

6)為控制墩柱兩側(cè)不平衡彎矩，中墩處兩側(cè)混凝土不平衡荷載應(yīng)小于單跨底板自重的1/2。

5 結(jié)語

經(jīng)過前期的地面荷載試驗及現(xiàn)場實際應(yīng)用，證明抱箍貝雷支架強度、剛度及穩(wěn)定性均滿足施工要求，支架結(jié)構(gòu)安全可靠；且具有材料投入少、施工周期短、安全風(fēng)險小等優(yōu)點，對于山區(qū)高墩現(xiàn)澆箱梁施工尤為明顯。