司振永

（中鐵十八局集團(tuán)第二工程有限公司，河北 唐山 064000）

0 引言

支架是橋梁工程施工中的主要結(jié)構(gòu)體系，其主要作用是為橋梁施工的鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑等工序的安全開(kāi)展?fàn)I造一個(gè)穩(wěn)定的平臺(tái)。在橋梁工程施工中，常用的支架有現(xiàn)澆支架、滿堂支架、碗扣支架、鋼管樁聯(lián)合盤(pán)扣支架等。對(duì)于在深水淤泥地質(zhì)條件下施工的橋梁工程而言，現(xiàn)澆支架搭設(shè)工程量大、難度大、施工風(fēng)險(xiǎn)高，地質(zhì)基礎(chǔ)又不能滿足傳統(tǒng)滿堂支架和碗扣支架對(duì)基礎(chǔ)承載力的要求，因而是一道很大的施工難題。

廣州南沙紅蓮大橋是目前我國(guó)跨度最大的多功能新結(jié)構(gòu)斜拉橋，位于深水淤泥地質(zhì)基礎(chǔ)之上，地基含水量大，承載力差，施工難度比較大。該工程采取了鋼管樁聯(lián)合盤(pán)扣支架的施工方法，有效消除了不良地質(zhì)條件的影響，滿足了施工要求。筆者試對(duì)其支架施工進(jìn)行分析，以期為深水淤泥地質(zhì)條件下大跨度現(xiàn)澆箱梁支架施工提供參考。

1 工程概述

廣州南沙紅蓮大橋主橋長(zhǎng)912m，為（62+104+580+104+62）m雙塔斜拉橋，邊跨設(shè)一個(gè)輔助墩和一個(gè)過(guò)渡交接墩，縱斷面位于±4%的人字坡上，邊坡點(diǎn)位于主跨跨中位置，主線平面位于直線上（具體詳見(jiàn)圖1）。

圖1 主橋總體布置圖（m）Fig.1General layout of main bridge（Unit：m）

該橋主跨采用鋼箱梁，邊跨采用混凝土主梁，鋼-混接合面位于主梁中跨距索塔10.0m處。主橋邊跨長(zhǎng)166m，邊中跨比例為0.286。主橋結(jié)構(gòu)采用半漂浮體系，橋面輻射高壓電纜、供水管、燃?xì)夤?、通信電纜，橋面設(shè)雙側(cè)人行道。主橋箱梁支架搭設(shè)高度大于8m，集中線荷載大于20kN／m。其中，23?！?4＃墩之間的部分支架位于岸上，部分支架位于水中，岸上部分地形平坦；24?！?8＃墩支架位于水中。

根據(jù)鉆探揭露，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料進(jìn)行對(duì)比分析，該工程沿線所經(jīng)過(guò)的地層巖性按其成因和時(shí)代分類主要有第四系海陸交互相沉積的淤泥，組成基質(zhì)為淤泥質(zhì)黏土，粉質(zhì)黏土，粉、中、粗沙層，圓礫土；下伏基巖主要為燕山期花崗片麻巖等。工程區(qū)內(nèi)地質(zhì)軟土主要為淤泥及淤泥質(zhì)黏土，流塑狀態(tài)，結(jié)構(gòu)松軟，壓縮性高，強(qiáng)度低，工程特性差，易產(chǎn)生過(guò)大、不均勻沉降。該橋箱梁支架均打入到強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖。

2 深水淤泥地質(zhì)支架的總體布置形式

2.1 鋼管樁布置

該工程堤防之間的支架布置在陸地上，采用鋼管樁進(jìn)行施工，鋼管樁的型號(hào)為φ820×12mm，橫橋向間距為3.0～5.0m，縱橋向每隔9.0m設(shè)置一跨，跨大堤的最大跨度為21m，橋墩采用雙排鋼管布置。河道中的鋼管樁型號(hào)為φ820×12mm，橫橋間距為3.6～5.0m，縱橋向的標(biāo)準(zhǔn)跨度為12m。

分配梁上部采用承插式盤(pán)扣鋼管支架，立桿采用直徑為60.2mm、壁厚為3.25mm的Q345鋼管，立桿最大步距為1.5m；空箱段立桿的縱向距離和橫向距離分別為0.9m和1.2m；橫梁、腹板節(jié)點(diǎn)處立桿的縱向距離和橫向距離均為0.6m；縱腹板倒角部位立桿的縱向距離和橫向距離分別為0.6m和0.9m；翼緣板部位立桿的縱向距離和橫向距離分別為0.6m和0.9m。另外，在支架的頂部、底部各設(shè)置一層水平桿。

2.2 主梁布置

該工程采用321貝雷梁作為支架縱梁，橫向組合布置為0.9+0.45m，腹板實(shí)心段之間的距離為0.45m，通過(guò)扣件連接的方式，將貝雷梁的橫向和縱向連成一個(gè)整體［1］，尤其是頂部和分配梁、底部和橫梁之間連接時(shí)，采用了限位卡牢牢固定。貝雷梁平面布置如圖2所示。

圖2 貝雷梁平面布置圖Fig.2 Layout plan of Bailey beam

2.3 盤(pán)扣支架布置

該橋梁的設(shè)計(jì)坡度為4%，梁面寬度比較大，最窄處為35.5m，最寬處為48m，屬于典型的超寬大跨度現(xiàn)澆箱梁。在進(jìn)行支架布置時(shí)，為便于支架坡度調(diào)整，保證支架安裝和拆除的安全性［2］，在貝雷梁支架的頂部設(shè)置了盤(pán)插式支架，其高度為2.5～9.0m。

3 施工要點(diǎn)分析

3.1 鋼管樁施工

鋼管樁的施工要點(diǎn)為：（1）外排樁的設(shè)計(jì)。為保證黏土層鋼管樁的穩(wěn)固性，外排樁采用鋼管樁+錨樁的形式。（2）試樁。為保證施工質(zhì)量，在鋼管樁正式沉樁之前，要進(jìn)行試樁，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)承載力是否滿足要求。（3）定位。在深水區(qū)施工時(shí)，利用懸臂導(dǎo)向架精確定位。導(dǎo)向架的末端與已鋪設(shè)完成的棧橋前端的貝雷梁銷接，前端要預(yù)留出一定量的孔位。通過(guò)導(dǎo)向架系統(tǒng)，可將水下定位轉(zhuǎn)變?yōu)殛懙囟ㄎ?，以保證定位精度。（4）沉樁。采用DZ-90振動(dòng)錘夾具夾緊鋼管樁，通過(guò)起吊設(shè)備起吊后，放入導(dǎo)向架，將鋼管樁和定位點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)后，緩慢下放鋼管樁，促使鋼管樁在自重的作用下緩慢插入土中。邊插入、邊檢查，發(fā)生偏差時(shí)，及時(shí)調(diào)整。自重下沉完成之后，全面觀察鋼管樁的偏位，如果超過(guò)設(shè)計(jì)范圍（偏差小于千分之五），拔出，重新下沉，否則進(jìn)行打樁操作。在振錘的激振力作用下振動(dòng)下沉，在沉樁過(guò)程中，如果貫入量小于1 cm／min，持續(xù)加荷5min，待鋼管樁沒(méi)有明顯下沉跡象時(shí)，再停止振動(dòng)［3］。如果一次插打沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接樁，并控制下節(jié)樁的打剩高度在50～80cm之間。（5）控制貫入度。沉樁時(shí)，按照設(shè)計(jì)長(zhǎng)度嚴(yán)格控制貫入度，一般嵌入巖層的深度不應(yīng)小于2d（d為樁徑）。

3.2 橫梁安裝施工

（1）鋼管樁找平。當(dāng)一排鋼管樁施工完成之后，按照設(shè)計(jì)要求確定樁頂標(biāo)高，找平鋼管樁，高出部分可用氧乙炔氣割割除；低于標(biāo)高的樁，按照設(shè)計(jì)長(zhǎng)度進(jìn)行接長(zhǎng)處理。（2）樁頂施工。按照設(shè)計(jì)圖紙，在樁頂四周焊接4塊三角形鋼板，以達(dá)到加強(qiáng)頂板強(qiáng)度的作用。（3）橫梁安裝。采用雙肢I(xiàn)56b工字鋼將橫梁與鋼板在正中心位置焊接牢固［4］。帽梁采用雙肢I(xiàn)56b工字鋼焊接而成，工字鋼的凈距控制在1～2cm之間，每隔2.0m焊接一塊連接鋼板。當(dāng)帽梁和鋼管樁焊接成一個(gè)整體之后，再進(jìn)行限位裝置焊接，避免受焊接應(yīng)力發(fā)生移動(dòng)，保證施工質(zhì)量。

3.3 支架搭設(shè)

由于該支架工程在深水淤泥地質(zhì)條件下完成，施工條件惡劣，采用單純的焊接方法無(wú)法完成施工。為保證支架的穩(wěn)定性和承載力，采用了盤(pán)銷式鋼管支架，具體搭設(shè)步驟為：

（1）調(diào)整座搭設(shè)。根據(jù)腳手架配置圖紙進(jìn)行尺寸放樣，按照放樣的結(jié)果，將調(diào)整座排列到指定位置上。

（2）標(biāo)準(zhǔn)基座搭設(shè)。先將標(biāo)準(zhǔn)基座的主架套筒套入到調(diào)整座上方，保證基座的下緣能夠完全置于扳手受力平面的凹槽中，具體如圖3所示。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)基座搭設(shè)示意圖Fig.3Schematic diagram of standard base erection

（3）進(jìn)行第一層橫桿安裝。將橫桿的頭套入圓盤(pán)小孔位置，促使橫桿的頭端抵住主架圓管，再用斜楔穿過(guò)小孔將其固定［5］。

（4）平主架安裝。按照?qǐng)D4所示，將平主架的長(zhǎng)端插入標(biāo)準(zhǔn)基座的套筒中，通過(guò)檢查孔位核查平主架安裝質(zhì)量，確認(rèn)是否良好地插入套筒底部。平主架在首層完成搭接，從第二層開(kāi)始則使用主架。

圖4 平主架安裝示意圖Fig.4Installation diagram of flat main frame

（5）第二層橫桿安裝。按照第三步的要求和樣式進(jìn)行第二次橫桿安裝。

（6）第一層斜桿安裝。斜桿按照順時(shí)針?lè)较蚪M塔。將斜桿套入圓盤(pán)大孔位置，保證斜桿端部抵住主架圓管，并用斜楔固定。在斜桿安裝過(guò)程中，應(yīng)保證其方向的一致性［6］。

（7）依照第五步，來(lái)安裝第三層橫桿。

（8）按照第六步的組搭方式，進(jìn)行第二層斜桿安裝，組裝方向需與第一層相同。

（9）主架安裝。主架通過(guò)四方管相互連接。將連接棒插入下層管中，若需使用主架插銷，則必須檢查圓盤(pán)對(duì)齊孔是否在相同方向上［7］。

（10）U型調(diào)整座安裝。將U型調(diào)整座的牙管插入主架管中，再用扳手調(diào)整至所需高度，具體圖如5所示。

在整個(gè)搭設(shè)過(guò)程中，嚴(yán)禁集中堆放超重物料；支架搭設(shè)多為高空作業(yè)，要做好安全防護(hù)措施，施工人員嚴(yán)禁隨意拆除支架的基本構(gòu)件、整體桿件、連接件等，若因操作需要必須拆除時(shí)，需要經(jīng)過(guò)技術(shù)部門審核同意后，按照相應(yīng)的要求進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，并在施工完成之后及時(shí)恢復(fù)原狀［8］。每次施工之前，都需要對(duì)施工區(qū)域內(nèi)的支架進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)上報(bào)給現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理部門，專業(yè)人員及時(shí)排除安全隱患，確認(rèn)達(dá)到安全要求后，才能進(jìn)行作業(yè)。

圖5 U型調(diào)整座安裝示意圖Fig.5Installation diagram of U-shaped adjustment seat

4 支架受力分析

4.1 支架立桿穩(wěn)定性計(jì)算

支架立桿在腹板下的布置為60cm（縱距）×60 cm（橫距）×150cm（步距）。

∑NGK=0.6 ×0.6 ×（26×3.368+0.4+0.4+1+0.3+2.5）=33.2kN

∑NGK=0.6 ×0.6 ×6.5=2.34kN

立桿計(jì)算長(zhǎng)度：l0=ηh=1.2 ×1.5=1.8m，l0=h′+2ka=0.5+2×0.7 ×0.65=1.41m，故l0取1.8m。

立桿長(zhǎng)細(xì)比：λ=l/i=1800/20.1=89.6＜150，滿足要求。查表得，軸心受壓桿件穩(wěn)定系數(shù)φ=0.554。

4.2 支架強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算

不組合風(fēng)荷載時(shí)，N=1.2 ×33.2+1.4 ×2.34=43.2kN。組合風(fēng)荷載時(shí)，N=1.2 ×33.2+0.9 ×1.4 ×2.34=42.8kN。

風(fēng)荷載產(chǎn)生的彎矩設(shè)計(jì)值為：

滿足要求。支架計(jì)算結(jié)果如表1所示。

分析可得，組合風(fēng)荷載時(shí)支架受力最不利，故僅列出組合風(fēng)荷載計(jì)算結(jié)果。

由表1可知：支架強(qiáng)度和穩(wěn)定性滿足要求。

表1 支架受力計(jì)算表Tab.1Stress calculation of support

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在深水淤泥地質(zhì)條件下進(jìn)行超寬大跨度現(xiàn)澆箱梁施工時(shí)，現(xiàn)澆支架搭設(shè)工程量大、難度大、施工風(fēng)險(xiǎn)高，地質(zhì)基礎(chǔ)又不能滿足傳統(tǒng)滿堂支架和碗扣支架對(duì)基礎(chǔ)承載力的要求，采用盤(pán)銷式鋼管支架可以滿足要求。廣州南沙紅蓮大橋施工時(shí)，采用盤(pán)銷式鋼管支架，支架承載力和穩(wěn)定性均滿足要求，確保了施工的質(zhì)量和安全性。