李健LI Jian

（中鐵二十五局集團(tuán)第五工程有限公司，青島 266109）

0 引言

下承式系桿拱橋由于其外形優(yōu)美，力學(xué)性能好，在公路或鐵路工程中越來(lái)越多的得到了廣泛應(yīng)用，尤其在橫跨主要航道或者主要市區(qū)道路時(shí)，系桿拱橋由于本身的受力特性不但滿足大跨度需求，而且由于自身外形優(yōu)美也成為很多地區(qū)的標(biāo)志性建筑。大部分系桿拱橋施工工藝為“先梁后拱”，即先施工系梁，然后再安裝拱肋及吊桿。在系梁施工時(shí)對(duì)其支架要求受力良好無(wú)較大沉降，否則將會(huì)影響系梁的質(zhì)量及拱肋安裝的精度。當(dāng)系桿拱橋跨越交通道路時(shí)，可根據(jù)周邊地形條件設(shè)置支架基礎(chǔ)已便進(jìn)行系梁施工，但當(dāng)系桿拱橋跨越河道時(shí)，由于支架基礎(chǔ)位于水中而無(wú)法準(zhǔn)確判斷支架基礎(chǔ)承載力是否滿足要求，因此必須對(duì)水中支架的搭設(shè)工藝進(jìn)行改進(jìn)和監(jiān)控。小清河復(fù)航工程施工1 標(biāo)中，橫跨小清河航道的為110m 下承式鋼管砼系桿拱橋，通過(guò)對(duì)位于河道中的系桿拱支架搭設(shè)工藝進(jìn)行改進(jìn)，使得支架沉降處于可控范圍內(nèi)，不但系梁外觀及線性滿足有關(guān)要求，而且也提高了系桿拱拱肋安裝的精確度，對(duì)拱橋整體線性控制起到了非常好的效果。

1 工程概況

小清河復(fù)航工程梨珩村生產(chǎn)橋?qū)?yīng)航道中心樁號(hào)為K27+426.25，與航道夾角為90°，設(shè)計(jì)橋?qū)?m，橋梁全長(zhǎng)287m。上部結(jié)構(gòu)采用（25+30+30）簡(jiǎn)支+（1-110）系桿拱+（30+30+25）簡(jiǎn)支小箱梁，主橋下部結(jié)構(gòu)采用雙矩形橋墩，尺寸為2.5×3m；橋墩接6.8×6.8×2.8m 承臺(tái)，采用群樁基礎(chǔ)，樁徑Ф1.6m（鉆孔灌注樁），基樁排布為2×2＝4 根，間距4.2m。引橋下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)均為肋板臺(tái)，樁基礎(chǔ)。

主橋上部結(jié)構(gòu)為110m 下承式鋼管砼系桿拱橋，拱肋采用兩根直徑為1.0m 的鋼管組成，總高度為2.4m，兩根鋼管之間由兩排平行鋼板連接，鋼管內(nèi)填充C50 微膨脹混凝土。橋梁橫向設(shè)置兩排拱肋，中間設(shè)置7 道橫撐；系桿梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)置體內(nèi)索，采用低松弛高強(qiáng)度鋼絞線。

2 系梁支架設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)澆系梁形式整體采用321 型貝雷梁及盤(pán)扣式支架組合形式，321 型貝雷梁下部采用630×10mm 鋼管樁（入土深度24m），縱向搭設(shè)跨度為900cm。鋼管樁橫向布置間距2.0m，其上橫向采用雙拼45a 工字鋼，工字鋼頂部采用龍門(mén)卡加固貝雷梁下弦桿。系梁下方采用三品一組貝雷組合形式，其余橫向位置均采用兩品一組形式。

盤(pán)扣式支架豎向鋼管采用公稱尺寸60mm×3.2mm 的Q345A 級(jí)鋼管；水平桿采用公稱尺寸48mm×2.5mm 的Q235B 級(jí)鋼管；豎向斜桿采用公稱尺寸48mm×2.5mm 的Q195 級(jí)鋼管；水平斜桿采用公稱尺寸48mm×2.5mm 的Q235B 級(jí)鋼管。

系梁下盤(pán)扣支架豎桿縱向按照空腹段90cm 間距布置，實(shí)腹下60cm 間距布置；系梁正下方豎桿橫向按照60cm 間距布置，確保系梁正下方至少4 根豎桿支承，其余部位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況按照60cm、90cm 布置。支架頂部主楞采用15×15cm 枋木（橫向布置），次楞采用10×10cm枋木（縱向布置），模板采用1.8cm 竹膠板。詳見(jiàn)圖1 系梁支架結(jié)構(gòu)圖。

圖1 系梁支架結(jié)構(gòu)圖

3 系梁支架應(yīng)力計(jì)算

3.1 鋼管樁承載力驗(yàn)算

3.1.1 主要計(jì)算參數(shù)

①鋼材彈性模量EQ235=2.06×108kPa；

②鋼管慣性矩。

③根據(jù)鉆孔柱狀圖可知土層結(jié)構(gòu)層次明細(xì)表見(jiàn)表1。

表1 最不利土層結(jié)構(gòu)層次明細(xì)表

3.1.2 荷載參數(shù)

利用邁達(dá)斯civil 軟件建立樁頂上結(jié)構(gòu)有限元模型，求出樁頂上部結(jié)構(gòu)支座反力最大支撐力為1038.4kN，本次采用單排樁，則要求單樁最大支撐力為1038.4kN。邁達(dá)斯支座反力見(jiàn)圖2。

圖2 單樁承載能力圖（kN）

3.1.3 計(jì)算

①樁身外側(cè)周長(zhǎng)計(jì)算。

②鋼管樁自重計(jì)算。

本次鋼管樁總樁長(zhǎng)按10m（考慮高出地面）+20m（入土深度）考慮。

③鋼管樁最大承載能力計(jì)算。

式中：[Ra]—鋼管立柱豎向受壓極限承載力（kN），樁身自重與置換土重（當(dāng)自重計(jì)入浮力時(shí)，置換土重也計(jì)入浮力）的差值作為荷載考慮；

μ—樁身周長(zhǎng)（m）；

n—土的層數(shù)；

li—承臺(tái)底面或者局部沖刷線以下各層的厚度（m）；

qik—與li對(duì)應(yīng)的各土層與樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa），宜采用單樁摩阻力試驗(yàn)確定或通過(guò)靜力觸探試驗(yàn)測(cè)定，當(dāng)無(wú)條件時(shí)按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG 3363-2019 中表2.3-1 選用；

ai、ar—分別為振動(dòng)沉樁對(duì)各土層樁側(cè)摩阻力和樁端承載力的影響系數(shù)，按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG 3363-2007 中表6.3.5-3 采用；對(duì)于錘擊、靜壓沉樁其值均為1.0。

滿足施工及規(guī)范要求。

3.1.4 樁的穩(wěn)定性驗(yàn)算

樁的失穩(wěn)臨界力Pcr 計(jì)算，

滿足施工及規(guī)范要求。

3.1.5 樁的強(qiáng)度驗(yàn)算

利用邁達(dá)斯.civil 軟件建立單樁有限元模型，對(duì)單根樁設(shè)置為梁?jiǎn)挝恍问竭M(jìn)行模擬計(jì)算荷載效應(yīng)。

單樁軸向彎曲應(yīng)力等值線圖如圖3。

從圖3 中可以看出，軸向應(yīng)力為54.3MPa＜[σ]=205MPa，滿足規(guī)范要求。

圖3 單樁承載能力圖

3.1.6 計(jì)算結(jié)論

經(jīng)上述分析，按照最不利單樁支撐力計(jì)算，樁長(zhǎng)至少10m（考慮高出地面）+20m（入土深度）滿足施工需要。施工過(guò)程中需考慮一定的安全系數(shù)。

3.2 貝雷梁及工字鋼驗(yàn)算

3.2.1 模型建立

模型建立及驗(yàn)算均用Madis civil 軟件建立有限元模型，采用梁?jiǎn)卧问侥M其在實(shí)際荷載中的荷載效應(yīng)。荷載采用點(diǎn)荷載形式，荷載數(shù)值為其上單根豎實(shí)際桿所支撐范圍內(nèi)所有荷載之和。支架底部根據(jù)支架實(shí)際受束條件進(jìn)行相應(yīng)處理。

選取跨中三跨建立模型如圖4。

圖4 支架模型立體圖

3.2.2 計(jì)算結(jié)果

組合應(yīng)力分析：

①貝雷梁上下弦桿組合應(yīng)力等值線圖如圖5。

圖5 上下弦桿組合應(yīng)力（MPa）

模型計(jì)算結(jié)果：上下弦桿最大組合應(yīng)力為182.9MPa＜210MPa，滿足規(guī)范要求。

②貝雷梁豎桿及斜桿組合應(yīng)力等值線圖如圖6。

圖6 豎桿及斜桿組合應(yīng)力（MPa）

模型計(jì)算結(jié)果：貝雷梁豎桿及斜桿最大組合應(yīng)力為129.3MPa＜210MPa，滿足規(guī)范要求。

③花架組合應(yīng)力等值線圖如圖7。

圖7 花架組合應(yīng)力（MPa）

模型計(jì)算結(jié)果：花架最大組合應(yīng)力為172.3MPa＜210MPa，滿足規(guī)范要求。

④16 號(hào)工字鋼組合應(yīng)力等值線圖如圖8。

圖8 16 號(hào)工字鋼組合應(yīng)力（MPa）

模型計(jì)算結(jié)果：16 號(hào)工字鋼最大組合應(yīng)力為97.0MPa＜205MPa，滿足規(guī)范要求。

⑤45a 工字鋼組合應(yīng)力等值線圖如圖9。

圖9 45a 工字鋼組合應(yīng)力（MPa）

模型計(jì)算結(jié)果：45a 工字鋼最大組合應(yīng)力為22.9MPa＜205MPa，滿足規(guī)范要求。

4 系梁支架施工工藝

4.1 系梁支架搭設(shè)流程

鋼管樁施工→雙拼45a 工字鋼施工→321 型貝雷梁施工→16# 工字鋼施工→盤(pán)扣式支架搭設(shè)→16 槽鋼施工→盤(pán)扣支架施工。

4.2 鋼管樁施工

本工程采用630*10mm 鋼管樁，鋼管樁入土24m，鋼管樁中心間距為2m，縱向間隔9m 進(jìn)行布置，橫向間距為2.0m。采用45kW 打樁機(jī)進(jìn)行鋼管樁打設(shè)工作。

鋼管樁打設(shè)時(shí)先期依靠鋼管樁重力插入土層中，待樁身有一定穩(wěn)定性后，再進(jìn)行振動(dòng)沉樁鋼管樁逐排沉放，一排樁沉放完成后再進(jìn)行另一側(cè)。打設(shè)過(guò)程中振動(dòng)錘與管樁中心盡量重合以保證受力穩(wěn)定樁身部發(fā)生傾斜，鋼管樁在錘擊過(guò)程中應(yīng)連續(xù)施工，不可有較長(zhǎng)時(shí)間的停頓，以防止周邊土回位增加摩擦力。沉放過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，鋼管樁的偏位不得大于5cm，垂直度不低于0.1%。搭設(shè)過(guò)程中由測(cè)量班實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證鋼管樁頂部高程準(zhǔn)確無(wú)誤。

4.3 雙拼45a 工字鋼施工

鋼管樁打設(shè)完畢后進(jìn)行雙拼45a 工字鋼施工。采用25t 吊車進(jìn)行吊裝，人工焊接，進(jìn)行焊接工作時(shí)需先在工字鋼的前、中、后焊接焊點(diǎn)固定住鋼結(jié)構(gòu)，然后按照先中間后兩邊的焊接次序施焊，焊接工人需持證上崗。

4.4 貝雷片施工

貝雷梁可在拱橋周邊的臨時(shí)場(chǎng)地進(jìn)行拼裝，下面墊枕木，用吊車將貝雷逐片吊起，貝雷梁之間采用銷軸進(jìn)行連接。每榀貝雷梁之間采用支撐架連接成一個(gè)梁?jiǎn)卧?，為防止貝雷梁端部自由長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)需在兩端各安裝一個(gè)支撐架。

為確保貝雷梁剛度及撓度符合要求，支架架安裝時(shí)必須將螺栓擰緊到位，不得有漏安錯(cuò)安，45 型和90 型支撐架應(yīng)交錯(cuò)布置。貝雷梁之間的連接銷軸需安裝到位，并用開(kāi)口銷進(jìn)行固定。貝雷梁吊裝前需在底分配梁上做好標(biāo)記已確保安裝位置準(zhǔn)確。

4.5 盤(pán)扣式支架施工

橫梁及橋面板下盤(pán)扣支架縱向布置與系梁下盤(pán)扣支架相對(duì)應(yīng)，確保橫梁正下方兩根豎桿支承并保證其穩(wěn)定性。橫向豎桿間距根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況按照60cm、90cm 布置。橫梁下支架頂部主楞采用15×15cm 枋木縱向布置，次肋采用10×10cm 方木橫向布置。橋面板支架頂部主楞采用10×10cm 枋木橫向布置，次楞采用10×10cm 枋木縱向布置。橫梁及橋面板模板均采用1.8cm 竹膠板。

5 質(zhì)量保證措施

①系梁支架鋼管立柱搭設(shè)時(shí)必須實(shí)時(shí)校核其垂直度及貫入度，當(dāng)其貫入度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)必須報(bào)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員及監(jiān)理工程師進(jìn)行確認(rèn)，并做好相關(guān)記錄。

②底分配梁安裝時(shí)要確保其中心位置與鋼管樁中心位于同一條直線上，保證其受力均勻。

③貝雷梁吊裝時(shí)安排專人進(jìn)行監(jiān)控，尤其是吊車站位處的棧橋沉降、吊車支腿是重點(diǎn)監(jiān)控部分，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)需立即停止，找出原因并解決后方可進(jìn)行下一步施工。

④貝雷梁豎桿必須與底分配梁重合，保證其受力穩(wěn)定。貝雷梁安裝后要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖安裝花窗及螺母，貝雷梁不得焊接，所有螺母必須擰緊到位。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)系梁支架搭設(shè)工藝進(jìn)行改進(jìn)，從而很好解決了拱橋系梁支架水中施工的一系列難題，尤其是支架立柱打設(shè)施工工藝的嚴(yán)格控制確保了支架沉降處于可控范圍內(nèi)，使得系桿拱系梁外觀及線性滿足有關(guān)要求，同時(shí)也提高了系桿拱拱肋安裝的精確度，對(duì)拱橋整體線性控制起到了非常好的效果。此方法為后續(xù)類似施工提供了借鑒和參考。