龔波

［貴州省水利投資（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州貴陽 550000］

1 工程概述

1.1 項(xiàng)目情況

荒田溝倒虹管管橋?yàn)橘F州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程管道引水簡(jiǎn)支橋，起訖里程為倒2+248.712—倒2+408.712，橋長(zhǎng)160m，共計(jì)13 跨，每跨長(zhǎng)12m。管橋主要由承臺(tái)基礎(chǔ)、排架、槽臺(tái)、板梁及管道墊座組成，上部布置雙管輸水管管材為離心球墨鑄鐵管（K9 級(jí)）DN2200，其中板梁由主梁、次梁和面板3 個(gè)部分組成。

1.2 地質(zhì)條件

橋址位于王家槽溝槽內(nèi)，溝槽內(nèi)地下水發(fā)育豐富，淤泥沉積較厚，淤泥厚度0~4m，下伏基巖為中厚層灰?guī)r和白云巖夾泥巖，巖體強(qiáng)風(fēng)化厚度為4~7m。

2 臨時(shí)支承方案比選

2.1 方案優(yōu)缺點(diǎn)

荒田溝倒虹管管橋施工的難點(diǎn)主要為板梁施工，類似工程常采用滿堂支架法或橫穿鋼棒法[1]。兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)如下。

2.1.1 滿堂支架法施工優(yōu)、缺點(diǎn)

（1）滿堂支架施工優(yōu)點(diǎn)。①在進(jìn)行板梁施工時(shí)，會(huì)將大部分荷載傳遞給支架，對(duì)排架產(chǎn)生的影響較小，有效地提高施工質(zhì)量。②在施工過程中，可根據(jù)實(shí)際的施工需求來對(duì)作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行加寬或變窄處理，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和安全性。

（2）滿堂支架施工缺點(diǎn)。①對(duì)地基的穩(wěn)定性要求較高，因該工程位于溝槽內(nèi)淤泥厚度0~4m，需對(duì)地表淤泥進(jìn)行開挖后進(jìn)行硬化處理，這將會(huì)投入大量的人力、物力，增加工程成本。②需采用靜載試驗(yàn)來消除支架的變形量。由于試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，需投入大量的人力、物力，增加工程成本，不適用于工程周期較緊的施工項(xiàng)目。

2.1.2 橫穿鋼棒法施工優(yōu)、缺點(diǎn)

在進(jìn)行橫穿鋼棒法施工時(shí)，首先需在排架內(nèi)部預(yù)留出孔洞，在孔內(nèi)穿入鋼棒，并且板梁自身的重量和所有的施工荷載都會(huì)傳遞給鋼棒和排架，然后將其傳遞給地基。采用此方法來進(jìn)行施工，主要受力部件是鋼棒和貝雷梁。

（1）橫穿鋼棒法施工優(yōu)點(diǎn)。橫穿鋼棒法主要適用于高排架柱或樁基處于河流中的橋梁，施工過程便捷，效率高，能夠有效地節(jié)省人力、物力和財(cái)力，確保工程進(jìn)度，保證施工質(zhì)量。

（2）橫穿鋼棒法施工缺點(diǎn)。在排架柱內(nèi)埋設(shè)預(yù)留孔時(shí)，會(huì)給施工人員的工作帶來一定難度。在板梁施工完成后，需對(duì)孔洞進(jìn)行二次澆筑，這會(huì)直接影響排架柱的美觀度和質(zhì)量。

2.2 方案選擇

荒田溝管橋板梁距原始地面高差僅有3~7m，施工時(shí)間為2018 年5—7 月。受所處地區(qū)汛期影響，溝槽內(nèi)長(zhǎng)期積水，最大可淹沒至板梁下2.9m 處。滿堂支架施工時(shí)，需要將溝槽內(nèi)積水排干，耗時(shí)耗工，且地基將長(zhǎng)期處于水中，承載力和穩(wěn)定性受到較大影響，其在安全、工期、經(jīng)濟(jì)不可控。針對(duì)汛期特點(diǎn)、溝槽地勢(shì)情況，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究和方案比選，決定采用橫穿鋼棒法進(jìn)行板梁施工，能夠有效地提高施工效率。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，詳細(xì)比較兩種方案，如表1 所示。

表1 滿堂支架與橫穿鋼棒法對(duì)比

3 臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橫穿鋼棒法采用90 型貝雷梁支架，每跨（12m）由16 片標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和4 片1m 長(zhǎng)節(jié)段組合。在排架柱上設(shè)置牛腿，采用40Cr 調(diào)質(zhì)材質(zhì)φ36 銷棒進(jìn)行穩(wěn)固，貝雷梁置于牛腿上。貝雷梁上采用I12 工字鋼作為分配梁，每根長(zhǎng)7.2m，間距：主梁對(duì)應(yīng)部位為60cm，次梁對(duì)應(yīng)部分為30cm。貝雷梁間設(shè)置φ48×3.5mm 鋼管剪刀撐，每跨設(shè)置4 處；貝雷梁與分配梁間采用U 型卡連接，使之形成整體，作為橫聯(lián)，增強(qiáng)整體穩(wěn)定性。

貝雷梁在施工場(chǎng)地拼裝完成后由25t 吊運(yùn)安裝，貝雷梁及連接件螺栓在安裝時(shí)要擰緊。

貝雷梁及分配梁安裝完畢后，在分配梁上搭設(shè)φ48×3.5mm 腳手架鋼管。所有桿件均采用3 扣件搭接，搭接長(zhǎng)度不小于100cm，鋼管立桿、大橫桿的接頭應(yīng)相互錯(cuò)開。腳手架頂設(shè)置頂托，用以調(diào)整標(biāo)高。頂托上鋪設(shè)10cm×10cm 方木，然后再進(jìn)行模板安裝。

腳手架外側(cè)設(shè)剪刀撐，剪刀撐與地面的傾斜角度控制在45°~60°，剪刀撐的兩端除用回轉(zhuǎn)扣件與腳手架的立桿扣緊之外，中間還要增加2~4 個(gè)扣結(jié)點(diǎn)，與相交的桿件扣緊。

腳手架的外側(cè)、通道和作業(yè)平臺(tái)均搭設(shè)1m 高防護(hù)欄，并且掛滿密目安全防護(hù)網(wǎng)，安全網(wǎng)距離工作面的最大高度不得超過3m。操作平臺(tái)上均滿鋪一層竹馬道板，馬道板采用鉛絲綁扎牢固。

4 支架驗(yàn)算

4.1 物理力學(xué)參數(shù)及計(jì)算指標(biāo)選取

根據(jù)相關(guān)規(guī)范及類似工程要求，選取支承結(jié)構(gòu)中各部分材料的物理力學(xué)參數(shù)（支架參數(shù)、荷載參數(shù)、截面幾何特性）及計(jì)算指標(biāo)，如表2~表5 所示[2-4]。

表2 支架參數(shù)

表3 荷載參數(shù)

表4 截面幾何特性

表5 計(jì)算指標(biāo)

4.2 貝雷梁頂橫梁計(jì)算

貝雷梁頂橫梁采用I12，用來分配鋼管支架立桿軸向力?？v向間距上，主梁對(duì)應(yīng)部位為60cm，次梁對(duì)應(yīng)部分為30cm。分別對(duì)兩種間距的橫梁進(jìn)行計(jì)算。

4.2.1 貝雷梁頂橫梁荷載組合

（1）60cm 間距。60cm 間距梁體截面如圖1 所示。

圖1 60cm 間距梁體截面（單位：cm）

G1K=25×0.6×0.2/1.2=3kN/m/18kN/m，G2K=0.5×φciQik，q=1.35×（G1K+G2K+G3K）+0.7×1.4×Q1K=5.71/27.82kN/m。

梁體兩側(cè)懸臂處按集中荷載進(jìn)行加載，單側(cè)懸臂0.9m，則P=0.9q=5.14kN。

在Midas civil 中建立橫梁模型，60cm 間距橫梁荷載分布如圖2 所示。

圖2 60cm 間距橫梁荷載分布（單位：kN/m2）

（2）30cm 間距。30cm 間距梁體截面圖如圖3 所示。

圖3 30cm 間距梁體截面（單位：cm）

G1K=（25×0.2×0.6+3÷0.6×0.25）/（25×0.2×1.2+18÷0.6×0.25）=4.25/13.5kN/m，G2K=0.5×0.45kN/m，G3K=5%G1K，Q1K=1.5×0.45kN/m，S（G1K+G2K+G3K）+0.7×1.4×Q1K=6.99/20.1kN/m。

梁體兩側(cè)懸臂處按集中荷載進(jìn)行加載，單側(cè)懸臂0.9m，則P=0.9q=6.29kN。

在Midas civil 中建立橫梁模型，30cm 間距橫梁荷載分布如圖4 所示。

圖4 30cm 間距橫梁荷載分布（單位：kN/m2）

4.2.2 強(qiáng)度計(jì)算

（1）60cm 間距的橫梁。σmax=65.0MPa<[σ]=205MPa，滿足要求。

（2）30cm 間距的橫梁。σmax=79.4MPa<[σ]=205MPa，滿足要求。

4.2.3 撓度計(jì)算

fmax=1.62mm，<【f】=1400/400=3.5mm，貝雷梁頂橫梁撓度滿足要求。

4.3 貝雷梁計(jì)算

根據(jù)貝雷梁布置情況，用條分法進(jìn)行荷載分配，由于各組分配梁體截面積近似相等，因此將整體荷載均分給各排貝雷梁，用Midas civil 2015 建立貝雷梁模型進(jìn)行計(jì)算分析。

4.3.1 貝雷梁荷載組合

次梁部分：梁體截面積S=5.16m2。

無次梁部分：梁體截面積S=2.68m2。

4.3.2 單跨貝雷梁計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，貝雷梁最大應(yīng)力值為181N/mm2<[σ]=273N/mm2，弦桿最大內(nèi)力384kN<560kN，豎桿最大內(nèi)力182kN<210kN，斜桿最大內(nèi)力121kN<171.5kN，最大撓度20.95mm<12000/400=30mm，各項(xiàng)參數(shù)均滿足要求。

4.3.3 雙跨貝雷梁計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，最大應(yīng)力值為151N/mm2<[σ]=273N/mm2，弦桿最大內(nèi)力330kN<560kN，豎桿最大內(nèi)力209kN<210kN，斜桿最大內(nèi)力149kN<171.5kN，最大撓度12.1mm<12000/400=30mm，各項(xiàng)參數(shù)滿足要求。

4.4 牛腿銷棒計(jì)算

根據(jù)單雙跨貝雷梁計(jì)算模型可得單個(gè)牛腿最大反力Rmax=211.9×2=423.8kN。

牛腿通過兩根40Cr 調(diào)質(zhì)鋼棒穿過排架柱進(jìn)行對(duì)拉。按軸心力作用下螺栓群的抗剪連接進(jìn)行計(jì)算：Nbv=（牛腿鋼板厚度取20mm），取1.92＞1.3，滿足安全系數(shù)要求。

5 管橋板梁施工成果

荒田溝管橋板梁采用貝雷梁和鋼棒作為臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，在澆筑前進(jìn)行了120%預(yù)壓（水箱），從實(shí)踐方面再次證明了該臨時(shí)支架體系的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性滿足施工要求，同時(shí)消除了支架的非彈性變形，確保了板梁線型的有效控制[5]。

該管橋共計(jì)施工7 跨板梁，通過現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)得出板梁線型偏差均不大于1cm。

6 結(jié)語

通過方案的對(duì)比優(yōu)化、支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驗(yàn)算及預(yù)壓，證明了該方案在汛期板梁施工的可行性。該臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)在本工程中得到成功應(yīng)用，施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本等均得到有效保證，同時(shí)，為類似工程提供了一定的參考。