不對(duì)稱斜拉橋現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)與施工工藝

鐘祥　威林濤

（中鐵24局集團(tuán)福州閩龍鐵路工程有限公司　福州　350013）

不對(duì)稱斜拉橋現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)與施工工藝

鐘祥威林濤

（中鐵24局集團(tuán)福州閩龍鐵路工程有限公司福州350013）

原南平市桔子洲大橋采用不對(duì)稱斜拉橋箱梁施工方案采用掛籃施工法，改為了鋼管與貝雷梁組合支架施工以縮短施工工期。結(jié)合實(shí)例，給出了南平市桔子洲大橋主橋鋼管與貝雷梁組合支架設(shè)計(jì)方案及其施工方法，并對(duì)該支架各構(gòu)件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，經(jīng)預(yù)壓后觀測(cè)，沒有出現(xiàn)不均勻沉降，保證了支架穩(wěn)定，主梁施工一次性澆筑成型，大大縮短了施工工期。

不對(duì)稱；斜拉橋；鋼管；貝雷梁；現(xiàn)澆支架力學(xué)檢算

1　引言

鋼管與貝雷梁組合支架常應(yīng)用于橋梁施工便橋或水上作業(yè)平臺(tái)的承重結(jié)構(gòu)[1]。鋼管與貝雷梁組合支架以其施工周期短、結(jié)構(gòu)變形小、施工材料損耗低等特點(diǎn)在斜拉橋主梁施工中取得了廣泛應(yīng)用[2]，本文對(duì)桔子洲大橋不對(duì)稱（80+60m）主橋支架鋼管與貝雷梁組合支架設(shè)計(jì)方案和施工工藝進(jìn)行淺析，對(duì)今后相關(guān)工程具有一定的借鑒作用。

2　工程概況

南平市桔子洲大橋主橋?yàn)?0+60m獨(dú)塔單索面斜拉橋，主跨80m，邊跨60m，塔梁墩固結(jié)，橫向布置為單幅橋。該斜拉橋采用扇形索面，梁上索距主跨為6m，邊跨為4.5m，箱梁截面為單箱三室梁，為三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，采用大挑臂等高度預(yù)應(yīng)力箱梁，箱梁中線處梁高2.4m，箱梁頂板橫坡1.5%，底板水平。底寬17m，頂寬29.7m，兩側(cè)挑臂各6.35m，頂板厚30～60cm，底板厚25～60cm，中腹板厚為40～60cm，邊腹板厚度為60～80cm。在腹板與頂、底板連接部設(shè)腋角，以改善箱梁受力。斜拉索張拉端布置在主梁中腹板近中間箱室側(cè)。箱梁在支點(diǎn)、拉索錨固處及主塔處設(shè)置橫梁，主塔處橫梁寬10.1m，橋臺(tái)端過渡橫梁1.5m，主跨拉索處橫梁寬60cm，邊跨拉索處橫梁寬80cm。

3　支架設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)概述

為保證主橋快速貫通，施工方法由懸臂施工法調(diào)整為鋼管與貝雷梁組合支架施工。本支架施工方案采用分節(jié)段施工法，根據(jù)支架布置來施工箱梁，采用循環(huán)使用鋼管貝雷梁施工。全橋箱梁共分六次施工，先施工0#塊，再施工1#、2#節(jié)段；3#、4#節(jié)段；5#、6#節(jié)段；7#、8#節(jié)段；9#、10#節(jié)段。施工完0#塊和第1、2節(jié)段混凝土后，增設(shè)邊跨配重，拆除0#塊支架，同時(shí)清除砂卵石往0#橋臺(tái)和2#橋墩處填筑，作為下一施工段的平臺(tái)（見支架結(jié)構(gòu)橫斷面圖1和0#塊，1#、2#節(jié)段立面圖2；3#、4#節(jié)段立面圖3），與箱梁混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力筋張拉、掛索張拉周期同步，以此作為循環(huán)。

以此循環(huán)，周轉(zhuǎn)利用支架材料，最后施工第9#、10#節(jié)段（見9#、10#節(jié)段立面圖4所示）。

支墩采用φ630mm壁厚8mm的螺旋鋼管，兩鋼管之間用[16的槽鋼連接，使支墩形成整體。貝雷片共28排，在貝雷片上按60cm的間距放置I14b工字鋼，工字鋼上面按30cm的間距布置縱橫兩層10cm×10cm的方木。然后在方木上方搭設(shè)2cm厚的箱梁底模板，箱梁底模及側(cè)模采用高強(qiáng)度竹膠板，箱室內(nèi)模采用木模板。貝雷片的跨度最大處為7.8m，最小處為3.1m。鋼管基礎(chǔ)采用混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬1.5m，厚1m，長30m，支墩高度約5m。支墩頂橫梁采用兩根I40b工字鋼支承貝雷片，箱身下貝雷片間距為0.8m和1.0m，貝雷片采用321型，共需貝雷片20排。

圖1　支架結(jié)構(gòu)橫斷面圖（單位：m）

圖2　0#塊，第1、2節(jié)段立面圖（單位：m）

圖3　第3、4節(jié)段立面圖（單位：m）

3.2支架平臺(tái)檢算

圖4　第9#、10#節(jié)段立面圖（單位：m）

依據(jù)支架布置圖，2#墩處支架跨度最大，每跨為7.8m，屬于最不利受力狀態(tài)，現(xiàn)根據(jù)這一跨支架進(jìn)行受力分析。

3.2.1I14工字鋼檢算

（1）I14工字鋼技術(shù)指標(biāo)以及為學(xué)性能

方木下分配梁統(tǒng)一采用I14b工字鋼。計(jì)算按照最大跨矩為1.0m的三跨連續(xù)梁荷載計(jì)算。

I14b工字鋼技術(shù)指標(biāo)：E=2.05×105MPa；I=712cm4；W=10.17× 104mm；A=2150mm2；自重g=16.88kg/m=0.1688kN/m；[σ]=145MPa

（2）荷載計(jì)算：工字鋼荷載：q=0.34kN/m2；由前面模板分析可知轉(zhuǎn)遞到工字鋼的面荷載如下：

又工字鋼的中心間距為0.6m，故線荷載為：

（3）受力分析由于工字鋼下面貝雷片的橫向間距有0.8m，1.0m兩種設(shè)置，按最不利分析，按三跨連續(xù)為1.0m建模如圖5。

圖5　

Mmax=ql2/10=40.28×103×1.02/10=40.28×102N·m；σ=Mmax/W= 40.28×105/10.17×104=39.6MPa＜[σ]=145MPa，滿足要求。

Fmax=ql4/150EI=40.28×10004/150×2.05×105×712×104=0.18mm< [f]=L/400=2.5mm，滿足要求。

3.2.2貝雷梁檢算

（1）321型貝雷片技術(shù)指標(biāo)以及力學(xué)性能，由《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》[3]中查得：E=2.05×105MPa；I=250497.2cm4；M=788.2kN·m；[Q]=245.2kN；W=3578.5cm3；g=3kN/片。

（2）荷載計(jì)算：由I14工字鋼轉(zhuǎn)遞到貝雷片的荷載如下：Q= 62.4+0.15+2+2+0.24+0.34=67.13kN/m2；貝雷片荷載：20×3×6= 360kN（共20排，每排6片，每片3kN）；貝雷梁上總荷載：（67.13×17×16.12）+360=18756.3kN；貝雷梁上總荷載均勻分布在20排貝雷片上，貝雷片受壓區(qū)長15.6m，則Q=18756.3÷20÷ 15.6=60.1kN/m。

（3）受力分析：貝雷片下面支墩的跨度為7.8m，按簡(jiǎn)支梁布置計(jì)算（如圖6）。

Mmax=ql2/8=60.1×7.82/8=457.1kN·m；σ=Mmax/W=457.1×106/ 3578.5×103=127.7MPa＜[σ]=210MPa，滿足要求。

圖6　

Fmax=5ql4/384EI=5×60.1×78004/384×2.05×105×250497×104= 5.7mm<[f]=L/700=11.1mm，滿足要求。

3.2.3鋼管樁檢算

I40b工字鋼下支墩每排設(shè)置8根鋼管樁，每根鋼管長約5m，最大間距為3.4m，鋼管采用φ530mm，壁厚8mm的螺旋鋼管。[σ]=170MPa。

（1）荷載計(jì)算：鋼管荷載=18×5×102.78=9250kg=92.5kN（共計(jì)18根樁，每根長5m），總荷載：由以上I40b工字鋼荷載得知：Q= 18831.6+92.5=18924.1kN，總荷載平均分布在18根鋼管上，剛每根鋼管承重：R=18924.1÷18=1051.3kN。

（2）受力分析：慣性矩：Im=3.14×（534-51.44）/64=44672cm4；截面積：Am=3.14×（532-51.42）/4=131.1cm2；截面抵抗矩：W=3.14×（533-51.43）/32=1283.5cm3；回轉(zhuǎn)半徑r=18.45cm；長細(xì)比：=500/ 18.45=27，查表得：φ=1.02-0.55×[（λ+20）/100]2=0.89，P臨界=Am× φ×[σ]=13.1×103mm2×0.89×170N/mm2=1982kN>1051.3kN，滿足要求。

4　支架施工工藝

4.1支架基礎(chǔ)處理

靠近1#墩兩側(cè)支架基礎(chǔ)先清除主橋位置河漫灘的表層土，露出砂卵石覆蓋層，充分碾壓平整，必要時(shí)對(duì)上部進(jìn)行50～100cm的換填，分層碾壓，確保土體密實(shí)。地基處理后要求密實(shí)度達(dá)到90%以上，地基承載力達(dá)到0.2MPa以上。支架地基要比原地面高15～20cm，外側(cè)做兩條排水溝，以避免地面水流入支架區(qū)浸泡支架地基。處理完后的平臺(tái)上澆筑C20混凝土條形基礎(chǔ)（長×寬×高=30m×1.5m×1.0m），鋼管立柱間距按照（5+3.2×6+5）m布置。其余支架基礎(chǔ)，由于此處巖層裸露。因此采用沖擊樁成孔，孔深1m，支架鋼管植入孔內(nèi)，然后再回填2m厚碎石土。

4.2支架立柱施工

鋼管立柱施工時(shí)在鋼管和基礎(chǔ)之間設(shè)置厚14mm的鋼板，進(jìn)行水平調(diào)平及增加受力面積。先將承臺(tái)頂面清理干凈，在承臺(tái)頂面按設(shè)計(jì)尺寸放出鋼管位置。然后在承臺(tái)面上鋪一層厚2cm的高標(biāo)號(hào)細(xì)石混凝土，放上尺寸為1m×1m、厚14mm的鋼板。再用水準(zhǔn)儀抄平，保證鋼板四角標(biāo)高一致，將鋼板和承臺(tái)之間的空隙填滿、搗實(shí)，確保鋼板安放牢固。在找平混凝土上強(qiáng)度后，開始安裝鋼管。按鋼板頂標(biāo)高和梁底標(biāo)高，扣除模板厚度、方木高度、貝雷架高度、工字鋼高度及砂箱高度，最后計(jì)算出鋼管長度。先在鋼板上將鋼管位置用粉筆畫出，然后借助吊車將鋼管按設(shè)計(jì)位置就位，用電焊將鋼管和鋼板焊牢，并用6塊尺寸為20cm× 20cm、厚14mm的三角鋼板作為加勁板，對(duì)稱焊在鋼板和鋼管之間。鋼管安裝好后，用[16槽鋼通過焊接將鋼管連接成整體。

4.3支架拆卸

支架拆卸時(shí)，由于斜拉橋?yàn)椴粚?duì)稱結(jié)構(gòu)，塔兩側(cè)箱身重量不平衡，拆卸支架時(shí)確保重量比較重的一端箱身底支架有一連支架未拆卸。其余支架拆卸時(shí)通過鋼管頂設(shè)置的鋼管砂箱臨時(shí)支座的沉降來拆除，使用汽車吊拆除貝雷梁及鋼管等支架。拆除順序嚴(yán)格控制從上往下進(jìn)行。

5　結(jié)束語

（1）與掛籃施工法，鋼管與貝雷梁組合支架施工工藝簡(jiǎn)單，各施工環(huán)節(jié)的可預(yù)見性較強(qiáng)，風(fēng)險(xiǎn)較少，對(duì)施工質(zhì)量的影響較少。

（2）可以充分利用公司自有貝雷梁設(shè)備及鋼管立柱，不用重新設(shè)計(jì)及加工制作掛籃設(shè)備，加上重復(fù)周轉(zhuǎn)使用，經(jīng)濟(jì)性比較好，降低了施工投入成本。

（3）可一次性澆筑成型極大地縮短了施工工期，能夠滿足快速施工要求。

[1]劉志峰.淺海多類型規(guī)?；淞含F(xiàn)澆施工新技術(shù)[J].公路，2011（11）：79～85.

[2]姜勇.大跨多連拱橋梁高支架設(shè)計(jì)與施工[J].鐵道建筑技術(shù)，2013（8）：68～71.

[3]周水興.《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》.人民交通出版社，2001（5）：432～439.

U448.27

A

1673-0038（2015）08-0133-03

2015-2-5

鐘祥威（1982-），男，工程師，大學(xué)本科，畢業(yè)于武漢科技大學(xué)，土木工程專業(yè)。