渭河某特大橋引橋50米連續(xù)箱梁現(xiàn)澆支架設計

朱宏偉 顧吉祥 黃 娟

（江蘇燕寧工程科技集團有限公司，江蘇 南京 210017）

1 工程概況

1.1 引橋簡介

渭河某特大橋是一座橫跨渭河的系桿拱橋梁，引橋上部結(jié)構(gòu)為同聯(lián)等高度現(xiàn)澆預應力砼連續(xù)箱梁，雙幅布設，其北引橋連續(xù)箱梁每幅共4聯(lián)，分別為（4×40m）+（4×40m）+（40+2×50m）+（3×50m+50.52m），南引橋箱梁每幅共1聯(lián)，為（50.52m +3×50m +46m），上設雙向八車道，共40跨，1814.08延米。

引橋50米連續(xù)箱梁斷面形式均為雙箱雙室結(jié)構(gòu)，雙箱間的橫向凈距為6m，橫坡2%，斷面底板寬9.0m，頂板寬16.5m，梁高2.8m，腹板厚50cm，翼緣板挑臂長3.0m，頂板厚度為25cm，底板厚度為22cm。箱梁斷面示意圖參見圖1內(nèi)所示。

1.2 橋址水文、氣候、地質(zhì)

本工程兩側(cè)引橋均位于渭河河漫灘區(qū)域，橋下地勢自北向南呈緩坡狀，北岸漫灘地形平坦，地面標高大部分位于+354m～+356m之間；南岸漫灘地形起伏較大有多處既有水塘，塘內(nèi)淤泥層較厚。

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，渭河是一個靠雨水補給的多沙性河流，夏季暴雨集中，流域內(nèi)侵蝕強烈，汛期河水流量、沙量急增。橋址區(qū)域年平均降水量555mm，降雨多集中在7-9月份，降水量約占全年的50%，漫灘區(qū)在豐水年洪水期被淹沒，橋位處洪水水位+360.67m，洪水流量14400m3/s，實測最大斷面含沙量530kg/m3，平均風速2.0m/s，最大風速19.1m/s，風向WSW。橋下基礎地質(zhì)北側(cè)以粉質(zhì)粘土和中粗砂為主，承載力在120KPa～300KPa之間，南側(cè)以淤泥質(zhì)土為主，承載力在10KPa～50KPa之間。

2 50米連續(xù)箱梁現(xiàn)澆支架設計

2.1 總體設計

引橋連續(xù)箱梁施工采用支架現(xiàn)澆施工方案，左右幅分開獨立進行現(xiàn)澆施工。

由于防洪要求，河漫灘區(qū)域引橋連續(xù)箱梁現(xiàn)澆支架宜采用通透性較好的支架形式，本工程引橋連續(xù)箱梁現(xiàn)澆支架采用梁柱式支架方案?？紤]南北兩岸不同的地形地質(zhì)，支架基礎在南、北岸采用不同的基礎形式，箱梁現(xiàn)澆支架豎向結(jié)構(gòu)布置見表1：

2.2 支架結(jié)構(gòu)布置

（1）50米跨梁內(nèi)貝雷梁桁架布置成多跨連續(xù)梁，縱向跨徑布置為8.9m+12.0m+3.0m+12.0m+10.4m。

（2）根據(jù)該箱梁的結(jié)構(gòu)型式和單位重，主梁貝雷梁桁架共用23排，貝雷梁橫橋向間距為3×0.9m+4×0.45m+3×0.9m+2×0.45m+3×0.9m+4×0.45m+3×0.9m。

（3）承臺上橫橋向布置5@2.4mΦ630x10mm鋼管立柱，中間臨時墩根據(jù)地形、地質(zhì)和地基承載力條件分別采用條形基礎或φ0.8m鉆孔灌注樁基礎，橫橋向布置6@2.5mΦ630x10鋼管立柱。

表1 連續(xù)箱梁現(xiàn)澆支架豎向結(jié)格布置

（4）在鋼管立柱頂上方樁頂橫梁下方設置砂筒，以利于底模標高調(diào)整及支架拆卸。

（5）貝雷梁桁架頂設置橫向工字鋼分配梁，僅設置于箱梁底面區(qū)域。兩側(cè)布置定型翼板支架，定型翼板支架與橫向工字鋼分配梁之間用φ16拉桿連接。

（6）支架根據(jù)箱梁設計圖紙要求設置相應的縱坡和橫坡?？v坡通過調(diào)節(jié)鋼管立柱頂標高實現(xiàn)；2%橫坡，不由砂筒調(diào)節(jié)形成，由抄墊貝雷梁桁架形成，貝雷梁保持豎直。

50m跨連續(xù)箱梁現(xiàn)澆支架結(jié)構(gòu)布置詳見圖1。

2.3 支架結(jié)構(gòu)計算

2.3.1、模型建立及總體概述

（1）利用MIDAS有限元程序建立包含鋼管立柱、樁頂橫梁、貝雷梁桁架和貝雷梁頂橫向分配梁在內(nèi)的整體有限元模型，貝雷梁桁架采用桁架單元模擬，鋼管立柱、分配梁等單元采用梁單元模擬。

（2）每個貝雷梁桁架組承受的其范圍內(nèi)的包含箱梁、模板、施工等的所有荷載，計算中考慮將荷載分區(qū)簡化為作用于橫向分配梁上的線荷載。模擬單元自重直接在邁達斯有限元模型中加載。

（3）根據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》JTG D60-2004，按橫橋向風荷載標準值進行計算并加載，其中模板風荷載為2.0KN/m，每個貝雷梁節(jié)間風荷載為0.86KN，對Φ630鋼管立柱風荷載為0.3KN/m。

（4）整體分析桁架單元和梁單元內(nèi)力，確保各單元桿件均滿足安全和經(jīng)濟性要求。基礎結(jié)構(gòu)根據(jù)上述鋼管立柱內(nèi)力計算結(jié)果單獨進行計算，擴大基礎按照倒梁法計算，鉆孔樁基礎按照摩擦樁進行計算。

（5）設計基本參數(shù)

設計參數(shù)如下：Q235鋼材：抗拉容許值：[σ]= 170MPa；抗剪強度容許值：[τ]=110MPa；貝雷梁16Mn構(gòu)件：抗拉容許值：[σ]=273MPa ；抗剪強度容許值：[τ]=208MPa。

荷載組合如下：強度驗算：1.2倍箱梁混凝土自重+1.0倍（模板自重+支架自重+施工荷載+風荷載）。剛度驗算：1.2倍箱梁混凝土自重+1.0倍（模板自重+支架自重+風荷載）。

荷載標準值：①施工人員、材料及施工機具荷載標準值?。?.0KN/m2；②澆筑和振搗混凝土時產(chǎn)生的荷載標準值取為：2.0KN/m2；③箱梁側(cè)模采用鋼木組合模，荷載標準值取2.0KN/m2；④箱梁底模、內(nèi)模采用竹膠板木模板，荷載標準值取1.0KN/m2。

2.3.2、上下部結(jié)構(gòu)計算

50m跨箱梁現(xiàn)澆支架上下部結(jié)構(gòu)計算結(jié)果見表2所示。

2.3.3、基礎結(jié)構(gòu)計算

（1）擴大基礎計算

將單排臨時鋼管立柱反力和基礎自重平均到基礎與地基接觸的受力面積上，再除以擴大基礎寬度轉(zhuǎn)化成線荷載，按照倒梁法計算基礎受力，計算結(jié)果見表3。

（2）鉆孔樁基礎計算

鉆孔樁基礎按照公式QU=QSU+QPU=∑UiLiqsui+Apqpu和地質(zhì)條件分層計算得出樁基極限承載力，樁基極限承載力與鋼管立柱最大軸力的比值要合理，本工程取1.65。經(jīng)過計算，本工程鉆孔樁樁長采用L=20m和15m兩種，計算過程和結(jié)果在此不再羅列。

2.4 支架構(gòu)造要點

2.4.1、擴大基礎地基處理

北引橋箱梁支架采用擴大基礎形式，在中支墩位置超出基礎平面0.5m范圍內(nèi)，對原地基使用18T振動壓路機反復碾壓至無明顯輪跡為止，滿足承載力不小于188（160）KN/m2。如不能滿足，或?qū)μ幱谒疁稀⒛酀{池處的基礎，要進行換填處理，換填選用碎石土，頂部采用石灰土，采用壓路機分層壓實，在地基處理好后進行地基預壓，地基承載力檢驗合格后再澆筑條形擴大基礎。基礎施工的同時，做好橋下區(qū)域的排水系統(tǒng)，在橋梁兩側(cè)布置排水溝，以防止基礎位置積水，降低地基承載能力。

2.4.2、鉆孔樁基礎與鋼管立柱連接

本工程采用φ80cm鉆孔灌注樁作為南岸引橋箱梁現(xiàn)澆支架的基礎，對于鉆孔灌注樁基礎與鋼管立柱的連接，我們做了重點設計，要求在頂部1m的護筒區(qū)范圍內(nèi)采用混凝土二次干澆的模式，樁頂預埋件為Φ（910-475）×20mm空心鋼板和12根Φ25×800mm錨固鋼筋，確保立柱與樁基礎的連接的施工質(zhì)量。

2.4.3、卸荷系統(tǒng)

支架設計時采用在鋼管立柱頂端設置砂筒的形式，起到支架卸載的作用。砂筒上筒采用16Mn無縫鋼管φ426×12×220mm與上頂板焊接并內(nèi)填C30混凝土形成，砂筒下筒采用16Mn無縫鋼管φ457×14×230mm與下底板焊接形成，砂筒內(nèi)填砂要細，含泥量要少，并且烘干含水量不大于1%。砂筒下底板與鋼管立柱頂端用4個M22螺栓連接，卸砂孔為4個M22內(nèi)絲栓孔，均上M22螺栓。砂筒設計承載力為120噸，可用于任意位置支墩，砂筒使用前必須按不同位置樁的反力進行預壓。

2.4.4、橫向穩(wěn)定系統(tǒng)

支架橫向穩(wěn)定系統(tǒng)由外模對拉系統(tǒng)、貝雷梁橫向穩(wěn)定、鋼管立柱橫向聯(lián)結(jié)系組成。

（1）外模對拉系統(tǒng)：兩側(cè)的外模支架通過底口的φ22拉桿與箱梁底I16分配梁兩端進行對拉（詳見圖2和圖3），外模支架、梁底I16分配梁與貝雷梁均采用限位器（槽鋼卡或U型螺栓）固定，形成穩(wěn)定的橫向受力系統(tǒng)，外模支架的頂口不設拉桿，結(jié)構(gòu)形式穩(wěn)定，受力明確，也方便了梁體混凝土施工。

（2）貝雷梁橫向穩(wěn)定：貝雷梁與橫向分配梁（樁頂2I40a、箱梁底I16a）采用限位器（槽鋼卡或U型螺栓）固定，同時通過花架和新制剪刀撐聯(lián)接成整體，以保證每片桁架橫向受力的均勻性及橫向穩(wěn)定性。針對箱梁傾斜形成的橫坡，抄墊貝雷梁桁架形成橫坡，貝雷梁始終保持豎直狀態(tài)（不能調(diào)節(jié)樁頂橫梁形成橫坡，貝雷梁會處于傾斜狀態(tài)）。

（3）鋼管立柱橫向聯(lián)結(jié)系：設置橫向聯(lián)結(jié)系保證鋼管立柱的橫向穩(wěn)定，橫向聯(lián)結(jié)系設在鋼管立柱橫向側(cè)面，在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的同時盡量方便施工。

2.4.5、縱向穩(wěn)定系統(tǒng)

支架縱向穩(wěn)定系統(tǒng)由墩身對拉系統(tǒng)、貝雷梁限位系統(tǒng)和鋼管立柱縱向聯(lián)結(jié)系組成。墩身對拉系統(tǒng)在鋼管立柱頂下方1.05m位置設置，通過精軋螺紋鋼筋拉緊的方式，將承臺兩側(cè)的邊支墩進行固定。貝雷梁與橫向分配梁（樁頂2I40a、箱梁底I16a）采用限位器（槽鋼卡或U型螺栓）固定形成貝雷梁限位系統(tǒng)，在雙排鋼管立柱支墩縱向間采用型鋼作為連接系，有效保證支架結(jié)構(gòu)的縱向穩(wěn)定性。

表2 50m跨箱梁現(xiàn)澆支架上下部結(jié)構(gòu)計算結(jié)果

表3 50m跨箱梁現(xiàn)澆支架擴大基礎結(jié)構(gòu)計算結(jié)果

2.4.6、支架預壓

支架結(jié)構(gòu)的彈性變形部分可以準確計算，而非彈性變形只能通過預壓實測數(shù)據(jù)得到，非彈性變形與地基處理質(zhì)量、拼裝者的作業(yè)水平度、貝雷梁桁架的加工精度及新舊程有很大關系。更重要的是支架在實施過程中是否安全，通過預壓可以直觀地驗證支架的承載能力和安全性。

針對類似工程中存在對相同跨徑的支架僅預壓第一跨的做法，本工程的支架設計中明確要求不論地形地質(zhì)是否相同，支架須逐孔進行預壓。堆載預壓按跨為單元，箱梁縱向分變截面區(qū)、跨中區(qū)、變截面區(qū)計3區(qū)，橫向分翼緣板區(qū)、底腹板區(qū)、翼緣板區(qū)計3區(qū)，與砼澆筑順序?qū)A壓范圍為每跨現(xiàn)澆箱梁投影區(qū)域，預壓荷載按現(xiàn)澆箱梁上部結(jié)構(gòu)恒載1.2倍控制，預壓時間不得小于7天，最后連續(xù)3天沉降觀測累計不大于3mm，以消除支架非彈性變形，測得支架的彈性變形，設置預拱值，更好地指導施工。

3 結(jié)束語

通過對渭河某特大橋引橋50米連續(xù)箱梁現(xiàn)澆支架的精心設計，并于2014年9月至2016年9月在項目上順利成功實施，從現(xiàn)場反饋的情況看，支架的設計和使用取得了較好的效果：

（1）河漫灘區(qū)箱梁現(xiàn)澆施工時，梁柱式現(xiàn)澆支架方案是在有防洪要求情況下被優(yōu)先采用的一種安全、可行的方案。梁柱式現(xiàn)澆支架方案，可跨越河塘、溝渠，避免對地基的大面積處理，同時根據(jù)地基實際情形設置不同類型的基礎，充分利用不同類型基礎的特性，避免一種基礎方案的局限性。

（2）在箱梁現(xiàn)澆支架的結(jié)構(gòu)計算上，正確使用MIDAS等有限元計算軟件進行支架整體建模和計算，可極大地簡化計算工作量，有針對性地對方案各部位受力情況進行驗算，并根據(jù)計算結(jié)果選取或優(yōu)化各部位材料規(guī)格。

（3）注重保證支架系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性能，通過縱向和橫向穩(wěn)定系統(tǒng)的設計，保證了支架結(jié)構(gòu)性的安全。單片貝雷梁桁架橫向穩(wěn)定性很差，必須設置剛度較大的橫向聯(lián)接系，以保證桁架的整體穩(wěn)定性及受力均勻性。

（4）注重支架的細節(jié)設計和要求：箱梁現(xiàn)澆支架施工前，應對擴大基礎支墩位置的地基進行處理，使其達到設計要求的承載能力，并做好排水設計，地基經(jīng)預壓驗收合格后方能進行支架的施工；鉆孔樁與鋼管立柱的連接設計；針對箱梁傾斜形成的橫坡，要采取措施保證貝雷梁始終處于豎直受力的狀態(tài)等。

（5）箱梁現(xiàn)澆支架拼裝完成后，須逐孔進行預壓，以驗證支架承載能力和安全性，消除結(jié)構(gòu)的非彈性變形，并通過預壓，實測支架的變形值，對支架預拱度進行調(diào)整。