復(fù)雜條件下大跨度現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)比選與應(yīng)用

龍鳳文

中交二航局第四工程有限公司，安徽蕪湖 241006

箱梁支架現(xiàn)澆由于其適應(yīng)性廣、經(jīng)濟(jì)性好被普遍采用，其施工方法往往因地制宜、種類繁多。但歸納起來一般分為兩類，一類是采用滿堂腳手架方案，適用于陸地區(qū)施工；另一類是采用少支點(diǎn)支架方案，適用于水上施工。且以上兩種方案工藝成熟，應(yīng)用也較廣泛。對(duì)于一些地質(zhì)、水文條件較復(fù)雜的支架現(xiàn)澆施工，兩種方案受制于基礎(chǔ)條件限制往往有較大局限性。本文結(jié)合汕頭東海岸新津河大橋施工，對(duì)大跨度支架施工進(jìn)行了探討，以期為類似復(fù)雜條件下支架現(xiàn)澆提供良好的范例。

1 工程概況

新津河大橋位于汕頭東海岸新城，跨越新津河河口，連接新溪片區(qū)和新津片區(qū)，采用城市Ⅰ級(jí)主干道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。17#-18#箱梁跨度為32m，寬度22.75m。鋼筋混凝土方量為553.8m3，其中墩頂部位鋼筋混凝土方量為85.6m3。

17#-18#位于新溪片區(qū)海堤邊緣，扭王字塊以及四角塊多，拋石厚（厚度達(dá)到8m），石頭大（最大直徑超過2m），海水潮漲潮落沖刷大。常規(guī)的支架鋼管樁無法正常施打，而且項(xiàng)目施工工期緊。因此，17#-18#墩現(xiàn)澆箱梁能否順利澆筑是整個(gè)工程能否如期完成的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

2 17#-18#現(xiàn)澆箱梁支架方案探究

由于新津河大橋引橋每跨的跨度及寬度均不一樣，故整個(gè)新津河大橋的現(xiàn)澆箱梁均采用少支點(diǎn)支架現(xiàn)澆施工，無移動(dòng)模架等設(shè)備。17#-18#箱梁的現(xiàn)場(chǎng)地貌復(fù)雜，故不能采用常規(guī)的少支點(diǎn)支架施工。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的施工條件，提出了三種可能方案：

（1）回填海堤+少支點(diǎn)支架方案：直接將海堤區(qū)域用片石回填夯實(shí)成陸地，而后再搭設(shè)常規(guī)的支架，支架縱梁采用常規(guī)的321型貝雷片，支架跨度控制在9～12m之間。

（2）鉆孔樁基礎(chǔ)+支架方案：在海堤上適當(dāng)位置施工φ1.2m鉆孔灌注樁作為支架的受力基礎(chǔ)。整個(gè)支架跨度控制在9～12m之間，縱向主梁采用常規(guī)321型貝雷片，支架支點(diǎn)為17#、18#承臺(tái)以及中間鉆孔樁。

（3）大跨度支架方案；在17#、18#承臺(tái)及墩身上設(shè)置預(yù)埋件，承臺(tái)預(yù)埋件上設(shè)置豎向立柱，立柱縱向跨度達(dá)到27.4m。縱向主梁采用弦桿加強(qiáng)高抗剪200型貝雷。

三種方案的優(yōu)劣分析如下：

（1）回填海堤+少支點(diǎn)支架方案具有工期短、石料經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)常規(guī)可靠等優(yōu)點(diǎn)，但支架使用過程中需有嚴(yán)格的防沖刷措施，且海堤結(jié)構(gòu)受力后，將對(duì)海堤產(chǎn)生不可估量的永久沉降。

（2）鉆孔樁基礎(chǔ)+支架方案：樁孔樁基礎(chǔ)受力明確，不造成海堤額外沉降，但鉆孔樁需要等強(qiáng)度齡期，海堤鉆孔費(fèi)用高昂，且拋石區(qū)施工鉆孔樁卡裝風(fēng)險(xiǎn)很大。

（3）大跨度支架方案：弦桿加強(qiáng)高抗剪200型貝雷需要單獨(dú)購置，增加費(fèi)用，且無先例可循，但該方案能規(guī)避海堤對(duì)箱梁施工的影響，施工工期和費(fèi)用可以準(zhǔn)確把控。

通過比選可以看出，回填方案和鉆孔樁支架方案由于工期、環(huán)境破壞等原因，不作為首選方案。最終選定大跨度支架方案來施工17#-18#現(xiàn)澆箱梁。大跨度支架方案需額外增加投入，但能保證安全，不影響海堤結(jié)構(gòu)，工期可控。結(jié)構(gòu)體系由于在行業(yè)內(nèi)首次采用，需要加強(qiáng)過程中質(zhì)量安全控制，提高支架結(jié)構(gòu)整體剛度，以確?，F(xiàn)澆混凝土質(zhì)量。

3 大跨度支架設(shè)計(jì)

3.1 支架結(jié)構(gòu)布置

由于采用大跨度支架設(shè)計(jì)方案，支架整體剛度和跨中下?lián)鲜侵Ъ茉O(shè)計(jì)的關(guān)鍵。為確保支架整體剛度，減小跨中下?lián)?，支架縱向主梁采用弦桿加強(qiáng)高抗剪200型貝雷。17-18#墩大跨度支架主要由立柱、平聯(lián)、主橫梁、高抗剪200型貝雷梁和分配梁等部件組成。支架跨度為27.4m，支架立柱直接布置在承臺(tái)上，立柱采用Ф1200mm×18mm鋼管，平聯(lián)采用Ф630mm×8mm鋼管，立柱通過平聯(lián)與墩身相連。立柱上設(shè)置由3HN900×300型鋼組成的主橫梁，主橫梁上縱向擱置58組加強(qiáng)弦桿高抗剪200型貝雷梁，貝雷梁上設(shè)工14分配梁。主橫梁底與立柱頂之間設(shè)置卸荷塊，為后續(xù)支架拆除提供落架空間。

3.2 材料特性

支架鋼結(jié)構(gòu)材料除高抗剪200型貝雷梁外，均采用Q235B材料。

Q235B鋼材設(shè)計(jì)值：彎曲應(yīng)力f=215MPa（t≤16mm），f=205MPa（t=16～40mm）；

剪應(yīng)力fv=125MPa（t≤16mm），fv=120MPa（t=16～40mm）。

弦桿加強(qiáng)高抗剪200型貝雷片設(shè)計(jì)參數(shù)：允許彎矩M=2194.9 kN·m，允許剪力Q=320kN。

3.3 荷載及工況分析

荷載考慮施工荷載、模板荷載、振搗荷載、箱梁荷載、風(fēng)荷載等荷載，主要是箱梁自重荷載，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)計(jì)算其載荷。工況主要有以下兩種最不利的工況：

工況一：支架搭設(shè)完成，未澆筑，遭遇臺(tái)風(fēng)情況下，最大波浪以及最大風(fēng)速影響下，支架結(jié)構(gòu)的自身穩(wěn)定性，荷載組合為：支架體系自重+模板荷載+施工荷載+水流力+波浪力（最大波浪）+風(fēng)荷載（最大風(fēng)速46.1m/s）。

工況二：支架澆筑過程中，鋼筋混凝土重量全部由支架體系承受，在正常設(shè)計(jì)波浪和正常風(fēng)速條件下，支架體系的穩(wěn)定性，荷載組合為：自重+模板荷載+施工荷載+箱梁重量+振搗荷載+水流力+波浪力（設(shè)計(jì)波浪）+風(fēng)荷載（工作風(fēng)速13.8m/s）。

3.4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.4.1 計(jì)算模型

采用ANSYS10.0計(jì)算，貝雷梁等效為實(shí)腹梁，各構(gòu)件均采用梁?jiǎn)卧?。立柱柱腳固接，主橫梁與立柱頂部、貝雷梁鉸接，扶墻鉸接。

3.4.2 最大應(yīng)力和變形計(jì)算結(jié)果

根據(jù)結(jié)構(gòu)建模計(jì)算，在工況二條件下，3HN900主橫梁的組合應(yīng)力達(dá)到最大的131MPa（小于205MPa），剪應(yīng)力最大達(dá)到61 MPa（小于120MPa），其余立柱、斜撐、平聯(lián)等構(gòu)件受力遠(yuǎn)小于主橫梁受力。貝雷梁的最大剪應(yīng)力達(dá)到最大的198kN（小于），彎矩達(dá)到1310kN·m（小于2194.9kN·m）。結(jié)構(gòu)受力滿足要求。

整體結(jié)構(gòu)位移，在工況二條件下豎向位移達(dá)到44mm，貝雷梁變形達(dá)到42.8mm，主橫梁變形達(dá)到5mm。根據(jù)公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范，支架最大允許撓度為l/400=27400/400=68.5mm＞44mm，支架體系剛度滿足規(guī)范要求。

4 大跨度支架搭設(shè)

弦桿加強(qiáng)200型貝雷梁?jiǎn)纹?10kg，一組貝雷梁重量約為5000kg，而單組貝雷梁高度為2.43m，長度可達(dá)29.4m，厚度僅176mm，因此單組貝雷梁橫向剛度不足，貝雷梁自穩(wěn)性極差，縱向貝雷梁安裝是大跨度支架搭設(shè)的重點(diǎn)難點(diǎn)，也是整個(gè)支架搭設(shè)過程中安全隱患最大的施工工序。貝雷梁搭設(shè)時(shí)候，需要將至少三組貝雷梁在加工區(qū)按照設(shè)計(jì)間隔安裝好橫向剪刀撐和橫向連接件，使貝雷梁拼接成貝雷梁組，增加橫向剛度，而后才能整體起吊安裝。施工時(shí)投入80t履帶吊一臺(tái)，5t手拉葫蘆若干，相應(yīng)規(guī)格鋼絲繩若干。

5 支架預(yù)壓

支架搭設(shè)完成后，需要檢查大跨度支架的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，消除整個(gè)支架的非彈性變形，消除基礎(chǔ)的沉降變形，測(cè)量出支架的彈性變形。

預(yù)壓采用專用的水袋充水對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓。預(yù)壓沉降觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在大跨度支架兩個(gè)支點(diǎn)斷面及跨中斷面，每個(gè)斷面布設(shè)3個(gè)點(diǎn)，分別為箱梁兩側(cè)翼緣以及中軸線上。每級(jí)加載穩(wěn)定0.5h后，測(cè)量各個(gè)點(diǎn)的沉降值。預(yù)壓實(shí)測(cè)結(jié)果表明，跨中部位彈性變形為38mm，非彈性變形為7mm；支點(diǎn)主梁位置彈性變形為5mm，非彈性變形為2mm。預(yù)壓實(shí)測(cè)結(jié)果跟理論計(jì)算結(jié)果相仿。預(yù)壓完成后對(duì)預(yù)壓成果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)處理，調(diào)整底模標(biāo)高，并根據(jù)二次拋物線曲線設(shè)置預(yù)拱度。

6 鋼筋混凝土箱梁施工

預(yù)壓完成后，進(jìn)入常規(guī)的箱梁鋼筋綁扎和混凝土澆筑步驟，在此不再贅述。混凝土澆筑過程中均勻布料，保證支架均勻受力。在跨中及主橫梁部位設(shè)置測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，澆筑過程中，安排測(cè)量人員每2h采集觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，掌控支架體系變形量，同時(shí)安排專人在澆筑過程中檢查支架體系的焊縫、連接板等。

7 支架體系拆除

鋼筋混凝土箱梁預(yù)應(yīng)力張拉壓漿完畢后，即可進(jìn)行支架體系拆除。拆除順序?yàn)椋盒逗蓧K割除→底模和木方拆除→分配梁拆除→弦桿加強(qiáng)抗剪200型貝雷片拆除→主橫梁拆除→立柱平聯(lián)拆除→承臺(tái)、墩身預(yù)埋件修飾。

8 實(shí)施效果

大跨度支架在新津河大橋的運(yùn)用效果很成功，整個(gè)支架體系搭設(shè)及預(yù)壓耗時(shí)1個(gè)月，箱梁鋼筋混凝土施工耗時(shí)15d，支架體系拆除耗時(shí)10d，成功解決了拋石海堤現(xiàn)澆箱梁施工的難題。整個(gè)體系經(jīng)過超載預(yù)壓后，也檢驗(yàn)了體系的結(jié)構(gòu)安全性。拆模后，箱梁線型平順，預(yù)拱合理，箱梁標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求。整個(gè)箱梁體系外觀檢查無裂縫。

9 結(jié)語

大跨度支架在本工程的成功應(yīng)用，使箱梁施工避免了下部不利地質(zhì)對(duì)施工的影響。雖然200加強(qiáng)型貝雷梁相較于普通321型貝雷梁增加了材料投入，但大跨度支架避免了地基處理以及后期原地面恢復(fù)工作，且貝雷梁能多次周轉(zhuǎn)使用，總體上達(dá)到了節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的效果。本工程應(yīng)用的現(xiàn)澆箱梁跨度達(dá)32m，大跨度支架凈跨度達(dá)27.4m，一次性鋼筋混凝土澆筑量達(dá)1217.3t。因此，大跨度支架技術(shù)可推廣應(yīng)用于鐵路、市政橋梁跨線、跨障礙施工等領(lǐng)域，對(duì)現(xiàn)有下部交通或環(huán)境實(shí)現(xiàn)無干涉施工，達(dá)到節(jié)約工期、安全施工的目的。