貝雷梁支架在自錨式橋梁限高段中的應用與分析

■嚴惠娜

(廈門天亞工程項目管理有限公司,漳州 363005)

1 工程概況

本工程為福建省某市新建自錨式懸索橋工程， 橋梁全長530m， 跨河橋跨布置形式為40m+80m+156m+80m+40m，總長度為396m，為五跨連續(xù)自錨式預應力混凝土懸索橋。 主跨必須過河，以滿足該河流水上交通要求，因此，根據(jù)河流寬度和工程設(shè)計要求，主跨寬度156m，橋梁兩側(cè)均無引橋。

在本工程中，由于城市規(guī)劃要求，主跨高度受到一定的限制， 經(jīng)實際計算， 主跨貝雷梁實際標高為41.968m， 而常水位標高僅為34.5m， 橋梁理論凈空為7.468m，與航道部門要求的7m 凈空十分接近，如考慮河流波浪及汛期水位上漲等因素， 主跨設(shè)計難以滿足通航要求，存在較大的撞擊風險。

橋面布置情況： 人行道2m+非機動車道3m+防撞護欄0.5m+布索區(qū)2m+機動車道21.75m(兩車道)+防撞護欄0,5m+布索區(qū)2m——防撞護欄0.5m+非機動車道3m+人行道2m，橋面總寬度為37.5m。 橋面橫坡為2%，主線最大縱坡為2.8%，橋梁設(shè)計最大車速為60km/h。 設(shè)計載荷為公里1 級。

兩岸索塔承臺采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，塔柱下設(shè)9 根灌注樁， 承臺尺寸為12.5m×12.5m×3.5m。 承臺頂部設(shè)高度為1.0m 的塔座。 索塔采用門型結(jié)構(gòu)， 索塔高度為45.65m，塔柱采用矩形實心截面，索塔預設(shè)兩道橫梁，橫梁采用預應力結(jié)構(gòu)，橋墩采用雙柱墩結(jié)構(gòu)，柱墩基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁。 橋臺采用U 型配樁基。

本工程主梁采用預應力混凝土結(jié)構(gòu)，懸索部分為兩箱單室邊箱結(jié)構(gòu)，橋梁邊跨部分為單箱五室箱型截面，每隔6m 設(shè)置一道馬蹄型橫隔梁，橫隔梁厚度為30cm。在主梁主纜索錨固點位置，設(shè)有實心錨固體。

本工程中， 工程設(shè)計采用兩根主纜， 主纜間距為24.5m， 矢跨比為1∶5.5。 主纜由預制鋼絲索股擰結(jié)而成，每根主纜由37 束鋼絲鎖組成， 每束鋼絲索包含127 根Φ5mm 的鍍鋅高強鋼絲，主纜索夾內(nèi)直徑為378mm，空隙率為18%，外直徑為383mm，空隙率為20%。 吊索采用銷接式， 吊索中心縱向間距為6m， 橫向間距為24.5m。 以Φ7mm～Φ127mm 的平行鋼絲制成的鋼索作為吊桿。

綜合上述工程設(shè)計要點， 結(jié)合自錨式懸索橋施工技術(shù)規(guī)范，施工單位必須采用先梁后索施工順序，因此，本工程采用支架法進行主橋梁體施工， 分別使用棧橋和Φ48mm 鋼管排架作為基礎(chǔ)。 結(jié)合橋梁施工現(xiàn)場環(huán)境，棧橋搭設(shè)范圍為123m，采用貝雷桁架作為縱梁，以鋼管排架作為配梁。 同時，施工單位采用Φ609mm 鋼管排架作為基礎(chǔ)支柱， 其它部分的支架基礎(chǔ)采用Φ48mm 鋼管排架。

結(jié)合工程招標文件和航道凈空要求，施工期間，應保證寬度為30m、高度為7m 的通航孔。

2 棧橋布置

2.1 棧橋平面布置

根據(jù)航道通行要求，棧橋主跨寬度為30m，計算跨度以33m 計，橋梁東、西兩側(cè)分別設(shè)置3 個橋孔，經(jīng)18m 跨上岸；橋面兩側(cè)各設(shè)寬約1.5m 的作業(yè)通道。 由此計算支架寬度為37.5m+2m+2m=41.5m。

2.2 立面布置

鋼管樁安裝到位后，施工單位設(shè)置承臺過渡，棧橋樁基礎(chǔ)施工完成后，在樁頂設(shè)置連續(xù)型鋼，使樁基礎(chǔ)連接為連續(xù)的整體，鋼管之間使用型鋼進行連接，連接方式采用水平和剪刀撐方式進行設(shè)置管樁連接完成后， 采用20#槽鋼將樁帽連接起來，形成整體的群樁受力體系。橫向分配量排樁使用兩個560C# 工字鋼組成。 貝雷梁按跨度在陸地拼接完成后，吊裝至橫向分配梁上，形成貝雷梁，貝雷梁橫向以連接框架形成穩(wěn)定的整體。

3 通航孔箱梁施工方案討論與選擇

受航道通行要求及凈空限制，無法滿足雙層貝雷梁架設(shè)施工要求。如采用單層貝雷梁支架施工方法，則跨度需要達到33m，且由于貝雷梁荷載較大，約為3000kN，在施工過程中，貝雷梁撓度難以控制。 針對該問題，施工單位進行了施工方案對比和選擇。

方案1：根據(jù)航道通行要求，將主通航孔分為兩個航道，以減少跨徑，改善貝雷梁施工撓度。 需要材料包括：Φ609mm 鋼管546t，型鋼170t，貝雷片500 片，加強弦桿1008 根。

優(yōu)點：該方案能夠有效減少貝雷梁施工時的跨徑，從而減小貝雷梁撓度。

缺點：該方案需要航道部門加強溝通、協(xié)調(diào)，經(jīng)航道部門審批通過后方可施工，審批手續(xù)繁瑣；由于將主通航孔分為兩個航道，相應的臨時墩和防撞設(shè)施增加，施工成本顯著增加，且由于航道變窄，航道通行撞擊橋墩風險較高。

方案2： 通過增加貝雷梁數(shù)量的方式減小貝雷梁撓度。主要材料包括：Φ609mm 鋼管450t，型鋼201t，貝雷片2310 片，加強弦桿4610 片。

優(yōu)點：該方案能夠在減小跨度的情況下降低撓度。

缺點：貝雷片數(shù)量大幅度增加，成本顯著上升，同時，由于貝雷片的增加，導致貝雷梁布置難度增加。

方案3： 在33m 跨通航孔箱梁上增設(shè)預應力束，采用分段澆筑方案。 主要材料包括：Φ609mm 鋼管450t，型鋼201t，貝雷片210 片，加強弦桿420 根。

優(yōu)點：在不增加貝雷片數(shù)量的前提下，能夠滿足貝雷梁支架施工安全要求，有效降低了施工成本，且施工方案相對簡單，工作量較小，施工周期縮短。

缺點：臨時預應力鋼束需要逐段張拉，且通航孔兩側(cè)不能同步施工，鋼束施工完成后需要進行脫模處理。

方案4：在通航孔東、西兩側(cè)設(shè)置鋼墩，并在墩上設(shè)置輔助斜拉索。 主要材料包括： Φ609mm 鋼管603t，型鋼593t，貝雷片1010 片，加強弦桿2016 根，斜拉鋼索384m。

優(yōu)點：能夠減小貝雷梁支架跨中撓度，施工技術(shù)含量較高。

缺點：施工工藝難度大，斜拉索施工精度難以控制，材料用量較大，施工成本高。

基于經(jīng)濟性、 施工技術(shù)操作難易程度及施工安全性等因素考量， 最終確定方案3 為自錨式橋梁限高段貝雷梁支架施工技術(shù)方案，經(jīng)工程設(shè)計、施工、監(jiān)理等單位進行方案優(yōu)化， 最終形成具有可行性的施工技術(shù)方案。

4 貝雷架設(shè)計與計算

4.1 貝雷架設(shè)計依據(jù)與取值

根據(jù)工程技術(shù)方案及材料要求， 混凝土體積質(zhì)量取2.5t/m3， 箱梁縱向延伸質(zhì)量取57t/m， 計算施工載荷為2.5kPa， 混凝土振搗載荷取2.0kPa， 模板施工載荷取2.0kPa， 雙排單層加強型貝雷梁慣性矩為1154868.8cm4，貝雷梁質(zhì)量為1t/片，容許彎矩為375kN/m，容許剪力為490.5kN/m。

4.2 貝雷架設(shè)計過程

為便于計算， 對箱梁斷面和橫梁進行劃分， 則33m跨中箱梁結(jié)構(gòu)橫向自重線性載荷分布如圖1：

施工階段如下：

工況1：首先澆筑一側(cè)箱梁，即懸臂段箱梁，經(jīng)張拉至預應力至設(shè)計要求后脫模。

工況2：澆筑另一側(cè)箱梁，張拉至預定位置后脫模。

工況3：進行橋梁中段箱梁施工。

在本工程中，施工單位先有工況1 的7.4m 位置逐漸施工到11.4 段位置， 再開展另一側(cè)施工， 同樣施工到11.4m 位置，則中段合龍段實際長度為8m，再以此計算工況圖(如圖2)：

4.3 貝雷梁計算結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述計算依據(jù)，33m 跨中貝雷梁按11.4m+8m+11.4m 布置梁組數(shù)，則貝雷梁布置斷面如圖3：

4.4 分段調(diào)整優(yōu)化

在施工方案設(shè)計的基礎(chǔ)上，施工單位會同設(shè)計單位、監(jiān)理單位對兩側(cè)施工長度進行調(diào)整，經(jīng)計算，當兩端長度增加時，工況1、2、3 貝雷架受力保持平衡，當橋梁兩端及中部長度組合為11.4m 和8m 時，貝雷梁撓度和貝雷片比值最小，說明貝雷梁支架受力合理，且實際受力位置位于第26#、27# 橫梁之間，施工工藝相對簡單，易于控制。

圖1 箱梁斷面劃分及自重分布計算

圖2 貝雷梁工況計算圖

圖3 貝雷梁布置斷面

經(jīng)施工方案對比、調(diào)整、優(yōu)化，最終確定本工程橋梁東、中、西各段長度分別為11.4m、8m、11.4m，且貝雷架布置密度能夠滿足貝雷梁最小搭設(shè)空間要求。

5 結(jié)語

在該工程中，施工單位結(jié)合現(xiàn)場施工環(huán)境和通航要求，對貝雷梁支架組合方式進行計算、調(diào)整和優(yōu)化，最終確定了最佳施工方案。經(jīng)施工實踐，貝雷梁最大撓度控制在計算范圍內(nèi)，能夠滿足貝雷梁支架施工技術(shù)要求，有效控制了貝雷梁支架撓度變形情況的發(fā)生。 通過本工程實踐研究，針對凈空高度限制日益嚴格的情況，通過預應力施工技術(shù)的合理運用， 能夠?qū)崿F(xiàn)有限空間施工的順利開展，為同類工程施工提供了有益的參考。