特殊工況下的拱橋施工承重支架體系

張文貴

上海市政建設(shè)有限公司 上海 200126

1 工程概況

1.1 橋梁總體概況

上海市大蘆線航道整治工程Y8橋位于大蘆線航道新團蘆港段，與大蘆線航道法線交角7°。主橋采用斜橋正做，橋梁橫斷面布置為雙幅橋，主橋全寬45.15 m，單幅橋?qū)?2.525 m。主橋上部結(jié)構(gòu)由啞鈴形鋼拱肋、預應力混凝土系梁與中橫梁、柔性吊桿及整體化橋面系組成[1-6]。

主橋系梁采用箱形預應力混凝土結(jié)構(gòu)，端橫梁現(xiàn)澆箱形預應力混凝土結(jié)構(gòu)，中橫梁采用T形預應力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中橫梁為廠家預制，在現(xiàn)場安裝。

主橋拱肋跨徑99.2 m，采用啞鈴形鋼管拱肋。拱肋鋼材采用Q345qd橋梁用結(jié)構(gòu)鋼。拱肋成形后，鋼拱肋內(nèi)和拱腳段腹板內(nèi)要灌注C50微膨脹緩凝混凝土。拱肋頂設(shè)吊桿張拉端，系梁底部設(shè)吊桿固定端。

本工程采用先梁后拱法施工。總體施工程序為：中橫梁吊裝→拱腳、端橫梁施工→系梁混凝土澆筑，分階段張拉預應力束→鋼拱肋安裝；鋼管拱內(nèi)填充混凝土→中橫梁濕接縫施工→吊桿安裝及張拉→落架及橋面鋪裝。

1.2 工程區(qū)域情況

Y8主橋橋跨的北側(cè)區(qū)域跨越1條待拓寬改造的團蘆港河道，現(xiàn)狀寬度為35～39 m，河床最低處標高為－0.2 m，拓寬后的新河面寬為85 m。主橋橋跨的南側(cè)區(qū)域東幅為陸岸，西幅跨老萬彭河，工程實施期間需對老萬彭河進行回填處理。

主橋主跨共1跨，主跨南端橋墩墩位P10，P10東墩位于現(xiàn)有馬五公路上，P10中墩位于萬彭河東側(cè)河岸上，P10西墩位于萬彭河西側(cè)河岸上；主跨北端橋墩墩位P11，P11的3個墩位均位于河岸陸上。東半幅橋梁的東側(cè)系梁跨團蘆港的長度約為38 m，中間系梁跨團蘆港的長度約為36 m，西幅橋梁的西側(cè)系梁基本上都位于團蘆港上和萬彭河上（圖1）。

圖1 Y8橋柱墩位置和現(xiàn)場條件平面示意

1.3 工程地質(zhì)條件

該工程場地地面水系發(fā)育，浜塘較多，周圍地形較平坦，地面標高在4 m左右，屬河口、沙嘴、沙島地貌類型。根據(jù)地質(zhì)勘察報告說明，該場地淺層地基土構(gòu)成主要為填土及淤泥，其中填土層底標高1.50～4.03 m，厚度0.4～2.7 m，松散，以耕土為主，含植物根莖，局部為素填土，局部厚度達2.7 m。淤泥層底標高－0.29～－0.19 m，厚度2.4～2.5 m，含有機質(zhì)、腐殖物等，分布于河塘底部。

2 支架體系搭設(shè)的思路與選型

2.1 總體支架搭設(shè)思路

拱橋施工支架體系的選擇需結(jié)合現(xiàn)場實際情況與支架租賃采購市場情況進行綜合分析，需考慮特殊地形地貌、團蘆港河道通航情況、水文地質(zhì)條件以及現(xiàn)場材料庫存條件，市場上對鋼結(jié)構(gòu)平臺、貝雷梁等各部件的采購租賃情況等各類因素。針對本工程的拱橋施工支架體系選擇，我們考慮了以下幾點：

1）施工支架體系的選擇更重要的是結(jié)合該工程特征進行分析研究。該工程中橫梁采用廠家預制，現(xiàn)場吊裝?，F(xiàn)場顯示，部分中橫梁支撐點位于河道范圍。每片中橫梁吊裝就位后，采用兩端型鋼斜撐及兩兩中橫梁預留鋼筋焊接連接，若發(fā)生支架變形或不均勻沉降導致中橫梁傾斜，易發(fā)生中橫梁連鎖傾覆后果。故對支架體系的承載能力、抗變形能力以及中橫梁兩端的不均勻沉降要求極高。

2）拱橋有東西幅橋拱4道主縱系梁，箱形截面，長度逾100 m。西幅橋西側(cè)系梁基本位于萬彭河及團蘆港河道范圍，西幅橋東側(cè)系梁也有23 m位于萬彭河，36 m位于團蘆港河道范圍。而且系梁施工長度范圍內(nèi)一次性澆筑，對系梁支架的強度、剛度及整個支架體系的不均勻沉降要求高。

3）工程位置萬彭河需要清淤后做回填處理。清淤后河道深度預計有3 m，若采用一般形式支架支撐體系，需要對萬彭河進行素土分層回填，而且壓實度須達到92%以上，并要對支架體系范圍內(nèi)進行厚10～15 cm的鋼筋混凝土整平硬化處理。河道回填過程中，由于要保證回填質(zhì)量需采取井點降水、重型機械分層壓實、石灰土處理等措施方能保證地基的強度及承載力要求。若采用鉆孔灌注樁進行地基處理，則需要使用挖機等大型機械在河道回填過程中適當壓實，預計壓實度達到85%以上，以保證河道回填部分樁基的摩擦力及整樁的承載力和鉆孔過程中土方不發(fā)生坍塌。

4）由于該項目前期動拆遷問題，致使工程南北岸引橋完成后，停工1年。1年后復工時，本標段東西相鄰航道及橋梁標段均已經(jīng)全部完工，團蘆港已被拓寬成85 m的標準航道。航道疏浚深度為原河床泥面線下1 m，這無疑增加了橋梁施工的風險。團蘆港航道日常來往貨運船只較多，船只航行時激起的水浪不斷地對橋梁施工范圍的地基進行沖刷，故需沿河岸在比橋梁投影線寬1 m范圍處，全部采用密打鋼板樁圍護，保證支架安全。考慮河船只航行激起水浪對土質(zhì)沖刷影響，故一般的淺埋基礎(chǔ)不能滿足要求，而采用鉆孔灌注樁，規(guī)避這一風險因素。

5）團蘆港為通航航道，經(jīng)和當?shù)睾Ｊ虏块T溝通，需保證通航凈寬16 m、凈高5 m的要求。為此，跨團蘆港航道部分的支撐支架需要考慮大跨度鋼桁架體系。

6）拱橋施工中橫梁、主縱系梁施工完成后還要進行后續(xù)拱肋安裝、鋼拱內(nèi)混凝土填充、吊桿安裝及張拉和橋面系施工，施工工期近1.5年。支架體系在長時間施工期間的安全是橋梁順利完成的關(guān)鍵。

7）選擇橋梁中橫梁、主縱系梁承重支架時，需考慮鋼拱分段的鋼支架具體位置。

綜合上述分析，并結(jié)合工程特點、結(jié)構(gòu)特征、地域現(xiàn)狀，地形地貌等及施工技術(shù)、施工專業(yè)化，裝配化水平和為營造文明、整潔、美觀的現(xiàn)場環(huán)境等因素，通過進一步技術(shù)分析及技術(shù)論證，決定了該橋施工關(guān)鍵結(jié)構(gòu)承重支架體系設(shè)計。

2.2 支架體系的選型

1）拱腳段與端橫梁支架體系。拱腳段與端橫梁混凝土同時澆筑，通過搭設(shè)鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺來實現(xiàn)。鋼作業(yè)平臺支撐靠近端橫梁處通過設(shè)置在橋墩混凝土承臺上的鋼立柱完成，其余部分由中橫梁、系梁一體化支架承重完成。

2）中橫梁支架體系。從P10中墩起的約38 m陸域范圍采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)及鋼立柱、型鋼組合鋼平臺支撐中橫梁?？紤]到鋼拱分段支撐點及團蘆港航道，其余約58 m范圍采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)及鋼立柱、組合貝雷梁鋼絎架組成的鋼平臺支撐中橫梁。

3）主縱系梁支架體系。與中橫梁支撐體系相對應，陸域部分系梁采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)及鋼立柱、型鋼組合鋼平臺支撐系梁混凝土現(xiàn)澆作業(yè)；其余水域部分采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)及鋼立柱、組合貝雷梁鋼桁架組成的鋼平臺支撐系梁混凝土現(xiàn)澆作業(yè)。

3 支架體系設(shè)計

3.1 航道跨T形中橫梁支架設(shè)計

為保證團蘆港航道通航要求，中跨按照18 m（航道凈跨16 m）進行設(shè)計。

水中樁基礎(chǔ)采用φ1 000 mm鉆孔灌注樁，鋼筋籠長9 m，入土深度25 m。東幅橋與西幅橋采用6樁群樁承臺，中間幅采用10樁群樁承臺。立柱采用φ400 mm鋼管柱，對應樁中心布置。采用雙拼50b#工字鋼作為連接φ400 mm鋼管柱的蓋梁?？绾佣沃骺v梁采用6排上下加強型貝雷桁架，2排貝雷架以45 cm支撐架連接為1組桁架片之間采用支撐架連接；貝雷桁架梁上鋪設(shè)4根20b#工字鋼（4根16#槽鋼），以及H型鋼組合支墩，作為T形橫梁擱置基礎(chǔ)。為保證T形中橫梁端部標高的調(diào)整，采用不同厚度鋼板進行標高調(diào)整（圖2、圖3）。

圖2 中橫梁平臺縱斷面示意

圖3 中橫梁平臺橫斷面示意

經(jīng)模型驗算得出，組合貝雷梁桁架的變形預計有2 cm，為進一步減小變形，同時為和陸域段的支架體系變形基本一致，采取組合貝雷梁桁架中增加1片加強型貝雷梁，在主縱梁組合貝雷梁中橫梁支點處增加2根16#槽鋼作為豎向桿件加強，依據(jù)預壓結(jié)果在中橫梁支點處用鋼板調(diào)整擱置標高等3個方面措施，以保證橋梁主系梁的線性和外觀質(zhì)量。

3.2 陸域跨T形中橫梁支架設(shè)計

陸域基礎(chǔ)采用φ800 mm灌注樁，鋼筋籠長4.5 m，系梁側(cè)樁長15 m深，T形中橫梁側(cè)樁長28 m深，對應T形梁底腹板打設(shè)?；炷脸信_基礎(chǔ)1.25 m×1.25 m×0.5 m，樁端深入承臺10 cm。立柱采用φ400 mm鋼管柱，對應樁中心布置。

采用雙拼32b#工字鋼作為連接φ400 mm鋼管柱的蓋梁；5 m陸域跨主縱梁采用雙拼28b#槽鋼組合；雙拼28b#槽鋼主縱梁上鋪設(shè)4根20b#工字鋼（4根16#槽鋼），以及H型鋼組合支墩，作為T形橫梁擱置基礎(chǔ)。為保證T形中橫梁端部標高，采用不同厚度鋼板進行適時調(diào)整。

經(jīng)驗算陸域T形中橫梁鋼結(jié)構(gòu)支加體系，400 mm鋼立柱、雙拼32#工字鋼蓋梁、雙拼28#槽鋼主縱梁強度、剛度均滿足承載要求。φ800 mm鉆孔樁中橫梁側(cè)樁深28 m、系梁側(cè)樁深15 m，承載力、沉降均滿足要求。

3.3 航道跨箱形系梁支架設(shè)計

為保證團蘆港航道通航要求，中跨按照18 m（航道凈跨16 m）進行設(shè)計。

水中樁基礎(chǔ)采用φ1 000 mm鉆孔樁，鋼筋籠長9 m，入土深度25 m。東幅橋與西幅橋采用6樁群樁承臺，中間幅采用10樁群樁承臺。立柱采用φ400 mm鋼管柱，對應樁中心布置。采用雙拼50b#工字鋼作為連接φ400 mm鋼管柱的蓋梁。

跨河段主縱梁采用6排上下加強型貝雷桁架，桁架間距45 cm（30 cm），桁架片之間采用支撐架連接。貝雷桁架梁上鋪設(shè)10#槽鋼，間距50 cm，作為小橫梁分配傳力。搭設(shè)縱向和橫向間距50 cm的鋼管扣件支架。模板體系采用間距20 cm的5 cm×10 cm方木楞和厚18 mm的九夾板。

經(jīng)驗算，取中間幅跨度最大18 m貝雷梁桁架，主縱梁采用6排上下加強型貝雷桁架、雙拼50#工字鋼蓋梁、φ400 mm鋼立柱強度和剛度均滿足承載要求，深25 m的φ1 m鉆孔樁承載力滿足要求。

主縱梁組合加強型貝雷梁桁架撓度有1.5 cm，為減小變形，同時為和陸域段的支架體系變形基本一致，采用在組合貝雷梁桁架中增加一片加強型貝雷梁，系梁混凝土澆筑時分底腹板和頂板2次澆筑，系梁安裝模板時根據(jù)預壓結(jié)果調(diào)整底模板標高等3種方法，以保證橋梁主系梁的線性和外觀質(zhì)量。

3.4 陸域跨箱形系梁支架設(shè)計

陸域基礎(chǔ)采用φ800 mm灌注樁，鋼筋籠長4.5 m，系梁側(cè)樁長15 m，中間系梁部位樁長25 m，T形梁側(cè)樁長28 m深，對應T梁底腹板打設(shè)?；炷脸信_基礎(chǔ)1.25 m×1.25 m×0.50 m，樁端深入承臺10 cm；立柱采用φ400 mm鋼管柱，對應樁中心布置。采用雙拼32b#工字鋼作為連接φ400 mm鋼管柱的蓋梁。5 m陸地跨主縱梁采用雙拼28b#槽鋼；雙拼28b#槽鋼主縱梁上鋪設(shè)10#槽鋼，間距50 cm，作為小橫梁分配傳力。搭設(shè)縱向和橫向間距50 cm的鋼管扣件支架。模板體系采用間距20 cm的5 cm×10 cm方木楞和厚18 mm的九夾板。系梁實腹位置，在雙拼28b#槽鋼主縱梁上鋪20b#工字鋼，間距50 cm，作為小橫梁分配傳力。

經(jīng)驗算，陸域段系梁承重支架體系雙拼32#工字鋼、雙拼28#槽鋼、φ400 mm鋼立柱等構(gòu)件強度、剛度、穩(wěn)定性均能滿足承載要求，中橫梁側(cè)深28 m的φ800 mm鉆孔樁、系梁側(cè)深15 mφ800 mm鉆孔樁，沉降基本接近為4 mm和6 mm，承載力滿足要求。

3.5 鋼支架平臺布置技術(shù)要求

1）本工程主橋與河道斜交7°，主橋與河道采用斜交正做，支架同樣與河道斜交正做。通航孔支架支墩樁橫軸線也同樣與河道斜交正做。為確保通航凈寬不小于16 m，通航孔兩支墩中心間距設(shè)為18 m。

2）本工程河道上支架采用組合貝雷桁架梁，根據(jù)貝雷梁技術(shù)特性，支架合理支承點設(shè)在貝雷梁的豎桿位置，即支架跨徑設(shè)為1.5 m整數(shù)倍。個別局部節(jié)點支撐點不在貝雷梁豎桿位置時，須在貝雷梁上下弦增加豎向形鋼桿件加強。

3）陸上支架采用雙拼28b#槽鋼組合，跨度5 m，為保證陸上支架與河道上支架結(jié)合部的受力合理性，需將水陸交接位置樁基礎(chǔ)做成群樁基礎(chǔ)，設(shè)置成整體混凝土承臺。

4）團蘆港南岸近拱腳第1段陸上支架由于考慮避讓防汛墻的需要，鉆孔樁基礎(chǔ)不能對應T形中橫梁腹板打設(shè)，將產(chǎn)生過大的跨中彎矩，則考慮在部位使用32b#工字鋼替換雙拼28b#槽鋼作為主梁。

5）鋼平臺設(shè)計構(gòu)件中，雙拼型材之間必須采用鋼板連成整體，在集中力作用點位置需設(shè)置加勁板，鋼管立柱端部需做加強處理。

3.6 支架預壓和沉降觀測

1）支架預壓設(shè)計。支架搭設(shè)完成后在進行安裝鋼筋前需要進行支架預壓。預壓荷載為施工荷載（結(jié)構(gòu)恒載與模板質(zhì)量之和）的1.2倍。采取砂袋全斷面堆載預壓，確定支架體系的穩(wěn)定性及變形是否滿足要求，并根據(jù)支架變形量（彈性變形部分）確定底模板的預拋高值。施工中選擇通航孔（支架跨度大）、萬彭河區(qū)段拱腳段區(qū)域（施工荷載大并且地基穩(wěn)定性差）2個代表性區(qū)段進行支架預壓。

2）支架預壓加載。支架預壓采取3級加載，3級加載依次為預壓荷載值的60%、80%、100%。荷載布置縱橋向從支架跨中向支點處對稱布載，橫橋向從系梁縱橋向軸線向兩邊對稱布載。每級加載完成后每間隔12 h對支架進行沉降量監(jiān)測，當支架頂部監(jiān)測點12 h的沉降量平均值小于2 mm時，可進行下一級加載。

3）支架預壓監(jiān)測。支架沉降觀測點縱向采取5個斷面，即支墩、1/2跨、1/4跨處。每個觀測點斷面上的監(jiān)測點不少于5個。沉降觀測時間分別為堆載前、分級加載過程（跟蹤觀測，當分級加載為預壓荷載值的60%、80%時每隔12 h小時監(jiān)測1次。當分級加載至100%后每隔24 h沉降觀測1次）、卸載6 h后。通過支架預壓，基本消除支架非彈性變形量，彈性變形量要滿足支架剛度要求。

4）預壓結(jié)果。預壓結(jié)果顯示，支架穩(wěn)定，變形滿足支架設(shè)計要求和規(guī)范要求。陸域段采用型鋼支架，跨度5 m，剛度比較大，變形較小，非彈性變形3 mm，彈性變形4 cm；航道段采用組合加強型貝雷梁桁架，最大跨度18 m，剛度較弱，非彈性變形5 mm，彈性變形為18 mm。

4 結(jié)語

目前，跨航道、河道施工的橋梁項目越來越多，通常都采用在水域和陸域搭設(shè)承重支架進行橋梁現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)的施工。經(jīng)過多座橋梁的施工實踐，根據(jù)現(xiàn)場不同工況和地形、地貌進行承重支架的技術(shù)分析、設(shè)計顯得尤為重要。其中型鋼貝雷梁組合結(jié)構(gòu)承重支架施工安全，結(jié)構(gòu)受力簡單，強度、剛度均能滿足承載要求，變形能得到有效控制，保證了橋梁外觀線性和施工安全。同時裝配式專業(yè)化程度高，施工速度快；外形整齊美觀，文明施工管理的水平也進一步提升，廣泛應用于同類型工程的建設(shè)，為危大工程的風險管控提供了技術(shù)保證。