超寬波浪形魚腹式現(xiàn)澆橋梁支撐體系研究

王志剛WANG Zhi-gang

（中鐵一局集團(tuán)有限公司，西安 710054）

0 引言

成都博覽城綜合交通樞紐工程，是集地鐵（連接地鐵1 號(hào)線、6 號(hào)線、18 號(hào)線和16 線換乘車站）、道路交通、商業(yè)、園林景觀為一體的地下四層的城市交通綜合體，總建筑面積約為35.4 萬(wàn)平米。其中福州路橋與地鐵1 號(hào)線福州路站交叉，三面鄰近地鐵車站結(jié)構(gòu)，此部分橋臺(tái)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)與同區(qū)域的地鐵結(jié)構(gòu)同時(shí)施工，是本工程交叉施工最復(fù)雜、施工組織難度最大的分部工程。施工前應(yīng)對(duì)具體各細(xì)部構(gòu)件實(shí)施先后順序進(jìn)行組織優(yōu)化。橋臺(tái)承臺(tái)采用地鐵結(jié)構(gòu)施工的同一套支架系統(tǒng)，承臺(tái)應(yīng)在地鐵結(jié)構(gòu)頂板防水完成后進(jìn)行澆筑，待承臺(tái)施工完畢后方可拆除支架。

福州路橋全長(zhǎng)376.5m，橋?qū)?7.4m，北附橋長(zhǎng)27.5m，南附橋長(zhǎng)68.5m，現(xiàn)澆梁采用魚腹式形式、寬度達(dá)77.4m，單片梁澆筑混凝土6000m3，現(xiàn)澆梁寬度達(dá)到了國(guó)內(nèi)之最。橋梁分為主線橋、北附橋、南附橋。主線橋跨布置為9×40.5m，采用預(yù)應(yīng)力混凝土等高連續(xù)箱梁橋，梁高2.5m，橋臺(tái)處橫梁采用等高設(shè)置，中橫梁及邊橫梁采用波浪形，主線橋共分為3 聯(lián)，每聯(lián)3 跨，聯(lián)間設(shè)過(guò)渡墩，設(shè)入橋臺(tái)長(zhǎng)度，主線橋總長(zhǎng)373.5m，橋?qū)?7.4m。南附橋、北附橋橋跨布置均為2×40.5m，其中北附橋梁高3m，南附橋梁高2.5m，均采用預(yù)應(yīng)力混凝土直腹板連續(xù)箱梁橋，橋梁總長(zhǎng)度均為86.9m。

袁文俊，胥悅，方偉名[1]針對(duì)成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)T2 航站樓高架橋異性超高魚腹式箱梁提出了DURALOK 新型碗扣支撐體系在大跨度超高魚腹式箱梁施工過(guò)程中的應(yīng)用技術(shù)。龔俊，徐攀，王佳源[2-3]等在深圳前海觀景橋變截面魚腹式連續(xù)箱梁及支架模板施工時(shí)利用有限元軟件分析驗(yàn)算了碗扣支架、主分配梁、次分配梁、主承重梁、次承重梁的支撐體系，模擬驗(yàn)算為深圳前海觀景橋的現(xiàn)場(chǎng)施工提供了科學(xué)合理的依據(jù)。張紅梅[4]對(duì)魚腹式現(xiàn)澆箱梁支架搭設(shè)與預(yù)壓技術(shù)質(zhì)量控制進(jìn)行了應(yīng)用效果分析。李傳輝，李慧瑩，趙倩[5-6]等結(jié)合清遠(yuǎn)市北江市區(qū)段南岸綠道工程水上S 形魚腹式景觀橋模板支撐體系設(shè)計(jì)做了應(yīng)用闡述。本文在此基礎(chǔ)上，利用有限元軟件設(shè)計(jì)了成都博覽城綜合交通樞紐福州路橋超寬波浪形魚腹式箱梁橫梁碗扣支架和組合支架搭建的支撐體系，以期為超寬異性魚腹式現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和高大模板支撐體系施工提供指導(dǎo)。

1 超寬波浪形魚腹式箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 主線橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主線橋第一聯(lián)為3×40.5m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。箱梁總寬度77.4m，在非橫梁位置標(biāo)準(zhǔn)斷面，通過(guò)3 道2cm寬結(jié)構(gòu)縫，將箱梁分為4 幅。2 個(gè)中幅箱梁為單箱四室箱梁截面，頂板寬24.33m，底板寬20.5m，梁高為2.5m，箱梁標(biāo)準(zhǔn)段頂板厚25cm，底板厚25cm，腹板厚64cm，在支承附近腹板增厚至130cm，過(guò)渡段長(zhǎng)7.2m。橋墩位置的橫梁均采用波浪形，高3.2～4.56m；橋臺(tái)位置橫梁采用4.2m 等高；中橫梁寬5m，端橫梁寬3m，與標(biāo)準(zhǔn)段箱梁間采用0.9m 長(zhǎng)的倒T 形角進(jìn)行過(guò)渡。2 個(gè)邊幅箱梁為單箱雙室箱梁截面，頂板寬14.35m，底板寬10.5m。箱梁采用結(jié)構(gòu)找坡，頂?shù)装迤叫?，腹板豎直。承臺(tái)頂至箱梁底最高29m，支架搭設(shè)平均高度為27.36m。

1.2 附橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

北附橋?yàn)?0.5m+40.5m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。箱梁總寬27.34m，斷面采用直腹板箱梁，為單箱五室截面，懸臂長(zhǎng)度為1.85m；縱向箱梁為等高連續(xù)箱梁，梁高3m；梁頂?shù)拙壠叫?。箱梁?biāo)準(zhǔn)段頂板厚25cm，底板厚25cm，腹板厚50cm，在支承附近腹板增厚至100cm。中橫梁寬4m，端橫梁寬2.5m，高4m。承臺(tái)頂至箱梁底最高29m，支架搭設(shè)平均高度為8.6m。福州路橋橫向?qū)挾却?，在混凝土收縮徐變及施工條件的天氣條件影響下，混凝土表面易產(chǎn)生干縮龜裂等現(xiàn)象。為保證橫梁結(jié)構(gòu)的抗裂性，上部主體結(jié)構(gòu)混凝土均摻入聚丙烯腈纖維。

南附橋?yàn)?0.5m+40.5m 預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁。箱梁總寬49.84m，斷面采用直腹板箱梁，通過(guò)2cm 寬結(jié)構(gòu)縫，橫向分為2 個(gè)單箱四室截面；縱向箱梁為等高連續(xù)箱梁，梁高為2.5m；梁頂?shù)拙壠叫?。箱梁?biāo)準(zhǔn)段頂板厚25cm，底板厚25cm，腹板厚50cm，在支承附近腹板增厚至100cm。中橫梁寬4m，端橫梁寬2.5m，高4m。承臺(tái)頂至箱梁底最高29m，支架搭設(shè)平均高度為8.6m。

1.3 異形魚腹式箱梁橫梁支架搭建技術(shù)難點(diǎn)分析

1.3.1 實(shí)心魚腹式波形端橫梁異形結(jié)構(gòu)，混凝土體量巨大

本項(xiàng)目箱梁結(jié)構(gòu)采用實(shí)心魚腹式波形端橫梁，屬于超寬異形結(jié)構(gòu)，實(shí)體結(jié)構(gòu)高4.2～4.5m，寬度5m，長(zhǎng)度77.4m，混凝土總方量達(dá)到1700 余方?，F(xiàn)澆混凝土橫向結(jié)構(gòu)質(zhì)量大，支架安全穩(wěn)定要求高。支架搭設(shè)間距小，密度大，檢查作業(yè)困難，對(duì)技術(shù)要求高。

1.3.2 超寬比梁，截面變化頻繁，沉降量不均

縱向采用魚腹式波形端橫梁為實(shí)心結(jié)構(gòu)，跨中采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心箱梁。從梁端到跨中，梁體質(zhì)量變化大，滿堂支架受力大小不均，另外一方面箱梁截面中腹板處混凝土厚度大頂板及底板，因此支架的沉降量也不同，支架設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，規(guī)格較多。魚腹梁波形梁不規(guī)則，墩頂梁較高薄厚變化頻繁問(wèn)題，易產(chǎn)生豎向荷載不均勻，使其桿件的彈性變形不均勻，導(dǎo)致早期裂縫。由于支撐立桿（或立柱）不均勻分布，各部分剛度分布不一致，支架結(jié)構(gòu)搭設(shè)難度大，易產(chǎn)生變形。產(chǎn)生的不規(guī)則的水平力，導(dǎo)致支架水平方向有不規(guī)則的變形問(wèn)題。

1.3.3 基坑較深，支架搭設(shè)的高度較高

本項(xiàng)目承臺(tái)頂至箱梁底最高29m，支架搭設(shè)平均高度為27.36m，模板支架屬于高大模板支撐系統(tǒng)，必須編制專項(xiàng)方案并經(jīng)專家論證。高大模板本身高度太高，不均勻荷載對(duì)其變形和穩(wěn)定都有較大影響，因此對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的變形有很大影響，進(jìn)而施工過(guò)程中控制不好容易產(chǎn)生裂縫?；谏鲜鰡?wèn)題，對(duì)支架的安全穩(wěn)定提出了更高的要求，進(jìn)而對(duì)支架的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，需要通過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算來(lái)滿足要求。

2 支撐體系關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)研究

2.5 m 高箱梁，3.0m 高箱梁采用純碗扣式支架，支架設(shè)計(jì)以3.0m 高箱梁為例設(shè)計(jì)計(jì)算，端橫梁段支架采用Φ48×3.0mm 純碗扣式支撐系統(tǒng)和Φ609×16mm 鋼支撐+型鋼挑梁+貝雷梁+分配梁+碗扣式組合支架兩種?？缙缕胀ǘ谓M合支架采用φ609mm 壁厚16mm 鋼支撐立柱+工字型鋼挑梁+貝雷梁+縱向工字型鋼分配梁+橫向槽鋼分配梁+碗扣式組合支架。

2.1 副橋3.0m 箱梁純碗扣式支架

箱梁頂板底板由普通段25cm 厚向45cm 過(guò)渡，腹板厚度由普通段50cm 向100cm 過(guò)渡，北附橋的上半段支架、南附橋上半段支架采用Φ48×3.0mm 碗扣式支撐系統(tǒng)。

2.1.1 板及腹板普通段支架

普通空格室部位立桿縱橫向與橫桿步距按900×900×1200mm 設(shè)置，腹板下立桿縱橫向與橫桿步距按900×（600+600）×1200mm，其中600+600 表示腹板下橫向立桿間距加密為600mm。

2.1.2 底板及腹板加厚過(guò)渡段段支架

墩柱中心兩側(cè)7.2m 范圍內(nèi)底板增厚漸變段立桿縱橫向與橫桿步距按600×900×1200mm 設(shè)置；腹板增厚漸變段立桿縱橫向與橫桿步距按600×（600+600）×1200mm 設(shè)置，其中600+600 表示腹板下橫向立桿間距加密為600mm。

2.1.3 頂板內(nèi)模支架

支架立桿縱橫向與橫桿步距按600×（600+900）×1200mm 設(shè)置，其中600+900 表示頂板內(nèi)模橫向立桿間距按600+900mm 交錯(cuò)布置。立桿上設(shè)縱、橫向水平聯(lián)桿，不設(shè)剪刀撐。（圖1）

圖1 福州路主線橋中幅箱梁模板支架橫斷面圖

2.2 端橫梁純碗扣式支架

端橫梁采用4.5m 高，縱橋向?qū)?m 的截面進(jìn)行檢算，代替其余尺寸小于此截面的端橫梁。支架采用Φ48×3.0mm 純碗扣式支撐系統(tǒng)和Φ609×16mm 鋼支撐+型鋼挑梁+貝雷梁+分配梁+碗扣式組合支架兩種。為緩解于作業(yè)人員操作空間的局限性，立桿橫桿間距300（橫橋向）×600（縱橋向）×1200mm 設(shè)置。（圖2）

圖2 波浪形端橫梁模板支架橫斷面圖

2.3 跨坡普通段組合支架

因主線橋第1 聯(lián)第1 跨基坑底高程及邊坡面走向縱橫交錯(cuò)，為便于跨越陡坎及坡面交錯(cuò)段，采用φ609mm 壁厚16mm 鋼支撐立柱+工字型鋼挑梁+貝雷梁+縱向工字型鋼分配梁+橫向槽鋼分配梁+碗扣式組合支架。鋼支撐橫向最大間距為11.25m，縱向跨距為3m 的布置形式，鋼支撐最大高度6.5m，立柱之間采用[14 槽鋼作剪刀撐加固?？v向工字型鋼挑梁采用Ⅰ45 雙拼，貝雷片間距為45cm。貝雷梁上方縱向鋪設(shè)Ⅰ25 工字鋼，間距60cm，Ⅰ25 工字鋼上橫向鋪設(shè)[12 槽鋼，間距與碗扣支架間距一致。

2.4 橋臺(tái)下6 號(hào)線車站主體結(jié)構(gòu)先期施工組合支架

因地鐵6 號(hào)線的主體結(jié)構(gòu)處于福州路主線橋的正下方，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及合同工期，須先施工橋梁結(jié)構(gòu)再施工地鐵車站結(jié)構(gòu)，A9 橋臺(tái)與6 號(hào)線主體結(jié)構(gòu)交叉關(guān)系復(fù)雜，應(yīng)先施工主體結(jié)構(gòu)，接著在其頂板上澆筑承臺(tái)鋼筋混凝土，為避免承臺(tái)混凝土的濕重及施工活載對(duì)車站頂板結(jié)構(gòu)造成開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)，采用碗扣支架支撐系統(tǒng)，管材直徑48mm、壁厚3.0mm，采用Q345 材質(zhì)材料制造，使用鋼管作為剪刀撐構(gòu)造材料。支架縱橫向與橫桿步距按600×600×600mm 設(shè)置，剪刀撐布置間距不大于4.8m。天托上橫向鋪設(shè)10cm×10cm 的分布大方木，方木間距為60cm，大方木上縱向向鋪設(shè)5cm×8cm 的分布小方木，小方木間距為20cm，然后在其上鋪設(shè)底模，底模采用15mm 厚的竹膠板。模板支撐架四周從底到頂連續(xù)設(shè)置豎向剪刀撐，豎面縱橫向剪刀撐由底至頂連續(xù)設(shè)置橫向剪刀撐，間距不大于5m；剪刀撐底端應(yīng)與地面頂緊，水平面剪刀撐步距不大于5m。斜桿與地面夾角在45°～60°之間，斜桿每步與立桿扣接。剪刀撐應(yīng)采用搭接，搭接長(zhǎng)度不得小于1000mm，用兩個(gè)以上旋轉(zhuǎn)扣件分別在離桿端不少于100mm 處進(jìn)行固定。

2.5 碗扣式滿堂支架剪刀撐設(shè)置要求

模板支撐架四周從底到頂連續(xù)設(shè)置豎向剪刀撐，豎面縱橫向剪刀撐由底至頂連續(xù)設(shè)置橫向剪刀撐，間距不大于5m；剪刀撐底端應(yīng)與地面頂緊，水平面剪刀撐步距不大于5m。斜桿與地面夾角在45°～60°之間，斜桿每步與立桿扣接。剪刀撐應(yīng)采用搭接，搭接長(zhǎng)度不得小于1000mm，用兩個(gè)以上旋轉(zhuǎn)扣件分別在離桿端不少于100mm 處進(jìn)行固定。（表1）

表1 支架桿件截面尺寸及間距匯總表

3 結(jié)論

為滿足成都博覽城綜合交通樞紐總體工籌安排，通過(guò)支架的設(shè)計(jì)和計(jì)算并進(jìn)行優(yōu)化，提高施工強(qiáng)度和支架穩(wěn)定性，通過(guò)組合支架的設(shè)置加快了施工進(jìn)度并提高了支架體系穩(wěn)定性，對(duì)魚腹式現(xiàn)澆箱梁施工過(guò)程的裂縫控制也起到了關(guān)鍵作用。解決了多幅魚腹式四箱室閉合型超寬箱梁橫橋向超寬，現(xiàn)澆支架基礎(chǔ)多臺(tái)階且同斷面支架高度差異大，支架施工難度大的難題。