龍門(mén)大橋東引橋大跨徑現(xiàn)澆箱梁施工關(guān)鍵技術(shù)

基金項(xiàng)目：

廣西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“超大跨徑懸索橋約束體系、抗風(fēng)、錨碇設(shè)計(jì)與施工技術(shù)創(chuàng)新與示范（自籌）”（編號(hào)：2022AB22001）

作者簡(jiǎn)介：王樹(shù)華（1984—），高級(jí)工程師，研究方向：土木工程項(xiàng)目管理。

文章以龍門(mén)大橋東引橋第一聯(lián)連續(xù)箱梁為依托，對(duì)大跨徑現(xiàn)澆箱梁支架提出三種不同的方案并進(jìn)行比選，確定采用鋼管柱+桁架梁組合支架進(jìn)行東引橋第一聯(lián)箱梁現(xiàn)澆，該方案支架穩(wěn)定性高，施工簡(jiǎn)便，施工作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)低，支架總用鋼量少，施工成本低。目前，龍門(mén)大橋東引橋第一聯(lián)已完成左幅49#～50#跨箱梁施工，驗(yàn)證了該方案實(shí)施的可行性，可為類(lèi)似大跨徑現(xiàn)澆箱梁施工提供參考。

大跨徑支架；有限元計(jì)算；施工技術(shù)

U448.21+3A561954

0?引言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁已廣泛應(yīng)用于橋梁建設(shè)中，一般采用落地支架作為箱梁現(xiàn)澆支撐結(jié)構(gòu)。目前采用較多的支架方案為鋼管柱+貝雷梁組合支架或盤(pán)扣式滿(mǎn)堂支架。在地質(zhì)要求方面，以上兩類(lèi)支架形式對(duì)于地質(zhì)承載力要求高，如盤(pán)扣式滿(mǎn)堂支架施工需對(duì)支架投影面下的地基進(jìn)行處理［1］。在跨越能力方面，對(duì)于國(guó)內(nèi)50 m跨的連續(xù)箱梁，鋼管柱+貝雷梁組合支架的跨徑一般不超過(guò)12 m。在遇到不良地質(zhì)、高陡邊坡等不利情況下，需要加大支架的跨越能力，傳統(tǒng)的鋼管柱+貝雷梁組合支架不能滿(mǎn)足使用要求，故需另進(jìn)行大跨徑現(xiàn)澆箱梁支架方案的設(shè)計(jì)及比選。

1?龍門(mén)大橋東引橋工程概況

龍門(mén)大橋東引橋共47跨，分為十聯(lián)。其中，第一聯(lián)（48#～51#跨）為等截面連續(xù)現(xiàn)澆箱梁，在主橋過(guò)渡墩與錨碇橫梁之間，位于擦人墩島上，墩柱高35～44 m。箱梁為單箱單室，高3 m，頂板寬16.25 m，底板寬7.45 m，腹板厚50～80 cm，頂板厚68～28 cm。底板厚70～30 cm。箱梁斷面設(shè)計(jì)圖如圖1所示。東引橋第一聯(lián)共四跨，設(shè)計(jì)圖紙內(nèi)的施工順序?yàn)橹鹂缡┕?，第一施工階段為58 m長(zhǎng)，第二、三施工階段為50 m長(zhǎng)，第四施工階段為42 m長(zhǎng)。

東引橋第一聯(lián)采用鋼管柱+貝雷梁組成的落地支架進(jìn)行現(xiàn)澆箱梁施工，貝雷梁最大跨徑為9 m。但由于49#～50#跨箱梁跨越錨碇施工區(qū)域?yàn)楦叨高吰?，不利于設(shè)置鋼管柱作為支架支點(diǎn)，故需增大支架跨徑至24 m以上，使現(xiàn)澆支架能夠跨越高陡邊坡，保證支架使用的穩(wěn)定性。

2?大跨徑現(xiàn)澆箱梁支架方案選擇

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于較大跨徑現(xiàn)澆箱梁支架的設(shè)計(jì)思路主要有鋼管柱+桁架梁組合支架、鋼管柱+雙層貝雷梁組合支架、膺架法現(xiàn)澆支架三種方向。

鋼管柱+桁架梁組合支架方案主要利用魚(yú)腹桁架梁以提高桁架梁剛度、降低桁架梁撓度，可以大大降低支架用鋼量。桁架梁跨越能力達(dá)到24 m以上，可以減少臨時(shí)基礎(chǔ)及鋼管柱的搭設(shè)。

鋼管柱+雙層貝雷梁組合支架方案主要利用雙層貝雷梁增加跨越能力，減少中間臨時(shí)基礎(chǔ)及鋼管柱，用增加的貝雷梁數(shù)量代替臨時(shí)基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)合理，總用鋼量較多［2］。

膺架法現(xiàn)澆支架方案為大跨桁架支架，采用斜向柱取代臨時(shí)基礎(chǔ)，并在斜向柱下設(shè)置水平拉桿，結(jié)構(gòu)受力性能好，用鋼量少，成本低。膺架法需設(shè)置拉桿以平衡水平力，且斜向柱不適宜設(shè)計(jì)過(guò)長(zhǎng)，影響支架穩(wěn)定性，故該方案適合矮橋墩施工。

從結(jié)構(gòu)、施工難度、施工成本及施工安全四個(gè)方面對(duì)三種大跨徑現(xiàn)澆箱梁支架方案進(jìn)行對(duì)比，如下頁(yè)表1所示。

對(duì)于鋼管柱+雙層貝雷梁組合支架方案，需要對(duì)大量的貝雷梁節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安裝及檢查，且結(jié)構(gòu)變形相對(duì)較大，穩(wěn)定性差，施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，故不采用該方案。對(duì)于膺架法現(xiàn)澆支架，需要設(shè)置水平拉桿以平衡水平力，搭設(shè)高度較大時(shí)穩(wěn)定性較差，本項(xiàng)目支架高度高，故不采用該方案。

故在東引橋第一聯(lián)箱梁現(xiàn)澆施工中，選定鋼管柱+桁架梁組合支架方案。該方案支架穩(wěn)定性高，施工簡(jiǎn)便，施工作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)低，支架總用鋼量少，施工成本低。

3?東引橋第一聯(lián)箱梁現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)

3.1?支架結(jié)構(gòu)形式

東引橋第一聯(lián)箱梁現(xiàn)澆支架采用鋼管柱+桁架梁組合支架，支架高度39.4 m。主要由墩柱上的牛腿、擴(kuò)大基礎(chǔ)、630鋼管、雙拼或三拼Ⅰ63a工字鋼主橫梁、大跨徑桁架梁、Ⅰ36a工字鋼分配梁組成?，F(xiàn)澆支架整體立面布置如圖2所示。采用有限元軟件Midas Civil對(duì)支架進(jìn)行建模分析，現(xiàn)澆支架的三維模型如圖3所示（圖中未顯示分配梁）。

桁架梁采用魚(yú)腹梁狀的倒三角形桁架形式，設(shè)計(jì)跨徑為25.65 m。桁架梁采用雙拼Ⅰ63a工字鋼組成主框架，由雙拼Ⅰ36a工字鋼組成桁架梁撐桿。雙拼工字鋼設(shè)置連接加強(qiáng)鋼板，保證雙拼工字鋼整體性。在節(jié)點(diǎn)處，對(duì)應(yīng)工字鋼腹板位置設(shè)置節(jié)點(diǎn)加勁板，在腹板側(cè)面設(shè)置加強(qiáng)板，以增加節(jié)點(diǎn)連接的穩(wěn)定性。桁架梁構(gòu)造如圖4所示。

桁架梁在箱梁橫斷面方向共設(shè)置4片，中間兩片桁架梁布置間距為4.7 m，外緣桁架梁與中間桁架梁間距為2.5 m。

3.2?支架有限元分析

采用有限元軟件Midas Civil對(duì)箱梁現(xiàn)澆支架進(jìn)行模擬計(jì)算，支架承受荷載包括支架自重、箱梁鋼筋混凝土荷載、施工荷載、風(fēng)荷載。

按承載能力極限狀態(tài)法對(duì)支架進(jìn)行荷載組合，組合系數(shù)為：1.2×支架自重+1.2×箱梁鋼筋混凝土自重+1.4×施工荷載+1.1×風(fēng)荷載。支架鋼材材質(zhì)為Q235a，組合應(yīng)力容許值為215 MPa，剪應(yīng)力容許值為125 MPa。

計(jì)算結(jié)果如表2所示。由表2可知，支架結(jié)構(gòu)各構(gòu)件組合應(yīng)力及剪應(yīng)力均滿(mǎn)足要求。

對(duì)于結(jié)構(gòu)變形，按正常使用極限狀態(tài)法對(duì)支架進(jìn)行荷載組合計(jì)算，各荷載作用的分項(xiàng)組合系數(shù)均為1.0。從有限元計(jì)算結(jié)果得出，桁架梁結(jié)構(gòu)整體最大下?lián)蠟?6.0 mm，發(fā)生于結(jié)構(gòu)跨中中心段，根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG T 3650-2020）中條目5.2.8所述“支架受載后撓曲的桿件（橫梁、重量），其彈性撓度為相應(yīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算跨度的1/400”，本結(jié)構(gòu)彈性撓度最大值采用桁架梁25.65 m跨徑的1/400，即64.1 mm，計(jì)算得出最大撓度度36.0 mm＜64.0 mm，桁架梁結(jié)構(gòu)變形滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.3?桁架梁焊縫計(jì)算

桁架梁承載鋼筋混凝土荷載時(shí)，受力最不利的構(gòu)件為雙拼2Ⅰ63a工字鋼主梁，故對(duì)桁架梁主梁連接節(jié)點(diǎn)的焊縫進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)組合支架Midas Civil有限元模型計(jì)算結(jié)果，桁架梁主梁內(nèi)力分別為：剪力Q=15 869.8 N，軸力N=2 186 878 N，彎矩M=21 114 130 N·mm。焊縫長(zhǎng)度按設(shè)計(jì)圖取500 mm，焊腳高10 mm，有效焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為480 mm。焊縫應(yīng)力計(jì)算為［3］：

經(jīng)計(jì)算，桁架梁節(jié)點(diǎn)焊縫強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

4?大跨徑現(xiàn)澆箱梁支架施工關(guān)鍵技術(shù)

大跨徑現(xiàn)澆箱梁支架施工主要流程為：預(yù)埋件安裝→基礎(chǔ)施工→鋼管柱安裝→支架橫聯(lián)安裝→主橫梁安裝→桁架梁安裝→分配梁安裝→支架預(yù)壓→模板安裝→鋼筋混凝土施工→預(yù)應(yīng)力施工→支架拆除［4］。

4.1?支架下構(gòu)施工

支架下構(gòu)包括支架擴(kuò)大基礎(chǔ)、墩身牛腿、鋼管柱及主橫梁。

在墩柱范圍外的支架基礎(chǔ)為混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，在對(duì)基礎(chǔ)中心放樣標(biāo)記后，開(kāi)挖至基底承載力滿(mǎn)足要求，再安裝由鋼板和鋼筋組成的預(yù)埋件，使預(yù)埋鋼板中心和設(shè)計(jì)鋼管中心坐標(biāo)一致，并用水平尺測(cè)量，保證預(yù)埋鋼板頂面水平。

在墩柱范圍內(nèi)的支架基礎(chǔ)選用在墩柱上預(yù)留槽口，后設(shè)置鋼牛腿的形式，如圖5所示。采用鋼牛腿的形式可無(wú)需設(shè)置落地鋼管柱，減少材料使用的同時(shí)，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

隨后進(jìn)行鋼管柱及主橫梁的安裝。鋼管柱安裝于擴(kuò)大基礎(chǔ)的預(yù)埋鋼板上，并在四周焊接三角加勁板進(jìn)行加強(qiáng)處理。鋼管柱安裝高度較高，需進(jìn)行接長(zhǎng)，接長(zhǎng)接頭外側(cè)使用4塊矩形鋼板對(duì)鋼管接頭進(jìn)行圍焊補(bǔ)強(qiáng)。鋼管柱安裝過(guò)程進(jìn)行垂直度監(jiān)測(cè)，若有超限立刻進(jìn)行整改。

隨著支架的安裝，需安裝支架間的橫聯(lián)及斜聯(lián)，采用雙拼Ⅰ25a槽鋼作為橫聯(lián)和斜聯(lián)，加強(qiáng)鋼管柱之間的連續(xù)性，靠近橋墩的鋼管柱通過(guò)桿件焊接于墩身上的預(yù)埋鋼板與橋墩進(jìn)行連接，保證支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

主橫梁軸線(xiàn)和鋼管柱排架軸線(xiàn)應(yīng)安裝重合，以保證鋼管柱軸心受壓。將鋼管柱頂切割成凹狀，主橫梁現(xiàn)場(chǎng)吊裝至鋼管柱頂部凹槽內(nèi)，與鋼管柱焊接連接。主橫梁與鋼管柱之間每邊采用2塊三角加勁板焊接加固。

4.2?桁架梁施工

為減少高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，將桁架梁在地面工廠(chǎng)加工制造。制造時(shí)設(shè)置制造胎架，以保證桁架梁的線(xiàn)形滿(mǎn)足要求，防止制造過(guò)程中產(chǎn)生形變。對(duì)于桁架梁框架拼裝，為保證型鋼的受力更加合理，雙拼Ⅰ36a工字鋼撐桿對(duì)應(yīng)雙拼Ⅰ63a工字鋼主梁進(jìn)行安裝，且雙拼Ⅰ36a工字鋼橫向不緊貼，使用連接板進(jìn)行連接。在桁架梁框架焊接完成后，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行加勁板及加強(qiáng)板的焊接。

桁架梁制造過(guò)程中主要焊縫分為對(duì)接焊縫和角焊縫。其中對(duì)接焊縫主要為雙拼工字鋼的連接焊縫，此類(lèi)型焊縫應(yīng)進(jìn)行外觀檢查，焊縫表面不應(yīng)該出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷。角焊縫主要為各節(jié)點(diǎn)處連接、雙拼工字鋼鋼板拼接及加勁板焊接，檢查內(nèi)容焊縫質(zhì)量及焊縫厚度。桁架梁加工完成后進(jìn)行焊縫的無(wú)損檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)的焊縫均合格。

桁架梁安裝采用500 t汽車(chē)吊進(jìn)行施工。安裝前，于地面上采用50 t汽車(chē)吊輔助桁架梁進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，并在主橫梁及桁架梁上相應(yīng)安裝位置做好標(biāo)記，設(shè)置橫向限位裝置。桁架梁起吊后，將其吊入設(shè)置的橫向限位槽后，將安裝位置與標(biāo)記處對(duì)應(yīng)好，進(jìn)行桁架梁臨時(shí)固定，即可進(jìn)行下一片桁架梁的安裝。

桁架梁逐片安裝完成后，進(jìn)行施工平臺(tái)的完善，對(duì)主橫梁上的焊縫進(jìn)行加強(qiáng)，安裝各片桁架梁之間的橫聯(lián)及斜聯(lián)，增加桁架梁的穩(wěn)定性。

4.3?支架預(yù)壓

采用鋼筋堆載進(jìn)行支架預(yù)壓，預(yù)壓荷載分布與箱梁荷載分布一致，為便于荷載施加，在分配梁施工完成后，完善施工平臺(tái)，將鋼筋堆載于分配梁上，提高鋼筋堆載過(guò)程的安全性。

預(yù)壓荷載按0→50％→80％→100%→105%四級(jí)進(jìn)行加載，持荷緩慢施加，在每級(jí)加載穩(wěn)定后，再對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降進(jìn)行采集。當(dāng)支架測(cè)點(diǎn)連續(xù)兩次沉降差平均＜2 mm，方可繼續(xù)加載。荷載加載完成后，按照6 h、12 h、24 h對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降進(jìn)行采集，要求支架彈性變形完成后的沉降趨于收斂且收斂值≤3 mm。卸載時(shí)應(yīng)按四級(jí)緩慢卸載，并做好監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形采集后再進(jìn)行下一級(jí)荷載卸載。

桁架梁沉降觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置3個(gè)斷面，相應(yīng)斷面橫向設(shè)置4個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，即相應(yīng)斷面處的桁架梁位置均設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)。觀測(cè)點(diǎn)采用測(cè)量棱鏡設(shè)于桁架梁底部，便于觀測(cè)。

經(jīng)預(yù)壓過(guò)程對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的測(cè)量，桁架梁跨中觀測(cè)點(diǎn)最大沉降為26.7 mm，施工效果良好。

5?結(jié)語(yǔ)

本文以龍門(mén)大橋東引橋第一聯(lián)連續(xù)箱梁為依托，通過(guò)對(duì)大跨徑現(xiàn)澆箱梁支架提出三種方案進(jìn)行優(yōu)劣對(duì)比分析，采用鋼管柱+桁架梁組合支架進(jìn)行東引橋第一聯(lián)箱梁現(xiàn)澆，該方案支架穩(wěn)定性高、施工簡(jiǎn)便、施工作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)低、支架總用鋼量少、施工成本低。

目前，龍門(mén)大橋東引橋第一聯(lián)已完成左幅49#～50#跨箱梁施工，驗(yàn)證了方案實(shí)施的可行性，本文案例可為類(lèi)似大跨徑現(xiàn)澆箱梁施工提供參考。

參考文獻(xiàn)

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