強風高潮差地區超寬現澆箱梁施工支架方案比選及支架結構受力分析

■林志凌

（漳州市公路局平和分局，漳州 363000）

1 前言

預應力現澆箱梁橋具有整體性能好、結構剛度大、變形小、抗震性能好等優點，在現代公路、鐵路建設中得到越來越廣泛的應用。現澆梁施工通常采用支架法施工，一般常用的支架類型有滿堂支架、鋼管支架及組合支架三種類型。滿堂支架主要用于基礎條件較好的陸地支架施工，鋼管支架主要用于跨路涉堤、涉水及基礎條件較差環境下的支架施工，組合支架則是為適應變高度變截面箱梁而發展起來的支架形式。

本文依托廈漳同城大道西溪主橋邊跨現澆梁，其處沿海高潮差漲落潮灘地，針對該類型區域覆蓋層厚、基礎軟弱，同時強臺風的地理環境的特點，提出一種“鋼管樁+貝雷梁+盤扣支架”的新型組合支架形式，為同條件下現澆梁施工支架提供一種參考借鑒。

2 工程概況

廈漳同城大道三標西溪主橋位于福建省龍海市，跨九龍江西溪，為獨斜塔扭背索斜拉橋，墩、塔、梁固結，跨徑組成為（88+200）m。邊跨為預應力混凝土結構，單箱7室，標準梁寬51m，梁高4m，主跨為鋼箱梁結構。混凝土箱梁伸過主塔15m，通過3m鋼混結合段與首段鋼箱梁連接。西溪主橋橋型布置見圖1。邊跨混凝土箱梁標準橫斷面見圖2。

項目所在地環境條件和地質條件：工程處于沿海地區，5月～10月臺風頻發，設計基本風速達39.7m/s；受潮汐影響，最大潮差達到6.7m；邊跨處于河灘區；航道等級低 （內河Ⅴ級）且受下游錦江懸索橋通航凈空限制（7.9m），大型水上起重裝備難以進場；本橋橋面標高較高，凈高約18m。橋址區地層自地表往下依次是：第四系全新統人工①-1 填土（Q4me），沖海積（Q4al-m）成因的②-1-1粉質粘土、②-2-1淤泥、②-3-1粉砂、②-4-1細砂、②-2-2淤泥、②-1-2粉質粘土、②-4-2細砂、②-5-2中砂、②-4-3細砂、②-5-3中砂、②-6-1粗砂，第四系更新統沖海積（Q3al-m）④-3圓礫，下伏燕山晚期侵入花崗閃長巖（γδ53）及其風化層、二長花崗巖（γ53）及其風化層。

圖1 西溪主橋橋型布置圖（單位：cm）

支架施工技術難點：梁體自重大，支架需在斜拉索全部張拉完成后方可拆除（跨時長），要求支架有足夠的剛度以保證主梁線型，梁下為九龍江西溪灘地，水上設備進場受限，支架安裝、拆除難度大，且橋址靠近九龍江入海口，期間會受多次臺風影響，要求支架有足夠的穩定性。

3 支架方案比選

根據本項目所處環境及施工條件，可實施的支架方案主要有三種：鋼管支架法、鋼管支架+碗扣組合支架，以及鋼管+M60新型組合支架。

下面就這三種支架方案進行比選：

3.1 鋼管支架方案

鋼管支架方案主要指的是滿堂支架法，具有結構迎風面積小，支架抵抗風荷載的能力較強，且材料投入較少，但對地基承載力要求較高，不能被水浸泡等特點。該橋位處為灘地，機械設備無法通行，需要設置搭設支架所需的平臺。并且鋼棧橋至箱梁梁底凈空小，梁體施工完成后支架拆除困難，存在較高的施工安全風險。鋼管支架示意圖詳見圖3和圖4。

3.2 鋼管+碗扣組合支架

鋼管支架+碗扣組合支架結構是在下部搭建鋼管-貝雷梁鋼平臺，在平臺上搭設碗扣式滿堂支架。該組合式支架上部采用便于拆除的碗扣式滿堂支架，便于現場施工，能夠大大降低施工安全風險；但是該項目主梁高度達4m，經計算碗扣式滿堂支架步距應設置為30cm×60cm，局部需加強至30cm×30cm。支架結構十分密集，整體迎風面積較大，臺風期支架整體結構安全風險較大。鋼管+碗扣組合支架示意圖詳見圖5和圖6。

3.3 鋼管+M60新型組合支架

新型組合支架結構上部采用M60盤扣式滿堂支架，其材質為Q345鋼（碗扣材質為Q235鋼），承載能力有很大提升。經計算盤扣支架立桿步距可設置為60cm×90cm，翼緣區可設置為90cm×120cm，是碗扣式滿堂支架搭設步距的1.5～2倍，能夠有效減小支架結構的迎風面積。該類支架安裝、拆除較碗扣式滿堂支架更為方便、安全，工效亦較高，兩個施工工人僅需一天便能完成350m3的支架系統。

圖2 邊跨混凝土箱梁標準橫斷面圖（單位：cm）

圖3 鋼管支架示意圖（單位：cm）

圖4 鋼管支架斷面圖（單位：cm）

圖5 鋼管+碗扣組合支架示意圖（單位：cm）

圖6 鋼管+碗扣組合支架斷面圖（單位：cm）

M60盤扣支架兩側均使用了一種用于支撐箱梁翼緣板現澆的懸挑搭設形式，充分利用了其便于設置懸挑、翼緣板荷載較低等特點，避免了翼緣板下方多搭設幾排滿堂支架造成支架系統橫向尺寸的加寬，減少了鋼結構的投入。同時翼緣板現澆位置支架頂部采用頂托支撐方式，可自由通過調整頂托高度調整支架角度，更無需使用翼緣板現澆所需的桁架支撐結構，可利用桿件間隙通過直接對上部模板開孔進行斜拉索梁端錨塊安裝，提高工效。詳見圖7和圖8。

3.4 比選結果

結合現場施工條件和現澆箱梁結構形式，對三種支架結構形式的利弊分析，最終選擇“鋼管支架平臺+M60盤扣式滿堂支架”的組合支架結構形式，該支架結構安裝、拆除方便，上部滿堂支架搭設間距較大，能夠有效抵抗風荷載，確保支架安全度過臺風期。盤扣支架外表面采用熱鍍鋅處理，有較好的抗海洋環境腐蝕能力。施工支架比選結果見表1。

圖7 鋼管+盤扣新型組合支架縱斷面示意圖（單位：cm）

圖8 鋼管+盤扣新型組合支架橫斷面示意圖（單位：cm）

表1 施工支架比選結果表

4 鋼管+M60新型組合支架結構受力分析及應用情況

4.1 結構設計

（1）下部鋼管支架平臺

鋼管支架鋼立柱型號為Φ820×8，柱間用Φ426×6鋼管平聯和2[25a斜撐連接，順橋向排架間距為6m和9m；在立柱頂部橫橋向布設2HM588×300主橫梁，跨距6.25 m；在橫梁上順橋向鋪設貝雷梁，2～3榀貝雷梁為一組合；貝雷梁上為工25分配梁，Ι25分配梁上為組合鋼面層，鋼面層由Ι10和10mm鋼板組成，鋼板焊接在Ι10工字鋼上。

（2）上部盤扣支架

盤扣支架支撐在平臺上，盤扣式滿堂支架為M60型。立桿規格Φ60×3.2，縱向間距0.9m （橫隔板位置按0.6m加密）， 橫向間距0.6m （腹板下）、0.9m （底板下）、1.2m（斜底板下）；水平桿規格 Φ48×2.5，斜桿規格 Φ42×2.5，水平桿層距1.5m；立桿頂、底端設可調托座，底托下鋪設[20a墊梁以增加鋼平臺面層鋼板剛度，頂托上設分配梁及底模。翼緣區混凝土厚度20cm～35cm，結構較輕，采用懸挑結構。該支架結構節省材料，同時能夠提高斜底板下立桿承載力利用率。

4.2 結構計算分析

采用 ANSYS12.0中的Beam188單元建立支架結構整體有限元模型進行計算分析。鋼立柱柱腳的連接為固接，柱頂與橫梁之間的連接為固接，橫梁與貝雷下弦桿之間的連接為鉸接。按計算荷載值進行加載，對以下工況進行模擬計算。支架整體模型見圖9。

圖9 支架整體模型圖

考慮兩種荷載組合形式，即標準組合和基本組合。

本計算除施工荷載、風荷載和其它荷載視為活載以外，其余荷載如支架自重、鋼筋混凝土重力荷載、模板荷載等均視為恒載。荷載組合形式如下：

標準組合=∑恒載+∑活載

基本組合=1.2∑恒載+1.4∑活載

圖10 工況一支架應力云圖（單位：MPa）

圖11 工況一支架豎向變形云圖（單位：mm）

工況一：支架及模板搭設完成，箱梁尚未澆筑，設計風速橫橋向作用，采用基本組合計算；計算結果見圖10和圖11。計算結果表明：構件最大組合應力為σmax=38.3MPa＜205MPa，構件最大橫橋向變形30mm。因此，支架整體計算主要構件強度均能滿足設計及規范要求。

工況二：箱梁按一次澆筑考慮，工作風速橫橋向作用，采用基本組合計算支架的強度及穩定性；計算結果見圖 12、圖 13和圖 14。

工況三：箱梁按一次澆筑考慮，工作風速橫橋向作用，采用標準組合驗算支架的剛度。計算結果見圖15。

圖12 工況二支架應力云圖（單位：MPa）

圖13 工況二貝雷彎矩圖（單位：N×mm）

圖14 工況二貝雷剪力圖（單位：N）

圖15 工況三支架豎向變形云圖（單位：mm）

計算結果為：貝雷梁 （16Mn）最大彎矩357kN·m＜788kN·m （單排單層貝雷梁結構容許彎矩），最大剪力216kN＜245kN（單排單層貝雷梁結構容許剪力），其它構件（Q235B）最大組合應力為 179MPa＜205MPa，貝雷梁的最大豎向位移為，鋼貝雷梁及鋼立柱的最大豎向位移滿足要求。支架整體主要構件強度、剛度均能夠滿足設計及規范要求。

4.3 現場應用情況

西溪主橋邊跨現澆梁盤扣支架2015年9月16日開始搭設，2016年3月15日邊跨現澆箱梁開始第一節段立柱的最大豎向位移為澆筑施工，2016年6月13日邊跨合龍，2016年11月23日支架拆除完畢。支架施工中的預壓、沉降、變形、應力觀測等參數均滿足要求，且期間經歷了 “蘇迪羅”、“尼伯特”、“莫蘭蒂”、“鲇魚”等臺風惡劣天氣，鋼管+M60新型組合支架在現場實施應用中安裝拆除方便，盤扣立桿間間距較大，抗風效果良好，兩種結構相接處設置墊梁，安全可靠。盤扣支架外表面采用熱鍍鋅處理，施工規范且形象較好。從混凝土澆筑成型至支架拆除，混凝土梁體均未出現任何裂縫。詳見圖16和圖17。

圖16 新型組合支架搭設

圖17 施工完成后橋梁全貌

5 結束語

鋼管+M60新型組合支架體系結構簡單，力學性能優越，抗側向荷載（常見風載）能力強，施工方便，實用性強。可應用于現澆混凝土箱梁施工，尤其適用于沿海或河道淤泥地質、受水流影響較大的河道等特殊施工條件，具有較高的豎向承載能力、抵御變形能力及整體穩定性，其應用前景廣泛。

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[3]劉玉明.牛腿貝雷梁支架在軟弱地基施工中的應用[J].安徽建筑，2014，（01）：101+169.

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