頂升基礎橋墩支架結構設計及施工:鶴大公路牡丹江至寧安段擴建工程原有分離橋

孫汝霖，張永山，閆成柏

(1.黑龍江省慶達水利水電工程有限公司，哈爾濱150080;2.黑龍江省水利四處工程有限責任公司，黑龍江牡丹江157000)

在本刊前文“鶴大公路某分離橋頂升基礎及橋臺支架結構穩定計算”一文中，已將工程概況、頂升加高支架、基礎設計、橋臺支架設計等方面作了論述，本文則主要從橋墩支架計算，支架基礎設計，千斤頂的選擇，頂升支架制作及安裝、基礎混凝土施工及支架承載能力的檢驗等方面進行詳細闡述。

1 橋墩支架計算

每座橋墩的每個支架最大荷載為1 243.2 kN(支座反力Rc=1 243.2 kN)，每個支架擬選用一根無縫鋼管Ф273×10 mm。支架高度6 m，下部與基礎混凝土上預埋的鋼板焊接連接，上部每間隔2 m設置抱柱鋼箍、連桿與墩柱連成整體。支架的計算簡見圖1。

圖1 支架計算簡圖

1.1 無縫鋼管Ф273×10 mm截面參數

截面面積A=82.62 cm2，截面關于x軸慣性矩、y軸慣性矩 Ix=Iy=3 370 cm4，ix=iy=9.31。

1.2 支架受壓強度及穩定驗算

由于Iy=Ix，故只要驗算沿x軸強度及穩定性即可。

R總≈N總，誤差0.035%，精度滿足要求，計算簡圖見圖2。

2 支架計算

2.1 橋臺支架設計

每座橋臺的每個支架荷載為504 kN(支座反力RA=RE=504 kN)，每個支架擬選用雙肢普通槽鋼a25型，組合截面形式，兩肢槽鋼連接采用綴條連接。支架高度6 m，下部與基礎混凝土上預埋的鋼板焊接連接，上部每間隔3 m設置斜撐或水平撐加以約束。支架的計算簡圖見圖3。

圖2 支架受壓強度及穩定驗算簡圖

圖3 支架計算簡圖

2.1 25a型槽鋼單肢截面參數

槽鋼高度H為25 cm;槽鋼高度b為7.8 cm;截面面積A為34.92 cm2;截面關于x軸慣性矩Ix為3 370 cm4;截面關于y軸慣性矩Iy為176 cm4。

2.2 組合截面參數

槽鋼高度H為25 cm;槽鋼寬度b為27 cm;截面面積A為69.84 cm2;截面關于x軸慣性矩Ix為6 740 cm4;截面關于y軸慣性Iy為9 476 cm4。

2.3 綴條設計

采用5×1×35 cm鋼板，呈60°角斜置與槽鋼焊接，間距30 cm，每個支架共計40根綴條。垂直y軸各斜綴條毛截面面積之和A1y為200 cm2。

2.4 支架受壓強度及穩定驗算

3 支架基礎設計

3.1 支架基礎頂面高程的確定

每座墩臺支架基礎混凝土頂面高程為:

式中:H0為基礎混凝土頂面高程，單位cm;H1為基礎中心對應上方箱梁梁底高程，單位cm;h1為墩臺頂升支架高度，單位cm;h2為千斤頂最低高度，單位cm(本工程采用千斤頂最低高度為38.5 cm)

3.2 橋墩支架基礎設計

橋墩支架基礎可座落在橋墩承臺頂面混凝土上，可直接在承臺頂面上澆筑1.0 m長×1.0 m寬、厚度≥0.5 m混凝土基礎，頂面預埋400×400×30 mm厚鋼板以便于支架安裝加固并擴散支架傳遞的壓應力。基礎混凝土標號C30，基礎中心與支架的安裝位置中心要一致。預埋鋼板的安裝位置準確，其下混凝土應充分振搗，確保密實。

3.3 橋臺支架基礎設計

橋臺支架基礎應座落在堅實的土層上，須將地面層的腐植土、軟弱土層挖除，開挖深度1.2～2.0 m。基礎混凝土的厚度≥1.5 m，基礎的長度與寬度尺寸相同，其大小由承載力計算確定。強度等級為C25，澆筑時拋20%片石。

3.3.1 地基土容許承載力［σ］的確定

通過實測實際可用土層的地基承載力最小值σ實測min=155 kPa，考慮一定的安全儲備(安全系數k=1.5)確定地基容許承載力為:

3.3.2 基礎混凝土尺寸的確定

式中:σmax地基土的最大壓應力;Nmax為地基土上作用的最大豎向力;A為基礎混凝土面積，為正方形邊長為a時A=a2;Ra為頂升時上部結構的支座反力，Ra=504 kN;Gc為基礎混凝土的自重，Gc=24×H×A kPa，H=1.5 m為混凝土厚度;G支為支架和其它活荷載，G支=50kN;將已知數代入后求得a≥2.86 m，取a=3 m。

橋臺支架基礎混凝土中心必須與支架中心一致。頂面中心位置埋設400×400×20 mm鋼板。

4 千斤頂的選擇

根據頂升荷載計算，0#橋臺及4#橋臺每個千斤頂承受荷載504 kN(一座橋臺兩個千斤頂)，1#墩及3橋墩每處千斤頂承受荷載1 172.4 kN，2#橋墩支座反力為1 243.2 kN。考慮千斤頂同步性，確定每座橋墩臺處布設2個200 t千斤頂，全橋共布置10個200 t千斤頂。

5 頂升支架制作及安裝、基礎施工

5.1 頂升支架制作

支撐立柱的結構根據承壓及穩定計算，橋墩立柱采用一根Φ273×10無縫鋼管，橋臺立柱采用型鋼、綴條(兩根25a型槽鋼，綴條為10 mm×50 mm鋼板)焊接成的組合箱形截面。為利于橋梁頂升施工的安全，根據橋梁的頂升高度，每根支架立柱配備3個25 cm高的短節，隨箱梁的升高接長支架。支架的接高采用法蘭盤螺栓連接。支架的兩端及法蘭盤采用380 mm×380 mm×20 mm鋼板與支架焊接成一體。頂升支架的制作以焊接為主，焊工必須有焊工操作證。所有的焊縫必須達到二級標準。

5.2 開挖并澆筑支架基礎混凝土

橋墩支架基礎應開挖至承臺頂面，在承臺上澆筑長100 cm寬100 cm厚50 cm的C30混凝土并預埋鋼板及螺栓。橋臺支架基礎應開挖至密實堅硬地層澆筑并預埋鋼板及螺栓，基礎尺寸3 m×3 m×1.5 m(長、寬、厚)，澆筑采用C25混凝土并拋20%片石。

5.3 安裝支架

支架安裝采用8 t吊車輔助、人工進行。支撐立柱底端通過法蘭盤與基礎混凝土頂面上埋設的鋼板及螺栓聯系(鉸接)。橋墩處支撐立柱通過抱柱鋼箍、連桿與墩柱聯系以增強其穩定性，與墩柱的聯系每隔2m設1道。橋臺處的每個支撐立柱，設斜支撐以增強其穩定性。支撐立柱的高度根據基礎頂面至箱梁底面的高度減去千斤頂和箱梁底墊板的高度確定。嚴格控制每個支撐立柱的垂直度≤0.2%。

安裝支架前先搭設腳手架及操作平臺，操作平臺采用輪扣式鋼腳手搭設，其上鋪6 cm厚跳板并設圍欄。

6 頂升前基礎及支架承載能力的檢驗

橋梁頂升前必須對基礎及支架穩定性及承載能力進行檢驗，主要是通過預頂升進行。預頂升是在正式頂升前將箱梁同步頂升2～5 mm，并應持荷10 min，檢查所有支架及焊縫是否有變形及裂紋，在頂升的過程是否有較大的響聲，混凝土基礎是否有明顯下沉、是否有裂縫。如果存在上述情況，立刻停止頂升并同步將橋梁落下，分析原因并采取加固及處理措施。如果是沒有上述情況，說明支架及基礎的強度、穩定性達到設計要求，可以進行正式頂升施工。

7 總結

K503+644.7、K511+990、K519+606.5 共3座分離立交橋頂升施工依次進行并流水作業，頂升用支架周轉使用。支架基礎混凝土施工完畢，混凝土強度達到設計強度80%以上開始安裝支架并頂升。每座橋梁從支架安裝起算到箱梁頂升施工結束用時間平均6 d。每座橋梁使用C25片石混凝土54 m3，C30混凝土3 m3。3座橋梁共用1套頂升支架，而1套支架總重4.94 t，而頂升的箱梁自重達852.3 t，充分利用鋼材的力學性能。每座橋梁頂升施工期間對各個墩臺的每個支架的鋼結構及基礎混凝土進行嚴格的檢查、測量和監控，沒有發現異常現象，說明上述的設計和施工方案是安全和行之有效的。

［1］張勁泉，王文濤.橋梁檢測與加固手冊(上下冊)［K］.北京:人民交通出版社，2007.

［2］薛光瑾.結構力學［M］.北京:高等教育出版社，1994.

［3］鋼結構設計規范編寫組.GB50017－2003鋼結構設計規范［S］．北京:中國計劃出版社，2003.