超寬箱梁0#塊鋼管支架設計與施工

成先偉

（上海公路橋梁（集團）有限公司，上海市 200433）

0 引言

隨著我國基礎建設的大力發展，越來越多的大橋如雨后春筍般在我國的大江南北林立而起，同時也帶動了先進施工技術的大力發展與應用。

在大橋、特大橋施工中，懸壁掛籃法已經是一種成熟的施工技術，但在水深、墩高的橋梁的0#塊施工中，選擇何種0#支架形式、如何搭設支架，是主梁施工的關鍵性工作[1-3]。

1 工程概況

肇慶閱江大橋位于廣東省肇慶市，全長3.837 km，主橋為160 m+320 m+160 m中央單索面斜拉橋。

承臺平面尺寸31.159 m×22.5 m，高5 m，下設18根φ2.5 m鉆孔灌注樁。

主墩為雙肢薄壁墩，標準段平面尺寸15 m×2.2 m，高22.965 m。底部與頂部有5 m高的變截面段，最大平面尺寸為15 m×2.7 m。

主梁為單箱五室預應力混凝土箱梁結構，箱梁頂寬33.5 m，底寬12 m，高3.7 m。0#塊長30 m，采用C60丙烯纖維高強混凝土，總設計混凝土方量 1 322.2 m3，見圖1。

圖1 主橋0#塊斷面圖(單位:cm)

2 鋼管支架優化設計

2.1 鋼管支架結構組成

鋼管支架的主要功能是為超寬箱梁施工提供臨時支撐，是確保梁體順利施工最重要的大型臨時工程結構之一[1]。

主梁0#塊作為主橋的首個節段，其成型后又為后續節段的掛籃安裝及施工提供基準。0#塊節段的標高、軸線、成橋線型直接關系到全橋施工的質量。

結合橋位特點及項目特征，經過了前期多種方案比選，確定以主墩承臺為基礎依托，采用鋼管支架進行0#節段施工。

支架體系為28根φ820 mm壁厚10 mm立柱鋼管，橫向采用φ630 mm，壁厚7 mm鋼管作為平聯。雙肢薄壁墩間采用牛腿支撐，墩間區域采用雙排HM588 mm×300 mm型鋼作橫向分配梁，其它區域采用裝配式貝雷片作縱向承重結構，其上依次是I20a工字鋼、方木及模板體系。承臺施工時提前預埋鋼板，立柱鋼管與預埋鋼板焊接固定；并與雙肢薄壁墩上的預埋件通過鉸接增強橫向穩定性，使整個支架形成一個整體框架結構，見圖2。

圖2 鋼管支架布置圖(單位:cm)

2.2 鋼管支架結構特點

（1）利用承臺作為剛性支撐，并通過在承臺施工過程中預埋鋼板形成立柱鋼管的剛性支撐基礎，減少了整個鋼管支架的非彈性變形因素。

（2）雙肢薄壁墩間采用在立柱內側預埋牛腿，簡化了狹小空間的支承結構，施工便捷。

（3）采用貝雷片作縱向承重結構，易于拼裝，縮短了支架拼裝時間，大大節約了工期。

（4）支架與雙肢薄壁墩通過附墻結構進行鉸接，增加了支架橫向穩定性。

3 鋼管支架設計驗算

3.1 計算參數

3.1.1 計算荷載

混凝土荷載：26.5 kN/m3；

模板荷載：2 kPa；

施工荷載：2.5 kPa；

模板荷載：2 kPa；

正常工作風速：V0=24.4 m/s；

最大風速：V=34 m/s；

風載Fwh=K0K1K3WdAwh。

3.1.2 材料特性

材料特性見表1。

表1 材料特性表

3.1.2 材料強度設計值

依照《鋼結構設計規范》，Q235B鋼材的強度設計值如下：

彎應力：f=215 MPa；

剪應力：fv=125 MPa。

3.2 支架工況

工況一：支架搭設完成，未澆筑混凝土；

自重+模板+風荷載（最大風速34 m/s）。

工況二：澆筑混凝土過程中；

自重+模板+風荷載（工作風速24.4 m/s）。

荷載組合見表2。

表2 荷載組合系數

3.3 邊界條件

立柱與承臺固接，連墻件鉸接，主橫梁與鋼立柱頂、平聯間為固接，貝雷梁與下橫梁鉸接。

建立支架有限元模型，見圖3。

3.4 計算結果

計算模型見圖4、圖5。計算結果見表3～表7。

根據計算結果對相應結構進行強度、穩定性驗算，結果均滿足設計要求。

4 鋼管支架施工

4.1 施工流程

測量放樣→承臺施工時預埋鋼板→雙肢薄壁墩施工時預埋牛腿及附墻預埋件→場外分段分塊焊接鋼管支架→分塊安裝鋼管支架、平聯、橫向扶墻件→鋼管/牛腿頂抄平（安裝卸荷砂桶）→安放雙拼HM588 mm×300 mm橫向分配梁（抄平）→安放貝雷片桁架→安放I20a小分配梁→（兩側翼板安裝滿堂支架）→安裝模板系統→1.1倍荷載預壓→梁體施工→鋼管支架拆除。

圖3 鋼管支架有限元模型(單位:mm)

圖4 工況一 組合1計算結果(單位:mm)

圖5 工況二 組合3計算結果(單位:mm)

表3 計算結果匯總

表4 鋼管支架位移

表5 鋼管立柱柱腳反力

表6 附墻反力（鉸接）

表7 牛腿反力（固結）

4.2 支架制作

受制作場地、運輸吊裝重量等限制，將鋼支架按順橋向分成平面桁架進行制作。

制作工序包括選料、下料、鉆孔、坡口加工、組對，焊接、整形、初檢、預拼裝，各工序的施工要嚴格遵守規范進行。

（1）鋼材必須有生產廠家出具的產品合格證及材質報告。

（2）下料應根據圖紙要求，保證幾何形狀和尺寸誤差在規范范圍內，調整好切割工藝參數，防止割紋深度、邊緣缺棱等缺陷。

（3）各主要構件拼接焊縫質量要求達到二級焊縫標準，外觀應防止氣孔、夾渣、弧坑等缺陷的產生。

（4）錨板鉆孔前的劃線應根據現場預埋件上實際預埋孔進行測量放線。在打孔時，先打中心孔，再打十字孔，貫徹一輕、二重、三定的原則，如孔徑過大時，應先鉆小孔，再用規定孔徑的鉆頭鉆孔。轉速和進刀量根據孔徑進行選擇，將孔距偏移控制在規范允許范圍內。

（5）平聯、斜撐和立柱連接，應放相貫線大樣。在連接時，誤差值不得超過規范要求。

（6）所有部件的臨時點焊均應保證在吊運及工件翻轉時，不出現焊縫開裂和變形的產生。

（7）應采用合理的焊接順序，嚴格控制焊接變形，調節好焊接參數，保證焊縫滿足設計要求，外觀成型應美觀，避免氣孔、咬邊、未融合、弧坑等缺陷的產生，焊完后，應編號堆放。

4.3 支架安裝

鋼桁架從加工場地運輸到平臺位置后，利用塔吊進行現場的安裝，順序如下：

步驟一：進行第一層安裝、對其進行位置校正、垂直度調整、焊接固定柱腳，然后安裝之間平聯，使之成為框架結構；

步驟二：安裝扶墻結構；

步驟三：重復上述過程，安裝至頂層桁架和平聯結構；

步驟四：焊接墩柱內側牛腿結構及卸荷塊；

步驟五：安裝橫向承重梁結構；

步驟六：安裝模板系統。

4.4 支架預壓

為消除鋼管支架系統的非彈性變形，為另一個0#塊支架提供彈性變形參考數據，拼裝完成后按1.1倍荷載對鋼管支架進行預壓。

預壓材料采用鋼筋和沙袋，根據0#塊的結構形式進行三級堆載（50%、80%、110%），在接近支架實際受力的情況下測出支架彈性變形和非彈性變形值。

預壓后監測結果顯示，支架豎向彈性變形為11 mm，非彈性變形為3 mm。在肇慶閱江大橋另外一個主梁鋼管支架安裝時，將模板預拋高11 mm，實際變形±2 mm以內，施工后尺寸滿足設計要求。

4.5 支架拆除

鋼管支架在0#段掛籃安裝前擇機拆除。

滿足支架拆除條件時，先拆除斜腹板、翼緣板位置處鋼管架，再用卸荷塊卸荷，讓平臺距梁底有一定空間，可供人員進入逐件撤出各個構件。然后從上至下依次拆除各構件。

在箱梁底板上預留孔，穿鋼絲繩及倒鏈吊住支架構件，然后斷開平聯銷接連接、分段割除立桿，使拆除支架的重量由四個5 t手動葫蘆倒鏈承受，再緩慢下放支架。

5 結語

（1）以主墩承臺為鋼管支架基礎，采用鋼管支架進行主梁0#塊施工，避免了在深水中打設鋼管樁，減小了非彈性變形，提高了施工安全性。

（2）采用鋼管支架分塊制作再組拼的方式，減少了高空作業工作量，有利用于焊接質量控制，提高了支架安裝速度，節約了施工工期。

（3）按實際荷載分布對支架體系進行預壓，為相同的鋼管支架提供了非彈性變形參考值。

（4）采用傳統的鋼管支架施工方法，結構受力明確、傳力清晰，加之采用科學合理的有限元方法進行受力分析，為結構的受力安全提供了有效的保證。