小曲線半徑橋梁預制小箱梁架橋機吊裝施工

郭子學

（保利長大工程有限公司，廣州510000）

1 工程概況

廣佛肇高速總承包項目D 段回龍連接線小河大橋1#～3#孔處于圓曲線、緩和曲線半徑最小處（120m），轉彎角度＞33°，加之橋位處于河涌，地形起伏較大，采用滿堂支架搭設、汽車吊架設的方式施工均較困難，只能采用架橋機的方式進行，而運用常規架橋機只能架設正交或斜交角度的孔位，本橋梁上構實現由直線段向曲線段過渡架設，屬于小曲線半徑架梁的范疇。利用普通架橋機進行梁板架設，蓋梁寬度已無法滿足架橋機正常橫移架梁要求，需在蓋梁外側增加架橋機橫移軌道支點。小河橋橋型布置圖見圖1。

2 方案選擇及工況分析

根據架橋機形式、架設孔位角度、喂梁角度等情況進行如下綜合分析。

圖1 小河橋型布置圖（單位：cm）

2.1 工況一

過3#孔工序控制流程，過孔過程中通過控制左右2 條導梁行進速度及支腿轉換，實現中導軌角度的調整，中導軌與3#墩蓋梁軸線夾角為4°；過3#孔采用天車兜4#孔中梁作配重。3#孔內邊梁吊裝，尾部喂梁后，架橋機橫移中支腿在中導軌位置距4#孔內邊梁翼緣邊約20cm；前支腿在前導軌位置對應2#墩蓋梁低邊側需做加寬處理，中導軌與墩頂軸線夾角4°，主梁與3#孔梁板軸線平行，喂梁角度7°，結構是安全的。

2.2 工況二

過3#孔后，吊裝外邊梁，喂梁后架橋機橫移中支腿在中導軌位置距離4#孔外邊梁翼緣板約20cm，中導軌與3#墩蓋梁軸線夾角4°，結構是安全的。

2.3 工況三

過2#孔工序控制流程，過孔過程中通過控制左右2 條導梁行進速度及支腿轉換，實現中導軌角度的調整，中導軌與2#墩蓋梁軸線平行；采用天車兜3#孔邊梁作配重方式；喂梁角度5°，后橫移架設內邊梁，2#墩蓋梁低邊側旁需施工鋼護筒，導軌鋪設在護筒上，以滿足中支點在導軌上行走要求；1#墩蓋梁加寬，通過工況4 增加護筒解決。

2.4 工況四

過好2#孔后，橫移架設外邊梁，1#墩蓋梁高邊側旁需施工鋼護筒，以滿足前支點在前導軌上行走要求。

2.5 工況五

過1#孔工序控制流程，過孔過程中通過控制左右2 條導梁行進速度及支腿轉換，實現中導軌角度的調整，中導軌與1#墩蓋梁軸線平行；采用天車兜2#孔邊梁作配重。喂梁角度6°，橫移架設外邊梁，1#墩蓋梁低邊側旁需施工鋼護筒，以滿足中支點在前導軌上行走要求。

2.6 工況六

過好1#孔后，橫移架設外邊梁，0#臺右側路基需做整平處理，以滿足前支點在前導軌上行走要求。

經過方案比選，現場25m 架橋機經過角度調整后橫移仍需作業寬度2.2m，計劃在2#墩蓋梁左側、1#墩蓋梁左右側增加1 排鋼管樁，順橋向側插打2 條φ630mm 鋼管樁，間距1.5m，管樁通過平聯連接，管樁頂部抄平并采用2I36a 工字鋼作為分配梁，原地面距蓋梁擋塊頂部高度1#、2#墩分別為11.8m、21.8m。經現場試驗，鋼管樁插打受限制，擬采用人工挖孔樁基礎施工方案，且在架橋機過孔后將橫移軌道與導軌下承重梁2I45a 工字鋼，承重梁與分配梁焊接，并在蓋梁擋塊頂焊接鋼板固定導軌下承重梁以減小管樁頂部自由度。采用人工挖孔樁基礎支架布置圖如圖2 所示。

3 方案實施

3.1 鋼管樁人工挖孔樁基礎

根據施工現場先對場地進行平整處理，以便各種機械現場作業，由測量放出管樁及人工挖孔樁基礎位置并做好標記。

圖2 人工挖孔樁基礎支架布置立面圖（單位：cm）

根據基礎尺寸，澆筑基礎前預埋鋼板，按照測量放線位置將鋼管樁與預埋鋼板焊接，立好首節鋼護筒，然后再往上接鋼管樁立柱及平聯。

3.2 鋼管樁立柱

本方案設計的鋼管立柱直徑為630mm，壁厚為6mm，樁頂設置2I36a 工字鋼保證其共同受力。鋼管樁立柱對接采用10mm 厚加勁板滿焊，焊接應牢固，以保證支架施工中立柱具有較好的抗擊水平力作用。管樁頂口、底口應進行加強，以增加頂底口的剛度，減小應力集中，鋼管立柱應保證其垂直度＜1%。

鋼管立柱間采用平聯管連接，增加鋼管樁的整體穩定性，連接采用φ426mm 螺旋鋼管，鋼管立柱間設連接件按照5.5m/道進行設置。在鋼管柱的起吊、運輸和堆存過程中，應盡量避免由于碰撞、摩擦等原因造成的管身變形和損傷。

3.3 樁頂承重分配梁

樁頂承重大梁采用2I36a 工字鋼，樁頂分配梁起著將荷載和施工荷載分配到鋼管立柱上，保證其均勻受力的作用。分配梁的強度及剛度決定著支架的整體穩定性，上下拼縫進行斷焊，分配梁安裝的同時在管樁頂兩側焊接加勁板，將分配梁與鋼管立柱連接成整體。

3.4 導軌下承重梁

懸臂端導軌下承重梁采用2I45a 工字鋼，端頭分別落在蓋梁擋塊、樁頂承重分配梁上，導軌下承重梁起著將荷載和施工荷載分配到樁頂承重大梁，保證其結構穩定的作用。上下拼縫進行斷焊，在蓋梁擋塊頂焊接鋼板固定導軌下承重梁，并與導軌焊接，減小管樁頂部自由度。

4 鋼管樁受力計算

4.1 荷載分析

現場所使用架橋機自重900kN（90t），所架小箱梁自重765kN（76.5t）。架橋機在將整條小箱梁吊起過孔時受力最大，所有荷載全部由4 條支腿承擔。在過孔配重橫移架邊梁過程中，導軌懸臂側橫向工字鋼需支撐懸臂側前支點受力，前支點在懸臂側跨中，其下面2I45a 工字鋼受力最大，承受單條支腿傳遞來的荷載P=499.5kN；小箱梁前端移動到位的情況下，在架橋機外側前支腿位于管樁頂部的位置，管樁基礎承受荷載最大。

4.2 導軌下2I 45a 工字鋼受力驗算

已知I45a 工字鋼最大抗剪力Qmax=554.9kN，最大抗彎矩Mmax=307.5kN·m。

通過計算可得，2I45a 受力：最大抗彎矩Mmax=274.7kN·m，最大抗剪力Qmax=249.8kN，最大變形值fmax=0.8mm，兩端的支點反力R=249.8kN。

以上計算可知，受力均滿足要求。

4.3 護筒頂2I 36a 工字鋼分配梁受力驗算

已知I36 工字鋼極限承載力最大抗剪力Qmax=383.75kN，最大抗彎矩Mmax=188.13kN·m。

通過計算可得，2I36a 受力：最大抗彎矩Mmax=187.3kN·m，最大抗剪力Qmax=249.8kN，最大變形值fmax=0.5mm，兩端的支點反力R=249.8kN。

以上計算可知，受力均滿足要求。

4.4 鋼管樁受力驗算

根據前文計算可知，鋼管柱承受最大荷載為249.8kN，偏心考慮10cm，自由長度取22m。φ630mm 鋼管柱直徑為63cm，壁厚為6mm。

鋼管柱自由長度為22m，鋼管樁下端打入土體中，視為固定，上端視為鉸支，長度系數μ 取0.732，則鋼管樁計算長度l0=22×0.732=16.1m，鋼管樁長細比λ=l0/i=73（i 為回轉半徑，m）。

根據λ 值，查GB 50017—2017《鋼結構設計標準》【1】得壓桿穩定系數為φ=0.137，則有式（1）：

滿足要求。

考慮10cm 的偏心受力，則有式（2）和式（3）：

滿足要求。

式中，N 為鋼管軸向力，kN；A 為鋼管有效截面積，cm2；M 為鋼管所受偏心彎矩，kN·m；e 為偏心距；W 為鋼管截面系數，cm3。

4.5 人工挖孔樁基礎承載力驗算

每根鋼管下設置1 根直徑1.2m、深5m 的人工挖孔樁基礎。單個人工挖孔樁基礎上鋼管樁的豎向荷載設計值可以根據前面計算過程得到：F=249.8kN，取鋼筋混凝土容重為26kN/m3，

根據地質報告，結合各持力層地層參數，按照強風化花崗巖取值得出，偏保守按照摩擦樁考慮荷載傳遞，由計算可知，樁側容許承載力：735.13kN；樁端容許承載力：291.66kN，總樁基容許承載力：1026.8kN；樁基外荷載：493.46kN；承載比系數：2.08＞1.5，滿足受力要求。

4.6 人工挖孔樁基礎配筋驗算

基礎計算按照圓形壓彎構件，直徑取120cm，受彎矩為25kN·m，軸力取值249.8kN，構件采用C20 混凝土，配置φ16mm 三級鋼筋，保護層厚度為5cm，按照最小配筋率As=4523.9mm2，鋼筋根數23，實際As=4624.4mm2。

受力驗算：取1m 范圍基礎，所受荷載彎矩為54.12kN·m；基礎厚度暫取1.0m。截面模量W=0.107m3，抗彎驗算M/W=505.6kPa＜1.1MPa，因此按照構件配筋即可。

根據GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》中8.5.2 條規定【2】，基礎板最小配筋率應≥0.1%，則1m 寬基礎配筋截面面積≥1000mm2，實配HRB400 φ16mm 鋼筋，主筋間距20cm，箍筋采用HPB300 φ10mm 圓鋼，1m 寬范圍內所配鋼筋截面面積為A=1004.8mm2＞1000mm2，滿足配筋率要求。

5 結語

結合橋位現場實際地形，傳統梁板架設方法采用架橋機進行架設，通過本文計算分析，較好地完成了該小曲線半徑橋梁孔位梁板的架設，為后續類似橋梁上部構造施工提供了寶貴經驗，過程中過孔架設工況與實際吻合，梁板安裝精度高，可控安全。