市政橋梁T 形非對稱少支點支架設計與施工控制

陳學松，王宋華

（中建三局基礎設施建設投資有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

目前在城市高架橋受影響區域建設中，越來越多的項目使用少支點+盤扣式的組合支架形式，這種支架施工速度快，適合各類型地形地勢施工，如城市受交通影響區域采用限高少支點鋼管+盤扣式支架組合形式，跨溝區域采用少支點鋼管+貝雷+盤扣式支架組合形式等[1]。

某城市高架橋L46/47 聯箱梁翼緣板邊線侵入市內排洪溝槽內部，施工難度大，加上施工單位汛期、創文創衛期間需少占用河道施工，使該處箱梁遲遲不能啟動施工，為確保此兩聯箱梁安全如期完工，亟需設計一種新型非對稱支架組合體系。

1 工程概況

L46/47 聯為單箱三室預應力混凝土現澆箱梁，每聯跨徑為4×30m=120m，箱梁橋寬25m，梁體高2m，單聯箱梁混凝土方量約2 200m3，此兩聯走向與河道走向一致，橋梁一側邊線位于城市排洪溝槽內，溝槽為11m 寬的矩形斷面，兩側建混凝土重力式擋墻，平臺寬度3m，沿線種植柳樹。平臺以上為梯形斷面，堤坡坡率均為1∶2，采用混凝土框格護坡，如圖1所示。此排洪溝槽是貫穿市區主要排水泄洪溝渠，綠色文明施工要求高。

圖1 L46/47 聯平面

2 施工方案及工藝

沿溝段L46/47 聯橋寬25m，左側翼緣板臨溝，順橋向地勢右高左底，采用溝中打設支架樁施工方案不僅無法確保溝槽汛期排洪需求，并破壞現有溝槽，造成水源污染，河道底板后期恢復困難；施工單位對襄陽市創文創衛、少支點支架受力特征、架體安全性能、方案經濟合理性進行對比分析，針對箱梁所處地勢非對稱性、箱梁高度較高等特點，最終確定采用支架樁+新型設計的T 形鋼立柱+貝雷+盤扣支架的非對稱組合支架施工方案。

施工工藝流程主要包括測量放點、支架樁施工、小承臺施工、T 形鋼立柱安裝焊接、雙拼H700 搭設焊接、組裝吊裝貝雷梁、I18 鋪設、盤扣架搭設、I12.6 縱梁安裝、木方及底模安裝、支架預壓、混凝土澆筑養護及架體拆除。

3 支架設計

支架結構中模板采用1.5cm 厚竹膠板，縱向背楞采用10cm×10cm 木方，鋪設間距實心區為15cm，空箱區為30cm，橫向分配梁采用I12.6，鋪設間距90cm，盤扣式支架步距100～150cm，空心段間距為150cm×150cm[2]，在腹板及橫梁實心段間距60cm×150cm，加厚段120cm×150cm，支架立于I18 橫梁，間距與支架縱向間距一致，采用縱向貝雷梁做主龍骨，貝雷在腹板及中橫梁分布間距為45cm，在翼緣及空箱區間距為90cm，雙拼H700 型鋼作橫梁，T 形組合鋼構件做支撐，地基采用 1 000mmC30 獨立灌注樁和C30 小承臺（1.5×1.5）m 基礎，小承臺預埋鋼板及預埋螺栓，預埋鋼板與鋼筋之間采用穿孔塞焊，預埋鋼板與T 形鋼構件-法蘭盤焊縫高度不低于10mm，以滿足鋼管立柱底部抗剪能力，如圖2 所示。

鋼管立柱采用 630mm×10mm 鋼管立柱，［40b 牛腿橫支撐和［40b 牛腿斜支撐通過16mm 厚連接筋板與鋼管立柱焊接為一個整體，再經過16mm 厚加強筋板和在鋼管立柱中澆筑1m 高C30 混凝土加強鋼管立柱底部承壓能力（見圖3），［36b 斜支撐板通過16mm 厚連接筋板與牛腿斜支撐、鋼管立柱相連，通過16mm 厚加強筋板加強鋼管柱頂部承壓能力。

4 Midas 模型建立

通過Midas Civil 有限元軟件對設計的支架形式進行模擬分析[3]，由于L46/47 聯均為4×30m 箱梁，所以選取其中1跨建立Midas 模型對支架進行安全性分析，鋼管柱、平聯、貝雷、H700 等均采用梁單元，模型中焊接位置選用剛接，搭接位置使用鉸接，材料除貝雷使用16Mn 以外，其余均使用Q235鋼材，T 形鋼立柱小構件之間采用剛接連成整體后再與其他構件確定連接關系，根據腹板區、翼緣區及腹板區橫斷面面積，將荷載分布在貝雷梁上。具體荷載統計如表1 所示。模型建立、荷載加載完成后如圖4 所示。

5 支架結構受力分析

5.1 澆筑方案模擬劃分

圖2 支架布置詳圖（單位：m）

圖3 T 形鋼管立柱及平聯示意

表1 荷載分區

圖4 Midas 模型

非對稱少支點支架箱梁澆筑模擬方案并不唯一，在滿足縱向分段、水平分層、由一端向另一端連續澆筑施工方法的同時，選擇不同斷面澆筑順序會造成不一樣的分析結果，所以分析對比從跨中對稱澆筑（A 方案）、從南側往北側澆筑（B 方案）、先澆筑南側至內側支架樁支點，再沿T 形鋼構對稱澆筑（C 方案）3 種方案對T 形鋼立柱剪力、T 形鋼立柱支點反力的影響；根據方案的澆筑順序依次將荷載加載到對應貝雷上，每次加載不允許超過最大澆筑厚度30cm，整個澆筑過程分9 步進行加載。結果顯示，雖然3 個方案中T 形鋼立柱柱腳剪力、支點反力在澆筑完成后均相同，但采用B 澆筑方案時，T 形鋼立柱柱腳剪力變化幅度小、支點反力起伏趨小，所以選用B澆筑方案具有足夠的安全性（見圖5）。

圖5 3 種方案T 形鋼立柱剪力、支點反力對比

5.2 施工受力構件分析

施工受力分析考慮組合架體受到的恒荷載、活荷載最不利情況[4]，其中強度驗算荷載組合=1.2（箱梁混凝土自重+組合架體自重）+1.4（施工荷載+傾倒荷載+ 雪荷載），撓度驗算荷載組合=1.0（箱梁混凝土自重+組合架體自重）+1.2（施工荷載+傾倒荷載+雪荷載）。按照荷載組合進行加載，加載完成后分別對各構件進行受力分析，對貝雷、T 形鋼管柱、平聯、H700 進行強度分析，并對H700、貝雷做撓度分析。其中貝雷弦桿、豎桿、斜桿軸力如表2 所示，T 形鋼管柱、平聯、H700 應力如表3 所示，另外計算顯示，H700 懸臂最大撓度7.087mm＜7 400/400=18.500mm、貝雷最大撓度14.053mm＜9 000/400=22.500mm，均滿足要求。

表2 貝雷強度分析 kN

表3 T 形鋼立柱、H700、平聯強度分析 MPa

對T 形鋼管柱進行穩定性分析，按照壓彎構件計算鋼管立柱穩定性，按照GB 50017—2017《鋼結構設計標準》計算得σ=76.31MPa≤198.44MPa。

5.3 支架樁基礎受力分析

支架樁基礎受力分析主要考慮其上支架恒荷載、活荷載組合最大值，由計算模型支點反力可知L46 聯中間一排樁基礎承受最大荷載為98.8kN，最外側一排支架樁承受最大荷載為257.5kN，內側支架樁設計長度為10m，外側為20m，設計支架樁土層參數如表4 所示，按照JTG 3363—2019《公路橋涵地基與基礎設計規范》計算得10m 長單樁豎向承載力特征值為1 047.73kN，20m 長單樁豎向承載力特征值為2 729.07kN，均滿足規范要求。

表4 土層參數

5.4 內側支點位置受力分析

內側支架樁的位置對T 形鋼立柱的剪力、反力大小起到關鍵性作用，確定該支點位置前，在Midas 電算軟件中多次調整其位置直到T 形鋼立柱柱腳位置受到的剪力、反力處于計算安全范圍，本項目內側支架樁位置與鋼管柱柱腳受到的剪力及柱腳反力關系如圖6 所示。

5.5 支架斷面變形分析

圖6 柱腳反力、剪力與支點位置關系

由于少支點的非對稱結構，支架斷面撓度也呈現非對稱性特點，將電算得到的斷面變形值與支架預壓得到的斷面彈性變形值進行對比分析，最終得到的結果如圖7 所示，由對比圖可知模型變形值與支架彈性變形值相近，證明模型較為完整，支架安全性能好。

圖7 電算變形值與支架彈性變形值曲線對比

6 施工建議

1）控制好支架樁中心點樁位誤差，支架樁全部采用小應變檢測支架樁的完整性。

2）根據圖紙放出預埋螺栓位置，控制好預埋鋼板平整度，使T 形鋼立柱牛腿方向與橋梁走向垂直。

3）Midas 電算中的H700 為一整條26m 長，而實際H700材料長度為12m，所以斷面H700 間要滿焊，以確保施工支架體系與電算模型受力一致。

4）橋梁預拱度設置應根據預壓值及支架斷面特性設置，通過支架預壓及橋梁預拱度設置，使用全站儀實測成橋高程與設計高程差最大僅3mm，成橋質量良好，如圖8 所示。

5）箱梁分2 次進行澆筑，澆筑箱梁混凝土時應分層澆筑，斷面澆筑順序從岸坡一側往河道一側進行澆筑。

7 結語

通過運用CAD 三維設計軟件及Midas Civil 建模軟件設計并設計一種新型支架模型，通過計算施工過程中非對稱少支點支架的受力、變形、穩定性，驗證此組合支架的安全可靠性，該方案縮減了施工工藝流程，不用施工圍堰平臺及施打溝內支架樁，使施工工期變得可控，極大縮短施工工期，并節約溝中措施混凝土320m3，減少鋼立柱25t，在確保一定經濟效益的同時保護了環境，并可為同類支架體系提供參考。

圖8 實測成橋橋面高程與設計高程差