某橋梁工程水中系梁支架實施方案分析

林長利

湖南天鷹建設有限公司，湖南 常德 415000

1 工程概況

1.1 橋梁概況

潭洲瀝、大崗瀝大橋為南崗大道（南沙港快速至廣珠東線段）工程的主體工程。根據南崗大道的路線總體走向，路線于K1+480處跨越潭洲瀝水道，K1+860處跨越大崗瀝水道，橋址處潭洲瀝水道低水位時水面寬度約為60m，大崗瀝水道低水位時水面寬度約為70m，河道淤積較為嚴重，堤岸不規則，未經過水利防洪整治，兩條河涌下游約550m、950m處設有水閘。

橋梁總體布置為4×30m+3×29m+（2×29m+40m）+（26m+3×29m）+3×29m+3×29m+（38m+65m+38m）+（29m+31m+30m）+3×30m，橋梁全長919.04m，共分為9聯，除（38+65+38）m橋梁采用預應力砼連續箱梁外，其余跨徑的橋梁均采用簡支小箱梁，橋面采用簡易連續。橋墩采用樁柱式橋墩，鉆孔灌注樁基礎，同墩樁頂用基礎系梁連接。

1.2 方案比選

文章主要論述主線橋跨潭洲瀝40m跨徑水中墩系梁支架施工方案。以10號墩左幅為例，實施前首先對水中墩系梁施工總體方案進行了比選，即采用水上牛腿支架形式或鋼板樁圍堰無支架形式，兩種方案系梁模板均為定型鋼模，不參與比選。根據初步方案設計，在考慮潮汐影響的情況下，兩種方案技術安全性均可行，且前者施工進度較快，工期優越性較好，主要差異在于經濟性。采取水上牛腿支架形式時，工、料、機直接成本約為3.9萬元；采取鋼板樁圍堰無支架形式時，工、料、機直接成本約為29.8萬元。因此，經比選，采取水上牛腿支架形式較為合理，具體數據不作詳述。

2 系梁支架設計

2.1 基本數據

主線橋10號Z墩系梁截面寬、高尺寸為1.2m×1.5m，四墩間距均為7.753m，每延米混凝土方量為1.8m3，每延米鋼筋重量為0.233t。

2.2 支架設計

水中系梁支架采用兩道I40C工字鋼作為縱向主梁，兩道縱梁橫向間距為2.412m，梁長均為27m，縱向主梁底部受承于鋼護筒側向砂筒、牛腿上，砂筒組合高度為170mm，牛腿采用兩道裁割成三角形的I25b工字鋼，兩道工字鋼斜切肋板豎向焊接于鋼護筒兩側，頂端支撐砂筒底鋼板，牛腿豎向高度為400mm，相鄰兩道牛腿橫向間距為160mm。牛腿與鋼護筒焊接牢固共同受力，以穩定縱向主梁。縱向主梁之上橫向分配梁采用3m長I10號工字鋼，布置間距為0.2m/道，中間間隔插入10cm×10cm枋木，分配梁之上為系梁底模(木模)及側模(鋼模)。

2.3 設計驗算

主要設計驗算依次為I10號工字鋼橫向分配梁驗算、I40C工字鋼縱向主梁驗算以及受承鋼護筒與牛腿驗算。

上部總荷載除系梁混凝土及鋼筋外，還包括支架與模板體系自重、施工人員及澆筑動載等，其中模板體系每延米自重取0.14t，恒載系數取1.2；施工人員及澆筑動載取值4kN/m2，動載系數取1.4。上部總荷載以系梁縱向按均布考慮。

I10與I40C工字鋼受力驗算時，首先建立受力模型，再利用力學解算器進行應力與變形分析。其中，I10工字鋼為簡支梁，跨中有限范圍受均布荷載，兩端考慮自重懸臂；I40C工字鋼為三等跨連續梁，跨中有限范圍受均布荷載，兩端考慮自重懸臂。通過生成受力簡圖、彎矩圖、剪力圖以及位移圖，并將各項參數錄入Excel表格，進行構件抗彎強度、抗剪強度、撓度驗算以及第四強度理論校驗，直至驗算結果滿足現行規范要求。

受承鋼護筒與牛腿同樣實施模型簡化，再分別予以驗算，主要進行鋼護筒應力校核、牛腿板與焊縫應力校核。

3 施工技術方案

施工流程如下：施工準備→系梁支架搭設→系梁步梯與圍欄搭設→系梁底模安裝→系梁與墩柱鋼筋制作與安裝→系梁側模安裝→系梁混凝土澆筑→系梁側模拆除與混凝土養生。

施工準備階段，詳細了解潭洲瀝水文情況，查詢潮汐規律，選取合適的施工時段組織施工，并加強與潭洲水閘管理站的溝通協調，分時段控制潭洲瀝水閘漲潮涌入量，使其具備合適的水文條件，以確保施工時水位保持在4.6m以下。同時，應做好相應的材料、設備、物質及施工人員調度準備工作與安全保衛工作。

在水中系梁支架搭設前，按設計系梁底高程對既有灌注樁鋼護筒予以割除，對樁頭進行鑿除找平，并完成相應的樁基檢測工作，樁檢合格后即開展支架搭設施工。

首先進行牛腿焊接，焊接前在鋼護筒沿橋向前后兩側按相應高程分別做好標記，需確保施焊高度在水面以上。牛腿采用兩道裁割成三角形的I25b工字鋼，兩道工字鋼斜切肋板豎向焊接于鋼護筒兩側，頂端支撐砂筒底鋼板，牛腿豎向高度為400mm，相鄰兩道牛腿橫向間距為160mm。牛腿與鋼護筒焊接牢固共同受力，以穩定縱向主梁。焊接施工時利用小船載人靠近樁位，同時做好安全防護工作。牛腿橫、豎向接口及幫焊均為雙面滿焊。每側兩道I25b牛腿焊接完成后，在每兩道牛腿上各安裝一個砂筒。砂筒頂、底板規格均為δ10mm×320mm×320mm，上筒外徑為298mm、下筒外徑為300mm，上、下筒壁厚均為10mm，上筒采用C40混凝土填充，下筒采用中粗砂填充，下筒底部外側設卸砂孔。砂筒安裝到位后的組合高度為170mm，平穩受承于兩道牛腿上，如圖1所示。

圖1 牛腿、砂筒與縱梁結合效果圖

兩道I40C工字鋼縱向主梁在安裝前分別做好縱向整體連接，縱向連接采用δ10mm厚鋼板幫焊，鋼板高度為340mm，沿縱向長度為400mm，每端搭接長度為200mm，兩道梁工字鋼縱向搭接接口布置于牛腿受承位置，接口為雙面滿焊、幫焊為單面滿焊。連接后的梁長均為27m。

利用1臺35t汽車吊實施縱向主梁吊裝作業，汽車吊就位于水上鋼平臺上。各縱梁施吊前在梁的上部設置兩道吊耳，吊耳間距為12m，靠中均勻布置。每個吊耳通過卸扣各連接1根長12m的φ19.5mm鋼絲繩，2根鋼絲繩頂端均掛扣于汽車吊吊鉤，鋼絲繩角度按60°考慮。

根據國標《建筑施工起重吊裝安全技術規范》(JGJ 276—2012)，經驗算比選，采用纖維芯的鋼絲繩，鋼絲繩公稱抗拉強度為1550MPa時，破斷拉力總和為218.5kN，大于單根鋼絲繩最小破斷拉力98.48kN（綜合安全系數取8倍），滿足構件吊裝的使用要求。

兩道I40C工字鋼作為縱向主梁，吊裝后受承于鋼護筒側向砂筒上。縱向主梁安裝完成且固定后，安裝橫向分配梁。橫向分配梁安裝的同時，及時安裝系梁爬梯與安全護欄，并掛設安全網，以確保水上施工安全。

系梁底模采用δ18mm全新竹膠板，模板平鋪于橫向分配梁之上，板縫錯臺高差控制在1mm以下。板縫底部以枋木錨釘連接。系梁側模采用定型鋼模，鋼模厚度為δ6mm，縱橫向加肋間距為0.3m。其中，弧形鋼模受承于樁頂混凝土上，平直側模受承于橫向分配梁上，如圖2所示。

圖2 系梁支架與模板效果圖

系梁混凝土澆筑、側模拆除、混凝土養生與支架拆除均按照相應施工方案有序進行，不再贅述。

4 監控量測

在水上系梁支架各工序施工過程中，及時、精確的監控量測為施工控制提供數據反饋與危險預警，是支架體系安全控制的重要保障。同樣以主線橋10號Z墩系梁施工為例，監控量測主要涉及橫向分配梁、縱向主梁及牛腿的變形與位移。其中，系梁混凝土澆筑過程中至混凝土終凝前的縱向主梁跨中撓度、牛腿豎向變形是監測重點，根據現場澆筑施工進度，此時段各測點監測頻率控制在15min/次。

5 結束語

綜上所述，文章以某橋梁工程為研究對象，對該工程的方案比選、系梁支架設計、施工技術方案和監控量測進行了分析，并采用3D建模技術對施工過程進行模擬，以指導施工。經施工控制，并輔以監控量測，主線橋跨潭洲瀝水中9號、10號墩各系梁施工時支架體系均穩固可靠、安全可控。