現澆預應力混凝土連續箱梁支架設計方案分析

簡建軍、王金宗

（1.中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100097；2.河南省路橋建設集團有限公司，河南 商丘 476000）

0 引言

以G30 賽果高速將軍溝互通B 匝道大橋為切入點，對現澆箱梁支架方案進行分析、研究，詳細論述了現澆箱梁支架設計的影響因素、支架方案類型、支架計算等內容，為今后現澆箱梁的施工方案提供參考。

1 項目概況

將軍溝互通式立體交叉位于伊犁哈薩克自治州霍城縣果子溝鄉境內，緊鄰G30 賽果高速將軍溝隧道北洞口。該互通為隧道應急處置、?；愤\輸車輛分流迂回線而設置。項目區位于高山峽谷中，地形起伏較大，相對高差超過350m。路線主要沿山坡峽谷布設，山間地形復雜，地勢陡峻，溝谷呈V 形，空間狹窄。因此，將軍溝互通立交采用由A、B 兩條定向匝道組成的不完全互通形式。A 匝道為駛入G30 賽果高速右幅上行線的加速匝道，A 匝道與原G30 賽果高速建設時預留的加速車道順接；B 匝道為G30 賽果高速左幅下行線駛出的減速匝道。A、B 匝道在將軍溝隧道北出口東側A 匝道設計起點AK0+000 處匯合，與該項目國道312 線K10+890 順接，A、B 匝道，國道312 線與G30 賽果高速既有的新二臺互通形成了往返于松樹頭和新二臺之間的環線。B 匝道自G30 賽果高速下行線接出，孔越果子溝河及高速公路，在高速公路與左側山體間空隙布線，為避免破壞左側山體，誘發泥石流隱患，且受B 匝道高差影響，路基填土較高，B 匝道盡量以橋梁代替路基。B 匝道上孔主線G30 賽果高速公路，與G30 賽果高速公路交叉樁號為BK0+907.778，交叉角度133°39′28″。G30 賽果高速公路正在運營，且不允許長時間中斷交通，將軍溝互通B 匝道為新建工程，在確定設計方案時必須充分考慮正在運營的高速交通對現場施工作業的影響。

將軍溝互通B 匝道大橋位于將軍溝互通B 匝道BK0+573 處，橋梁起點樁號為BK0+154.5，終點樁號為BK0+991.5，橋梁全長837m，平面分別位于半徑650m、900m、550m、130m 的緩和曲線和圓曲線上，全橋上部結構有27 孔，分成8 聯。第1～6 聯有23 孔，采用（4×30m)+(4×30m)+(4×30m)+(4×30m)+(4×30m)+(3×30m）預應力混凝土（后張）連續小箱梁；第7 聯、第8 聯有4 孔，位于半徑130m 的圓曲線上，因此設計采用（2×35m)+(2×35m）現澆預應力混凝土現澆連續箱梁，其中第25、26 孔分別孔越G30 賽果高速下行線、上行線。下部結構0 號橋臺采用柱式臺，27 號橋臺采用肋板臺，橋墩采用柱式墩，墩臺均采用鉆孔灌注樁基礎。

2 現澆箱梁支架設計方案

2.1 現澆箱梁支架類型及特點

現澆箱梁支架類型主要有滿堂支架、門式支架、土牛支架以及組合式支架。

2.1.1 土牛支架

土牛支架是采用填土壓實至箱梁底板標高，以填土作為支架，簡稱“土?！?。填筑土牛時，需封閉施工路段的公路交通，確保土牛填土的整體性和施工安全。采用土牛支架時，先在現澆箱梁投影面周圍設置環形排水溝，將橋下原地面低洼地段回填至與高處同一平面，排水溝采用梯形斷面，表面用砂漿抹面，確保穩定和排水暢通。

填筑土牛時，應采用分層填筑，每層填土的松鋪厚度不得大于30cm，箱梁底板以下80cm 內的填筑壓實度不小于97%，80～150cm 的壓實度不小于95%，150cm 以下的壓實度不小于94%，表面設2%～4%的雙向橫坡，以利于排水。

在土牛頂面設置15cm 厚的C20 混凝土墊層，墊層高程按設計要求的預拱度起拱。混凝土施工時，要求嚴格控制標高和平整度，混凝土的橫坡嚴格按照箱梁底板的橫坡設置。土牛支架的穩定性好，材料來源豐富?，F澆箱梁施工完畢后，填筑土牛的砂礫可用于填筑附近的路基，大大減少了支架周轉材料的運輸成本，提高了材料的利用率，經濟效益好，常用于地勢平坦、開闊的互通區現澆箱梁支架方案。

2.1.2 滿堂支架

滿堂支架是一種成本較低、可多次周轉使用的支架方案，也是一種常用的方法。施工時多點支撐，沉降容易控制，張拉時支架反彈量小，對主梁健康有利，線形同樣容易控制，一般有鋼管排柵支架、扣件式鋼管支架、碗扣式多功能腳手架等形式。滿堂支架常用于無通航和通行要求的橋梁，墩高在20m 以內、地基條件較好、地勢平坦、起伏不大的地區以及其他施工方法不經濟的情況下。它具有周轉次數多、時間短、使用輔助設備少的優點，工作面大，可同時配備大量人力物資，特別適用于多跨現澆梁施工，有利于人海戰術加快施工進度，產生良好的經濟效益。常規滿堂支架鋼管桿件本身承載能力有限，不適用于大噸位、大跨徑的橋梁[1]。

2.1.3 門式支架

門式支架是現澆箱梁與公路、通道等障礙物交叉時，為跨越障礙物而設置的支架。現澆箱梁門式支架通常采用梁式結構，只承受豎向壓力，不產生水平推力，結構受力簡單。

2.2 影響現澆箱梁支架設計方案的因素

影響現澆箱梁支架設計方案的因素主要有：橋梁支架跨越障礙物的地形地貌、支架跨度、支架高度、施工條件、經濟效益等。根據這些影響因素，結合現場實際情況，因地制宜，科學合理地設計出能最大限度滿足結構安全、較經濟的現澆箱梁支架方案。

2.3 結合現澆箱梁支架設計方案的影響因素擬定支架方案

將軍溝互通B 匝道大橋第24 孔（23 號墩～24 號墩）、25 孔（24 號墩～25 號墩）、26 孔（25 號墩～26 號墩）、27 孔（26 號墩～27 號墩）共4 孔采用（2×35m）+（2×35m）預應力混凝土現澆連續箱梁。根據設計方案、現場實際情況，第24 孔跨越峽谷谷底，第25、26 孔分別孔越正在運營的G30 賽果高速公路下行線和上行線，第27 孔連接路基。

第25、26 孔分別孔越正在運營的G30 賽果高速公路左幅（下行線）和右幅（上行線）時，受地形和將軍溝隧道的制約，該處匝道平面曲線半徑為130m，橋面超高為4%，跨越的G30 賽果高速左幅超高為4%，右幅超高為3%。結合匝道的超高情況，梁底最低處位于橋梁左側，對橋梁左側與G30 賽果高速主線的對應位置路面左右幅的左側、右側的凈空進行計算（該計算凈空為現澆箱梁梁底與高速公路主線左右幅路面之間的高差）（見表1）。

表1 橋梁梁底與G30 賽果高速主線左右幅路面高差計算表

經計算，匝道跨線橋與高速公路主線左、右幅路面的凈高分別為7.9m、7.99m、6.19m、6.57m，最小凈處高6.19m 位于主線右幅的左側，需滿足高速公路5.0m 的凈高要求。同時，因該橋緊鄰將軍溝隧道出口，檢修隧道內的通風設備要求5.2m 凈高。第26 孔凈高有限，支架高度不得大于0.99m。

現澆預應力混凝土連續箱梁采用單箱單室斷面，梁高2m、頂板寬10m、底板寬5m、懸臂長2m、懸臂厚度0.45m。根據以上因素，擬定第24～25 孔支架搭設采用鋼管支架+貝雷梁方案，第26 孔支架搭設采用鋼管支架+工字鋼方案，第27 孔支架搭設采用滿堂支架方案[2]。

2.4 支架搭設方案

2.4.1 第24～25 孔：鋼管立柱+貝雷梁支架

搭設支架處地基承載力350kPa，基礎采用14m×2m×1m 的C30 混凝土條形基礎，基礎頂預埋兩塊100cm×100cm×1cm 鋼板，作為主梁承重底座。

貝雷主梁：貝雷梁采用3m×1.5m 規格，設置8 組16 片主梁，長度為16m，貝雷架之間每兩節采用45cm花窗豎向連接，在每孔底部安裝水平花窗連接。各組貝雷桁架片兩兩組合成一幅，每兩片用支撐架連為整體，同時用10#槽鋼每隔6m 將貝雷梁兩兩連接，保證貝雷片的整體性。

平臺：貝雷桁架片上鋪設16#工字鋼，安裝鋼管支架，工字鋼間距與鋼管間距相同（均為60cm)。工字鋼與貝雷架之間采用U 形卡栓固定。

2.4.2 第26 孔：鋼管立柱+縱橫梁支架

第26 孔現澆連續箱梁段上孔G30 賽果高速，且支架高度不得大于119cm，經多方論證采用搭設鋼管柱支架結構?；A采用14m×2m×1m 的C30 鋼筋混凝土，在基礎頂預埋兩塊100cm×100cm×1cm 鋼板，作為鋼管柱支撐體系的承重基座。

鋼管立柱采用φ630mm×12mm 規格，立柱高度以基礎頂面高程至下部雙拼Ⅰ45b 工字鋼橫梁底高程控制，支架搭設完成后最小凈空為5.29m，滿足G30 賽果高速通行及隧道內的通風設備檢修的需求。鋼管立柱與鋼筋混凝土基礎采用預埋件連接固定，在鋼管立柱上布置3 根16#槽鋼水平撐，以中部槽鋼呈三角形對稱布設2 根16#槽鋼水平撐，構成現澆段上下雙拼Ⅰ45b 工字鋼橫梁的鋼管柱支撐體系，鋼管立柱與16#槽鋼采用焊接拼裝固定。

支架支撐體系主要由鋼筋混凝土基礎及預埋件、鋼管立柱、16#槽鋼水平撐及斜撐、雙拼Ⅰ45b 工字鋼、楔形墊塊、63mm×5mm 等肢角鋼、HN700mm×300mm型鋼、模板、10#工型鋼、方木、48mm×3.5mm 鋼管支架組成。

圖1 支架橫斷面圖（單位：mm）

橋面橫坡由上下2 根雙拼Ⅰ45b 工字鋼橫梁間的砂筒高度控制（砂筒注滿細砂后，在砂筒下部兩端設置鋼螺栓，旋轉螺栓進入砂筒后，砂筒內細砂的體積增大，發生上下位移，不斷調整砂筒高度直至符合設計橋面橫坡）。砂筒與上下工字鋼橫梁采用支座鋼板焊接牢固。

2.4.3 第27 孔：滿堂支架

先對箱梁橋下基礎地面整平壓實，壓實度達到93%以上，地基承載力達到250kPa 以上。滿堂支架基礎采用20cm 厚C30 混凝土，然后在其上用10cm×10cm 方木沿縱橋向按0.6m、0.9m 間距依次排開，方木上接支架底托。在混凝土基礎邊線外3m 開挖排水溝，設置不小于2%縱坡。在排水溝內，用塑料膜或水泥砂漿封閉并設置引水槽，引水槽每3m 設置一道，防止在施工場地內形成積水，造成基礎均勻沉降，引起支架失穩。根據基礎頂面高程與現澆箱梁高程計算支架排距、頂托、底托高度。采用WDJ 碗扣式支架滿堂式布設，端部立桿縱橫間距60cm×60cm；孔中部分立桿間距60cm×90cm，縱橫水平撐桿豎向間距1.2m。頂、底托伸出長度不得超過1/3 頂緣長。碗扣式支架間用鐵錘敲擊鎖緊，支架縱向直順，橫向水平，垂直偏差小于架高的1/500。立好立桿后，及時設置掃地桿和第一步大小橫桿，橋臺與墩柱處應按支架排距增設立桿。支架縱橫向沿全高設置剪刀撐，斜桿與地面的夾角為45°。剪刀撐須隨立桿、縱向和橫向水平拉接桿同步搭設，剪刀撐要落地，在腹板處增設剪刀撐。在箱梁支架頂托上，順箱梁方向放置φ48 鋼管作為縱梁，在縱梁上沿橫橋方向放置10cm×10cm 方木，中心間距20cm。

2.5 支架預壓

為消除支架的變形和因地基沉陷而引起的箱梁早期開裂，同時為驗證支架的安全性和預拱值的準確性，保證施工質量，支架需進行加載預壓。在橫橋向10cm×10cm 方木鋪設完成后，按支架所承受荷載1.2倍用土袋在底模上加載預壓。

在底模上順橋向每5m 設1 組沉降觀測點，每組橫橋向設左、中、右3 個點。在預壓重量分別達設計荷載50%、75%、90%、100%、120%時，觀測和記錄支架變形情況，一旦發現支架變形超出允許范圍，必須立即停止預壓，并分析原因，待處理完善后方可繼續預壓。

預壓時，每天觀測3 次，測算出最終沉降量，以此來調整底模預拱度，保證連續箱梁符合設計要求的上拱度和線形。待24h 累計沉降不超過1.5mm，且預壓時間不小于7d 時方可進行卸載。

為節約時間，加快工程進度，確保支架的穩定性，第24、25、26 孔上跨G30 賽果高速的門式支架和第27孔滿堂支架先進行場外預壓，提前獲取各項參數，檢測支架的穩定性。同時，施工現場支架預壓不得省略。

3 結語

將軍溝互通B 匝道大橋第七、八聯上跨賽果高速，箱梁施工支架既要保證現有高速的正常運營，又要滿足匝道橋的施工空間及工期要求。因此第七、八聯現澆箱梁支架方案結合現場實際施工條件，分別采用滿堂支架和鋼管立柱+縱橫梁兩種支架方案。其中，跨高速公路段需滿足高速公路的凈空要求，擬采用結構高度較小的鋼管立柱+縱橫梁的支架方案，其余部分擬采用滿堂支架方案，符合技術先進、安全可靠、經濟合理的要求，充分體現了因地制宜、就地取材、便于施工和科學合理的原則。