龍吉風雨橋0#塊鋼管樁支架設計與施工探討

謝韋敏，梁家心

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

在當前大跨度連續剛構或連續梁橋施工中，0#塊因其結構復雜，混凝土澆筑方量大等原因，其支架施工工藝一直是該類型橋梁施工的重難點。在滿足施工安全的前提下，同一橋梁結構類型的0#塊支架有多種可選方案(如三角托架、鋼管滿堂支架、鋼管樁支架等)，而不同的設計方案將直接影響到0#塊施工成本、進度及線形和安全控制的難易程度。本文以廣西三江縣龍吉大道龍吉風雨橋3#墩0#塊為工程案例，對0#塊鋼管樁支架作了一些討論和總結。

1 結合現場施工條件選擇支架方案

三江縣龍吉風雨橋全長349 m。本橋共分為兩聯，橋跨組成為(30+52.5+85+52.5)m+(4×30)m。其中，第一聯為主橋，上部結構采用(30+52.5+85+52.5)m的預應力混凝土變截面連續箱梁；第二聯為引橋，上部結構采用4×30 m的預應力混凝土等截面連續箱梁。0#和1#節段共長13.0 m，底板寬9.0 m，頂板寬18 m，箱梁在墩中心線兩側各2.5 m為直線段。詳見圖1。

圖1 主墩0#塊和1#塊構造圖(cm)

龍吉風雨橋3#墩位于尋江河道中，水位較深，0#塊到河床底的距離為24 m左右，建筑常用的φ48 mm滿堂支架因鋼管構件較多，水流阻力過大，施工過程中有被水流沖垮的危險，故不做考慮。受下一步工序掛籃拼裝所需空間影響，需將0#塊(長8 m)和1#塊(長5 m)同時澆筑施工，結構懸臂較長，在墩身埋設型鋼或鋼板做托架的施工工藝也不適合本項目。而鋼管樁支架具有結構簡單、搭設快捷、對水流阻力小，自身穩定系數高等特點，非常適合作為本項目3#墩0#塊施工托架。

2 支架方案設計

鋼管支架的鋼管樁采用φ609 mm壁厚10 mm的圓形鋼管；鋼管立柱之間用16#槽鋼進行聯結，保證鋼管支架的穩定性。鋼管頂部使用雙拼40#工鋼作為主受力橫梁，橫梁上鋪設32#工鋼作為縱梁，在32#工鋼上面鋪設16#工鋼作為橫向分配梁。箱梁翼板混凝土使用φ48 mm鋼管搭設支架支撐。底板模板采用8 mm的鋼模，模板直接鋪設在橫向分配梁上，底模板分別用方木、槽鋼調整高度、角度。箱梁外模板采用掛籃鋼模板。龍吉風雨橋0#塊支架結構如圖2所示。

圖2 龍吉風雨橋0#塊支架結構示意圖(cm)

支架主要材料統計如表1所示。

表1 龍吉風雨橋0#、1#塊主要工程材料統計表

3 支架受力荷載計算

3.1 靜荷載g1

(1)支架自重、支架管自重和模板自重：荷載大小及作用點由分析軟件按照單元的物理幾何關系自動計算，方向為豎直向下。

(2)取箱梁的面荷載進行施加，先在CAD圖形中得到各個部位梁所承受混凝土的橫截面面積，再乘以混凝土容重，即可得到所求的面荷載。混凝土的容重取26 kN/m3，詳細計算見表2。

表2 0#、1#塊支架荷載分配計算表

3.2 可變荷載

(1)施工人員及施工機具運輸或堆放的荷載q1：

12人×70 kg=840 kg，焊機、泵管、振動棒約2.3 t

G總：8.4+23=31.4 kN，Ai：3.7 m×5.25=19.425 m2

q1=G總/Ai=31.4 kN/19.425 m2=1.61 kN/m2

豎直作用于頂板之上。

(2)風荷載q3：

設風壓作用在支架所在平面的法線方向，主要施加于模板之上。基本風壓取0.35 kN/m2，數據來源于全國各氣象站臺基本風速和基本風壓值——設計風壓為百年一遇，則q3=0.35 kN/m2。

4 支架安全性驗算

鋼管支架使用Midas Civil結構分析軟件進行受力分析。在建模過程中，0#塊支架的主要桿件采用梁單元模擬，模板采用板單元模擬；各桿件以中性軸的空間位置代表相應模擬單元的幾何位置，盡可能地采用實際的截面形狀和尺寸。對于在截面庫中所沒有的截面，采用等效的截面形式，以力求等效。

經過以上幾何、物理、邊界條件等的模擬，建立支架、模板模型圖，如圖3所示。

圖3 支架Midas模型圖

經計算，由圖4～6可知，根據最不利荷載工況，整個支架鋼管樁最大反力為270.3 kN，構件的最大組合應力為144 MPa，位于頂板模板中部模板肋位置上。構件最大的剪應力為43.7 MPa，位于頂板橫向分配梁位置上。模板的最大板單元應力為131.3 MPa。整個支架撓度最大的位置在翼緣板模板上，其撓度為12.3 mm。支架結構各項應力及變形數值均滿足規范要求。

圖4 支架構件組合反力云圖

圖5 支架構件組合應力云圖

圖6 支架構件板單元應力云圖

5 鋼管樁支架施工

5.1 鋼管支架安裝的步驟

施工準備→鋼管樁運至工地→清理承臺頂面預埋件→安裝鋼管樁(同時水中打樁)→焊接第一道橫向連接系梁→焊接第二道橫向連接系梁→安裝鋼管樁樁帽、樁頂橫橋向分配梁→安裝縱橋向分配梁→安裝分配梁上橫橋向小分配梁→支架預壓→預壓完成卸載→進行0#節段施工→支架拆除。

5.2 鋼管樁安裝、連接系、分配梁安裝的要求

鋼管樁使用前應嚴格檢查管壁厚度及銹蝕情況，由于0#節段和1#節段重量大，不符合要求的鋼管樁堅決不能投入使用。鋼管樁與承臺預埋件、樁帽、分配梁之間一定要固結牢固。

連接系梁的主要作用是將各個鋼管樁連接起來，形成整體，保證支架的整體穩定性，施工時一定要按設計圖紙安裝，保證焊接質量。

分配梁應嚴格按圖施工，特別是分配梁的連接應按鋼結構規范進行等強度連接，質量檢查人員需認真檢查并做好記錄。

6 支架荷載預壓論證

支架安裝完成后，需要通過現場荷載預壓加以檢驗。通過荷載預壓，可以及時發現鋼管支架可能存在的安全問題，并及時采取措施加以處理；還可以消除支架的非彈性變形，監測支架的實際彈性變形，為0#塊立模標高提供數據。龍吉風雨橋0#塊預壓采用張拉鋼絞線進行等載等效壓重，壓重荷載按0#塊和1#塊設計重量的110%進行。荷載試驗分50%、80%和110%三個階段來完成，觀測點布置在0#塊前后縱向工字鋼各3個點和0#塊前后橫向工字鋼各3個點。預壓試驗后經測量，各觀測點位置撓度最大值是5～7 mm，支架容許的變形量為：y=L/400=4 500/400=11.25 mm。整個鋼管支架頂部的最大位移7 mm

圖7 0#塊支架預壓試驗示意圖(cm)

7 結語

0#塊混凝土施工是預應力混凝土連續梁橋施工的一道關鍵工序，需要選擇合適的0#塊支架設計方案。一個合適的0#塊支架方案需要適應0#塊結構及橋墩結構的特點，同時，支架能夠滿足強度、剛度及穩定性要求，并且安裝搭設方便，施工成本、施工進度及施工安全能夠得到有效控制。本文以廣西三江縣龍吉風雨橋為實際工程案例，針對該工程中的0#塊方案在支架形式的選擇、支架設計、支架受力驗算、支架搭設、支架預壓試驗驗證等方面進行了詳細闡述，認為鋼管樁支架方案很好地適應了現場的施工技術條件，所采取的安全控制措施確保了該橋0#塊施工的安全有序進行。