斜拉橋現(xiàn)澆箱梁組合支架體系設(shè)計(jì)與應(yīng)用

◎李海瑞 中交第二公路工程局有限公司

結(jié)合引橋現(xiàn)澆箱梁的構(gòu)造特點(diǎn)和施工工效等因素，施工使用大鋼管的少支架或滿堂支架形式較多。對于組合式斜拉橋邊跨現(xiàn)澆箱梁的施工組織，大鋼管支架桿件沉重，需要設(shè)備和專業(yè)人員進(jìn)行安裝，費(fèi)用高，滿堂支架搭設(shè)全靠工人純手工安裝和緊固，受材料和人為影響因素大。針對現(xiàn)澆箱梁的組合支架體系設(shè)計(jì)，如何優(yōu)化架體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在保證箱梁施工安全可靠的前提下，盡可能經(jīng)濟(jì)便捷的組織施工，是研究的關(guān)鍵所在，也是項(xiàng)目打好提質(zhì)增效的必經(jīng)之路。

1.工程概況

江安二橋位于四川省宜賓市江安縣長江下游約6 公里處，主要包括跨一座三塔斜拉橋，設(shè)計(jì)總長1130m，其中北岸側(cè)引橋設(shè)計(jì)長度為685m，南岸接線為路基工程長度為60 m。全橋整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。北岸側(cè)引橋起點(diǎn)為標(biāo)段起始位置，里程樁號K 25+405，終點(diǎn)與跨江特大橋1#邊墩銜接，里程樁號K26+090。北岸引橋?yàn)榉肿笥曳O(shè)置預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，第一、三、五聯(lián)為高度相等箱梁，第二、四聯(lián)為不等高箱梁。引橋箱梁分3×35m（第五聯(lián)）、37.5+55+37.5m（第二、四聯(lián)）、5×40（第三聯(lián)）和3×40（第一聯(lián)）。橫橋向采用單箱單室結(jié)構(gòu)，利用剛性旋轉(zhuǎn)箱梁形成橋面橫坡，為雙幅設(shè)計(jì)，橋面寬14.75m。梁高按梁跨類型設(shè)置，其中35m梁高2.3m，40m梁高2.5m，55m梁高2.5～3.2m，設(shè)計(jì)混凝土標(biāo)號為C50。

圖1 全橋整體結(jié)構(gòu)圖（單位：m）

2.總體思路

2.1 現(xiàn)澆箱梁施工特點(diǎn)

現(xiàn)澆箱梁占地面積小，結(jié)構(gòu)輕盈，外形美觀，一般為一次性澆筑施工，整體性強(qiáng)，適用于大跨度橋梁，經(jīng)常采用支架體系，一般為大鋼管和滿堂支架現(xiàn)澆施工，混凝土澆筑完成后進(jìn)行支架體系卸落、拆除。所需設(shè)備和人工多，耗費(fèi)材料多，安全性不高，經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)。

2.2 支架體系設(shè)計(jì)思路

本橋現(xiàn)澆箱梁為常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)施工場地布置情況，結(jié)合施工工效和組織分析，為節(jié)省施工工期和節(jié)約施工成本，引橋第一、三、五聯(lián)采用40m移動模架法進(jìn)行施工，第二、四聯(lián)采用鋼管樁+貝雷梁及相關(guān)支架法進(jìn)行施工，其中移動模架法和支架法同時(shí)進(jìn)行施工，移動模架施工按照先右幅后左幅的順序進(jìn)行，落地式支架施工按照先右幅后左幅的順序進(jìn)行。移動模架法計(jì)劃從小里程向大里程方向陸續(xù)展開，支架法先進(jìn)行第二聯(lián)右幅施工，然后水平橫移至左幅，依次完成第二聯(lián)、第四聯(lián)的施工。按照施工計(jì)劃，移動模架和鋼管支架在施工過程中，在落地支架法施工左幅第四聯(lián)第3孔時(shí)，由于移動模架此時(shí)已完成左幅第五聯(lián)施工，則縱向移動至第三聯(lián)，需通過第四聯(lián)實(shí)現(xiàn)過孔，將與支架法施工左幅第四聯(lián)第3孔存在干擾情況，鑒于該情況，在移動模架過孔期間，支架法暫停施工，優(yōu)先保證移動模架過孔進(jìn)行第三聯(lián)施工，同時(shí)充分考慮該部分工期。

3.支架體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)澆箱梁施工支架包括兩部分，分別為移動模架和落地大鋼管支架+盤扣的組合支架體系。

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組成，移動模架包括主梁、鼻梁、橫梁、牛腿、小車、橫梁、內(nèi)外模板和液壓機(jī)電系統(tǒng)，移動模架體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 移動模架體系結(jié)構(gòu)圖

（1）主梁一般在兩側(cè)為兩組，是模架的主承重梁，承擔(dān)施工主要荷載。設(shè)計(jì)單個(gè)主梁總長度為50.5m，單側(cè)主梁縱向共分4節(jié)，采用高強(qiáng)螺栓連接縱向節(jié)段間形成整體。

（2）鼻梁，采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，設(shè)置在主梁前后各1對，呈三角截面。

（3）模板橫梁，設(shè)計(jì)為桁架結(jié)構(gòu)，最大間距3.0m，共14組。

（4）牛腿采用Q345B，共有三組，底部與橫向穿進(jìn)墩柱的剪力塊連接。

（5）小車設(shè)置于主梁與牛腿之間，為模架前移提供推進(jìn)動力，小車及液壓站的數(shù)量均為6臺。

（6）模板系統(tǒng)，根據(jù)箱梁構(gòu)造特點(diǎn)，由底板、腹板、翼緣板及肋板組成。

大鋼管支架設(shè)計(jì)采用連續(xù)式結(jié)構(gòu)，除布置于現(xiàn)有道路上的基礎(chǔ)采用混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)外，其余為保證結(jié)構(gòu)安全基礎(chǔ)均采用鋼管樁基礎(chǔ)，鋼管立柱均采用Φ609×16mm規(guī)格，鋼管樁頂部搭設(shè)雙拼的I63承重梁，沿橋梁縱向采用321型貝雷梁作為主梁，在其上設(shè)置分配梁，上部設(shè)計(jì)為滿堂支架，立柱鋼管采用帶法蘭盤形式的盤扣式支架鋼管，鋼管之間采用插銷的方式進(jìn)行連接，平聯(lián)為標(biāo)準(zhǔn)桁架結(jié)構(gòu)，螺栓栓接鋼管和橫向聯(lián)系[1]。

對于箱梁左右幅支架配設(shè)，大鋼管支架擬單幅整聯(lián)投入，考慮到施工工效以及減少支架搭設(shè)次數(shù)，同一聯(lián)支架左右幅采用支架整體橫移工藝方案，減少支架搭設(shè)工程量，節(jié)省工期，橫移工藝采用液壓油缸頂推的方式，即在每排支架鋼管底口布置一臺液壓油缸和相應(yīng)的軌道，統(tǒng)一由一個(gè)油泵系統(tǒng)控制，保證頂推的一致性。

4.支架體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

4.1 移動模架驗(yàn)算

1）計(jì)算工況。

①移動模架在模板驗(yàn)收完成澆筑混凝土工況。該工況主要對承重設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)度、剛度及屈曲穩(wěn)定性進(jìn)行校核驗(yàn)算；

②移動模架過孔工況。該工況下主要對移動模架在移動中鼻梁受力、抗傾覆穩(wěn)定性以及移動過程中主梁強(qiáng)度進(jìn)行校核驗(yàn)算。

2）載荷計(jì)算。移動模架在以上兩種不同工況下工作時(shí)，其載荷主要分析有：

混凝土澆筑工況載荷包括：移動模架的設(shè)備自重、新澆筑混凝土砼載荷、風(fēng)載荷、小型機(jī)具以及人群載荷。

①澆筑工況下，設(shè)備本身重量包括主梁、鼻梁、外模板、橫梁、牛腿梁、小車、液壓系統(tǒng)等。

②澆筑工況下，不同施工段砼梁的重量也有所不同，40米混凝土梁段重量最大，施工載荷最大，選擇該工況進(jìn)行模架強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算。

模架過孔移動工況活載荷主要包括：設(shè)備自重、風(fēng)載荷。

縱移過孔工況設(shè)備自重較合模澆筑工況少了內(nèi)模板重量，其中內(nèi)模重量約為45t。

移動模架承重包括三部分：

①模架自重，約405t（牛腿、控制平車、機(jī)加工件及精軋螺紋等作用在橋臺上，未計(jì)入自重荷載）。

②澆筑鋼筋混凝土重量：40+8米跨約1285噸（已除去墩頂重量）。

③施工臨時(shí)載荷：

20t/48m=0.42t/m。

3）分別建立以下模型進(jìn)行計(jì)算。移動模架在澆筑混凝土工況時(shí)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和主梁穩(wěn)定性計(jì)算；移動模架脫模后縱移過孔移動工況穩(wěn)定性計(jì)算；橫梁強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性計(jì)算；牛腿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度計(jì)算；移動模架在現(xiàn)澆箱梁混凝土達(dá)到強(qiáng)度后開模行走時(shí)橫、縱向穩(wěn)定性計(jì)算；主梁、鼻梁連接螺栓計(jì)算。

4）計(jì)算結(jié)論。利用計(jì)算軟件建立模型，分析得出不同工況下的桿件強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。鼻梁過孔壓桿穩(wěn)定性、橫梁穩(wěn)定性、牛腿在開模和合模的穩(wěn)定性、模架行走穩(wěn)定性均滿足受力要求，主梁在最大受力工況下的擾度為79.68mm，小于L/400=100mm，主梁及鼻梁連接處高強(qiáng)連接螺栓在各工況下均滿足受力要求[2]。

4.2 大鋼管支架體系驗(yàn)算

1）支架計(jì)算。依據(jù)《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》（JGJ 231-2010）進(jìn)行大鋼管支架受力計(jì)算荷載取值，包括恒載和可變荷載兩部分。

①模板自重標(biāo)準(zhǔn)值按0.5 kN/m2。

②支架架體結(jié)構(gòu)桿系自重標(biāo)準(zhǔn)值按照最高（4.5m）進(jìn)行計(jì)算取值：即0.6 kN/m2。

③支架所受可變荷載按規(guī)范要求相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行取值加載。

2）荷載取值。支架自重，Midas模型已計(jì)入。梁體重量及支架荷載通過數(shù)值輸入進(jìn)行分析計(jì)算；上部小鋼管支架荷載計(jì)算，其中上部小鋼管支架荷載合并每根承重梁按4KN/m考慮。人員機(jī)具荷載。支架模型和荷載加載圖如圖3。

圖3 支架模型和荷載加載圖

3）計(jì)算結(jié)果。采用極限應(yīng)力法進(jìn)行大鋼管支架體系各桿件的受力計(jì)算，構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取材料的屈服強(qiáng)度，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 大鋼管支架體系主要結(jié)構(gòu)受力計(jì)算表

5.組合支架體系施工應(yīng)用

箱梁組合支架體系于2020 年3月開始搭設(shè)，第一次混凝土澆筑于2020年5月完成。整個(gè)施工過程中，體系的整體穩(wěn)定性好，搭設(shè)效率高，材料使用量經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu)受力安全可靠，達(dá)到了施工要求。

移動模架和大鋼管支架體系的穩(wěn)定性良好，支架體系沉降均衡，結(jié)構(gòu)受力安全可靠，提高了施工技術(shù)水平，充分發(fā)揮施工機(jī)械和勞動力的生產(chǎn)效率[3]，支架體系施工應(yīng)用見圖4。

圖4 支架體系施工應(yīng)用

6.結(jié)語

江安二橋項(xiàng)目現(xiàn)澆箱梁在組合支架體系施工應(yīng)用中，根據(jù)梁體自身構(gòu)造特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，充分考慮橋位施工條件，調(diào)整和對比分析支架體系設(shè)計(jì)，采用移動模架和大鋼管支架組合結(jié)構(gòu)形式，將大鋼管支架的承載力強(qiáng)、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)和移動模架的操作簡單、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，形成新的組合體系，通過緊密搭接作業(yè)，充分利用工作面，合理的勞動組織，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)澆箱梁施工平穩(wěn)有序，地基沉降可控，結(jié)構(gòu)受力安全，工序銜接緊密，具有良好的經(jīng)濟(jì)性，為類似工程施工提供思路和經(jīng)驗(yàn)。