公路立交橋1×80m系桿拱橋矩形實體系梁水中臨時支架施工技術

【摘要】結合金山鐵路張漕公路立交橋跨龍泉港1×80 m系桿拱橋水中臨時支撐體系施工實踐，詳細介紹了支架方案的選擇及設計計算過程，通過優化施工方案和措施，確保了跨通航河道現澆梁施工和通航安全，對同類施工具有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】立交橋；系桿拱；航道安全；支架方案

1工程概況

金山鐵路張漕公路立交橋跨龍泉港系梁拱橋位于9號～10號墩，施工里程為DK25+694.65，兩墩位于堤岸上。本橋為一孔80m下承式鋼管混凝土簡支系桿拱橋，橋梁全長83m，橋面全寬20.8m。橋面結構采用縱橫梁體系、整體橋面板。加勁縱梁采用預應力矩形實體截面混凝土結構，縱梁高180cm，寬160cm。全橋共設15道預應力混凝土橫梁，其中2道端橫梁、13道中橫梁；端橫梁采用單箱雙室截面，中橫梁采用T形截面。上翼緣為整體橋面板，板厚28cm。系梁自重5012.5t。

系梁拱橋下龍泉港河道是V級航道，其過河處水面寬度43m，施工期間必須保證航道不斷航，且必須保留不小于20m寬的航道寬度，平時過往船只多，支架既要保證足夠的強度、剛度、穩定性，又要滿足通航要求。

2 支架方案的選擇

根據現場情況，可采用的方案有以下幾種：下部結構鉆孔樁基礎、擴大基礎、鋼管樁基礎；上部結構：貝雷梁、六四軍用梁。通過以上幾種施工方案的對比，最后選定采用鋼管樁基礎、321型貝雷梁及腳手架組合，跨度采用17.9+24+17.9（m）。在鋼管樁支墩周圍設置鋼管護樁，防止過往船只碰撞臨時支架，造成支架體系失穩，如圖1所示。

圖1系梁施工臨時支架立面布置

3 系梁支架施工

3.1總體說明

利用水中臨時支墩、陸上臨時支墩及滿堂腳手管支架作為支撐點，搭設加強型321型貝雷桁架，形成主梁施工平臺。施工平臺的結構形式自9號橋墩至10號橋墩方向依次為滿堂腳手管支架+1-17.9m的321型貝雷梁+1-24m的321型貝雷梁+1-17.9m的321型貝雷梁+滿堂腳手管支架。

3.2支架方案

3.2.1支墩

陸上臨時支墩采用C30鋼筋混凝土擴大基礎，混凝土基礎頂面預埋鋼板，支墩采用單排10根φ609鋼管，加勁縱梁下的鋼管樁間距為2m，其余鋼管樁的橫橋向間距均為2.4m。

水中臨時墩采用鋼管樁與型鋼結合，每個水中支墩布置單排10根φ609鋼管樁，總寬度為20.8m，橫向布置同陸上臨時支墩。鋼管樁單根樁長35m，入土深度不小于25m。φ609鋼管之間采取[300槽鋼作為剪刀撐連接穩固。

鋼管樁頂開槽，深22.5cm，采用δ=20mm的鋼板封口后，在其上焊接雙拼H400×200加勁型鋼作為貝雷梁的橫向底梁。

3.2.2貝雷桁架

貝雷桁架均采用單層加強321型貝雷桁架。貝雷桁架在橫截面上均布置58片貝雷片。其中，在南北兩側的加勁縱梁下2m范圍內分別布置10片高抗彎貝雷片作為承重結構，貝雷片間距為0.25m；橋面板下方布置36片貝雷片作為承重結構，貝雷片間距為0.45m。

3.3支架施工

本系梁拱橋的施工方法為“先梁后拱”，即先在支架上現澆主梁（含縱、橫梁和橋面板），而后架設鋼管拱肋，泵送管內混凝土成拱，再施工吊桿，拆除臨時支架成橋。

3.3.1水中臨時支墩

水中臨時支墩采用50噸浮吊沉埋鋼管樁：

1.施工放樣，在岸上通過全站儀測放出鋼管樁的位置，并設置明顯標記，使用木桿或者竹竿定位。

2.鋼管樁進入預定：利用懸臂定位架適當定出50噸浮吊船的扒桿長度，將待沉管樁用鋼絲繩按規定吊點綁扎牢固，逐步將管樁調整為豎直，使管樁依靠自身的重量直接沉入河床底上的淤泥層，吊升裝置逐步松馳，使管樁在管樁自重條件下沉入穩定，重新測量復核，確保樁位的準確。

3.開動DZ90振動沉撥樁錘沉埋鋼管樁。

3.3.2 鋼管樁橫向聯結焊接

1.當鋼管樁沉埋結束后，測量人員對每根樁進行測量，畫線標出管樁頂牛腿位置交由焊工施焊，為了確保施工人員的安全，在樁周必須設置簡易工作木伐或工作船只、浮箱類平臺等。鋼管樁之間水平和斜撐采用[300槽鋼焊接，并且聯接管為穿入式聯結，然后再進行牛腿及橫向聯結焊接，橫向聯結標高允許偏差為±10mm，焊縫質量符合《建筑鋼結構焊接技術規程》（JGJ81-2002）規定。

2.鋼管樁橫向連接結束后，在鋼管樁牛腿上搭設簡易施工平臺，對鋼管樁進行切割，切割到位后進行H型鋼搭設。

3.3.3 臨時支墩上部結構H型鋼拼裝

1.在岸上組拼標準長度H型鋼，然后，利用50噸浮吊船將其吊裝就位。其次，按設計要求完成一個橋墩的安裝后，采用電焊的形式將H型鋼固定。

2.當完成兩個橋墩的下部結構安裝后，測量人員進行施工放樣。在H型鋼頂上用紅油漆標出支座的位置，人工配合浮吊將支座安裝到位。H型鋼連接位置及牛腿焊接位置按規范要求設置

3.支座四側限位距離為1cm。支座限位每側不小于兩處，采用1cm三角鋼板焊接在H型鋼上。焊接采用兩側焊接，焊縫飽滿并不小于8mm。

3.3.4貝雷桁架安裝

貝雷桁架的安裝施工主要采用50t浮吊進行作業。貝雷片先期堆放于龍泉港東側，貝雷片吊裝前，組合后的貝雷桁架寬度不小于1.5m。自東向西逐跨進行吊裝。吊裝期間需要在臨時封鎖航道的條件下進行作業。

3.3.5槽型梁腳手架支架搭設

系梁貝雷梁上均采用滿堂腳手管支架，支架布置根據系梁截面位置受力情況的不同分為三個區域進行設計。一般截面（槽型梁截面）底板范圍內立桿按75×60cm間距布置，即立桿順橋向間距75cm，橫橋向間距60cm，步距120cm；中橫梁范圍內立桿按60×60cm間距布置，步距100cm；箱型梁位置內立桿按60×60cm間距布置，步距120cm；系梁截面160cm范圍內橫向設5排橫橋向間距40cm，順橋向間距30cm，步距120cm的加密區；為滿足支架高度調整的需要，所有支架立桿均設可調式頂托和底托。底托下沿橋梁橫向放置[200槽鋼（開口向上），保證支架基礎受力均勻。頂托沿橋梁縱向鋪一層15×15cm方木，間距與立桿相同，再在橫木上沿橋橫向鋪一層10×5cm方木，縱向間距0.25m，方木上再鋪18mm厚膠合板作為系梁底模。腳手支架搭設完成后，沿縱橫向每隔5m用φ48鋼管做成剪刀撐，與腳手支架一起拼裝成勁性支架，以增加支架的剛度。

3.3.5支架預拱度設置

1.確定預拱度時考慮的因素

在支架上澆注混凝土時，在施工時和卸架后，梁體要發生一定的下沉和產生一定的撓度。因此，為使梁體在卸架后能滿足設計規定的外形，須在施工時設置一定數值的預拱度。在確定預拱度時應考慮下列因素：

⑴ 卸架后上部構造本身及活載一半所產生的豎向撓度δ1；

⑵ 支架在荷載作用下的彈性壓縮δ2；

⑶ 支架在荷載作用下的非彈性壓縮δ3；

⑷ 貝雷梁在荷載作用下的彈性變形δ；（含自身拼裝變形）

⑸ 由混凝土收縮及溫度變化引起的撓度δ5。

2.支架預拱度的設置

根據梁的撓度和支架的變形所計算出來的預拱度之和，為預拱度最高值，應設置在梁的跨徑中點，其他各點的預拱度以中間點為最高值，以梁的梁端支座墊石中心線為0。

3.4 支架預壓

1.預壓目的：檢驗支架及地基的強度及穩定性，消除整個支架的塑性變形，消除地基的沉降變形，測量出支架的彈性變形。

2. 預壓材料：采用模板組拼水池，在其內注入河水進行預壓，預壓荷載為梁體、鋼管拱自重的120%。

3.預壓范圍：系梁底全長、全寬范圍。

4. 測點布置

在每一節段梁底寬范圍內，橫橋向每個斷面按五個點布設，其具體位置如下：左側系梁中心、右側系梁中心、橫隔梁中心、橫梁左1/4處、橫梁右1/4處；36m跨范圍內每5米設置一個觀測斷面，其余部分每6米設置一個觀測斷面。

5. 預壓方法

⑴首先對搭設的支架高度按設計進行調整，預留方木及模板厚度，預留沉降1.2cm。支架搭設高度=箱梁底板設計標高-縱向方木厚度（15cm）-縱向方木厚度（10cm）-模板厚度（2cm）-支架底墊木厚度（15cm）-支架基礎標高+預留沉降量（1.2cm）

⑵灌注河水前在底模上劃出梁體截面分界線，然后根據支架檢算相關數據確定不同截面處梁底支架每平方米上的重量，以確定每處支架上應灌注的用水量。

⑶加壓50%，進行沉降觀測。

⑷加壓80%，進行沉降觀測。

⑸加壓100%，持續3天進行沉降觀測。

⑹加載前對沉降觀測點進行測量，標高記錄h1，布載后對沉降觀測點定期進行測量標高記錄h2（初期為每12小時觀測，基本穩定后，間隔24小時進行觀測，若連續3d觀測結果在5mm以內，則可認為地基沉降基本穩定開始卸載），計算最終沉降量h2-h1，卸載后對沉降點再進行測量，記錄標高h3，計算彈性沉降h3-h2，地基沉降量為加載前與加載后標高之差。

⑺卸載前進行最終高程觀測，卸載后進行高程和中線觀測，匯集所有觀測資料作為實際施工依據，調整底模標高。

4支架檢算

4.1支架鋼管樁檢算

根據地質情況、河道沖刷情況以及鋼管樁的特性，選取35 m長的鋼管樁，去除河底以上的10 m入土深度為25 m。因此，支架的鋼管樁檢算長度取25 m。

（1）場區地層主要為：①填土；②粉質粘土，見表1。

（3）單樁豎向壓力計算

系梁自重：m系=5012.5t ，321型貝雷梁自重m貝=669t，橫梁及腳手管自重m橫=150t，施工荷載m施=416t，模板自重m模=50t，鋼管樁自重m鋼=104t ，單樁豎向壓力F壓=mg/n=（5012.5+669+150+416+50+104）×9.8/40=1568.4KN<2957.55KN

經計算可知，，單樁總摩阻力大于單樁總豎向壓力，入土25m深的鋼管樁經計算是安全的。

4.2 系梁支架檢算

4.2.1 工況分析

主梁砼分兩個節段進行澆筑施工，第一節段為兩端拱腳段，第二階段為跨中段，兩節段之間設置寬度為1.50m的合攏段。主梁鋼筋砼結構對下部結構的荷載視為均布荷載受力，其中兩側加勁縱梁部分的均布荷載不等同于橋梁中線部分的均布荷載。

三跨貝雷梁為連續布置。計算模型為三不等跨梁。其中，兩邊跨的跨徑均為l1=17.91m，中跨的跨徑為l2=24m，n=l2/l1=1.34。

貝雷支架的受力分析分為兩種工況進行，第一種工況為主梁砼第一節段砼澆筑完成之后且主梁砼第二階段未澆筑時，第二種工況為主梁砼全部澆筑完成（即主梁合攏段砼澆筑完成）且縱向預應力鋼束未進行張拉時。

拱腳位于橋墩處，且此處由橋梁支座和滿堂腳手管支架作為支撐，因此在支架受力計算時暫不考慮拱腳、端橫梁及滿堂腳手管支架段的結構荷載影響。

拱肋安裝在加勁縱梁的第一次張拉之后進行施工，因此在支架受力計算時暫不考慮拱肋安裝的施工荷載和拱肋及管內砼的荷載。

橋面系及附屬結構施工均在拱橋結構全部完成后進行，因此在支架受力計算時暫不考慮橋面系及附屬結構的荷載影響。

貝雷支架主要承受的荷載包括：加勁縱梁自重、中橫梁自重、整體橋面板自重、現澆模板自重、模板支撐體系自重、貝雷梁自重以及施工荷載等荷載。

4.2.2 工況一支架受力檢算

支架兩側受力情況相同，中跨所受荷載忽略不計，僅對一側邊跨的受力情況進行分析。分析對象為三不等跨梁的兩邊跨受相同的均布荷載影響。

2.橋梁中部受力分析

龍泉港是上海金山區內的五級航道，按照V級航道通航要求，通航船舶噸級：300 t，船型尺度（總長×型寬×設計吃水）：駁船35.0×9.2×1.3，貨船駁船35.0×9.2×1.3。支架分三跨：17.9m+24m+17.9 m，中跨為24m，除去支墩及防護樁寬3m（防護樁距支墩中心1.5 m），通航的凈寬為24-3=21m>9.2 m，滿足安全通航的要求。

5結束語

本工程系桿拱橋系梁的施工采用水中臨時支架施工技術，充分利用水運和浮吊作業，結合橋兩端的吊車配合作業，使得工序安排流暢、施工技術控制簡便易行，最終在工程質量優良、工期及成本全面可控、施工安全及通航安全得到保證的基礎上順利完成了施工任務。并且系梁施工便橋采用321貝雷梁+碗扣式支架方法解決了系梁預拱度預留的技術難題，為系梁的施工提供了可靠的保證。

參考文獻

1.TZ213-2005客運專線鐵路橋涵工程施工技術指南

2.GB/T11263-2005 熱軋H 型鋼和部分T型鋼

3.GB50017-2003 鋼結構設計規范

4.陳偉，李明，張志國等.橋梁施工臨時結構設計 北京：中國鐵道出版社，2006

5.《新編橋梁施工工程師手冊》第1版，人民交通出版社，2011.07

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