深水跨江連續梁直線段支架施工技術探討

王 波

(常州市軌道交通發展有限公司，江蘇常州 213022)

1 工程概況

杭長鐵路客運專線HCZJ3標牌頭浦陽江特大橋全橋長度為9 296．78 m，其中本橋在184號墩 ～189號墩(DK80+802．9～DK81+140．6)跨錢塘江支流浦陽江，設計采用(48+3×80+48)m連續梁通過。梁體為箱室、變高度、變截面結構;梁面寬度為12．0 m，頂板厚0．35 m ～0．45 m;腹板厚度分別為 0．48 m，0．7 m，0．9 m折線變化，局部加厚到1．05 m;底板寬6．7 m，底板厚0．435 m～1．0 m;邊跨直線段7．75 m 截面中心梁高3．8 m，重量為298．27 t。

2 鋼管立柱的設計

以189號墩直線段為例進行說明，靠近中跨側下部采用單排3根直徑1．0 m鉆孔樁和橫托梁(截面面積1．8 m×1．0 m×12．5 m)作為立柱基礎，靠近189號墩落地鋼管直接落在承臺上。鋼管柱直徑采用630 mm(δ=10 mm)螺旋管。

墩高22．0 m，為圓端型實體墩，截面尺寸為4．0 m ×9．8 m，承臺尺寸為9．6 m×12．3 m，為水中墩，水深4．2 m，該墩河床面以下8．9 m為細圓礫土，該墩通過方案優化，采用筑島填筑而成，先對該墩位處采用粘土回填到施工水位，待鉆孔樁施工完后，采用拉森鋼板樁圍堰進行承臺有擋開挖施工。承臺澆筑完畢后在抽拔鋼板樁之前先將島面以下墩旁鋼管立柱安裝就位，待基坑回填完后再對其接高。靠近合龍段側鋼管柱基礎以回填島面標高為準開始施工鉆孔樁，樁基嵌巖深度為2．0 m，樁基施工完后再島面以上施工橫托梁作為前排鋼管立柱的基礎部分。

2．1 支架設計

1)鋼管柱需設置2排(縱向)，每排5根，橫向間距按照2．7 m布置，縱向間距按照3 m布置，鋼管之間采用Ⅰ22a工字鋼進行連接，并采用［14槽鋼進行剪刀撐連接，兩排鋼管柱之間也采用［14槽鋼進行剪刀撐連接，189號墩直線段采用鋼管立柱、貝雷梁進行現澆施工，鋼管直徑采用630 mm，δ=10 mm。

2)前落地蓋梁需要采用鉆孔樁來進行基礎施工，并且要求樁基嵌巖深度為2 m，樁徑為1 m，樁基鋼筋籠參考鋼筋籠加工圖，樁基采用C35混凝土進行灌注，鉆孔樁長度根據現場的實際情況確定。

3)落地蓋梁截面尺寸為1 m×1．8 m，橫橋向長度為12．5 m，蓋梁底部、頂部需設置鋼筋網片，橫橋向鋼筋直徑為16 mm螺紋鋼，間距為15 cm，縱橋向鋼筋直徑為12 mm螺紋鋼，間距為10 cm，架立鋼筋采用16 mm螺紋鋼，間距按照1．5 m梅花形布置，蓋梁混凝土標號采用C35。

4)為了考慮直線段落模需要，需在鋼管柱頂部設置落模沙箱，落模沙箱活塞采用直徑50 cm，δ=10 mm鋼管，落模沙箱承載面采用厚度2 cm鋼板進行焊接，并需在活塞兩頭和鋼管柱頂部內壁焊接加強板，加強板采用厚度10 mm鋼板，落模沙箱頂部采用雙排Ⅰ36工字鋼作為橫向承重梁。

鋼管立柱支架正面、側面及基礎示意圖見圖1～圖3。

圖1 鋼管立柱支架正面示意圖

圖2 鋼管立柱支架側面示意圖

2．2 貝雷桁架設計

貝雷梁采用3 m×1．5 m規格，貝雷梁連接花架采用45 cm，同時為了保證貝雷梁橫向之間的穩定性，需在貝雷梁底和頂部采用［14，L=12 m槽鋼用U形螺栓進行連接。沿順橋向方向共設9組，每組兩片，采用45 cm花架進行連接，9組貝雷梁間距為1．35 m，桁架頂部橫橋向鋪設間距按照30 cm，4 m長15 cm×15 cm方木交錯布置。

2．3 支架預壓

1)預壓施工及測試結果分析。預壓采用堆碼砂袋的方法，模擬施工荷載進行預壓加載，預壓測點采用在桁架底部觀察倒尺的方法，在縱向直線段中心和兩端布設測點，沉降觀測數據見表1，可以看出桁架兩端變形較大。

2)對支架進行改進，在兩端加密桁架的橫向連接，彈性變形量通過底模木楔調整拱度值確保梁底標高與設計相符，彈性變形中間部位按照2 mm設置，兩端部位按照8 mm設置。

表1 沉降觀測數據表

圖3 鋼管立柱支架基礎示意圖

2．4 沉降結果分析

在混凝土澆筑過程中和全橋合龍后，對相對應觀測點箱梁底板進行了復測，實測標高與設計標高偏差在2 mm以內。從而保證了梁體的外觀質量，說明鋼管立柱支架變形量在施工過程中更容易控制。

3 支架檢算

箱梁現澆支架見圖1～圖3，梁體底板下部為2 cm的竹膠板，下放中心間距為30 cm的方木，方木規格為15 cm×15 cm，方木下放長為3 m的貝雷梁，貝雷梁下為Ⅰ45工字鋼，支撐在落架沙箱上，沙箱支撐于直徑為630 mm厚10 mm的鋼管上。

3．1 支架結構材料參數

1)木材(A-2紅杉木)。

順紋彎曲容許應力［σ］=13 MPa;

容許剪應力［τ］=2．0 MPa;

彈性模量E=1×104MPa。

2)竹膠板。

彎曲容許應力［σ］=70 MPa;

彈性模量E=6 500 MPa。

3)Q235鋼材。

拉壓容許應力［σ］=1．3×140=182 MPa;

容許彎曲應力［σw］=1．3 ×145=188．5 MPa;

容許剪應力［τ］=1．3×85=110．5 MPa;

彈性模量 Es=2．1 ×105MPa。

3．2 荷載

腹板荷載:q1=26 kN/m3×3．8 m=98．8 kN/m2;

空心段頂、底板荷載:q2=26 kN/m3×(1．1+0．64)m=45．2 kN/m2;

施工人員、施工料具、運輸荷載:q3=2．5 kN/m2;

水平模板的混凝土振搗荷載:q4=2．0 kN/m2;

傾倒混凝土產生荷載:q5=2．0 kN/m2;

模板荷載:q6=2．0 kN/m2。

3．3 結構檢算

底模檢算:

1)腹板下底模檢算。

15 cm×15 cm肋木按照中心距30 cm橫橋向布置，保守考慮，模板按照支承在肋木上簡支梁進行受力分析，模板寬度按照單寬計算。

腹板處底模荷載:

檢算強度時:Q1=(q1+q3+q4+q5+q6)b=107．3 kN/m;

檢算剛度時:Q2=(q1+q6)b=100．8 kN/m;

跨中最大彎矩:Mmax=ql2/8=107．3×103×0．32/8=1 207 N·m;

梁端最大剪力:Qmax=ql/2=81．3 ×0．1/2=4．1 kN;

模板截面抵抗矩:W=bh2/6=1×0．022/6=67×10－6m3;

模板橫截面的最大應力:σmax=Mmax/W=1 207/(67×10－6)=18 MPa＜［σ］=70 MPa，滿足規范要求。

底板處肋木間距同腹板處，荷載小于腹板處，故底板處模板自動滿足規范要求，不再驗算。

2)15 cm×15 cm肋木檢算。

15 cm×15 cm承重方木橫橋向布置間距為30 cm，肋木下放置最大間距為90 cm的貝雷片，保守考慮，肋木計算模型取簡支梁。

作用在肋木上的荷載為:

腹板下:q1=107．3 ×0．3=17．56 kN/m=32．2 N/mm。

取腹板下荷載對肋木進行檢算:

截面抵抗矩:W=bh2/6=150×1502/6=562 500 mm3。

截面慣性矩:I=bh3/12=150×1503/12=42 187 500 mm3。

跨中最大彎矩:Mmax=ql2/8=32．2×9002/8=3 260 250 N·mm。

模板橫截面的最大應力:σmax=Mmax/W=3 260 250/562 500=5．8 MPa＜［σ］=13 MPa，滿足規范要求。梁端最大剪力:Qmax=32．2×900/2=14 490 N，最大剪應力:τmax=3Q/2A=3 ×14 490/(2 ×150 ×150)=0．97 MPa＜［τ］=2 MPa，滿足規范要求。

跨中最大撓度:fmax=5ql4/(384EI)=5×32．2×9004/(384×104 ×42 187 500)=0．65 mm ＜［f］=l/400=900/400=2．25 mm，滿足規范要求。

翼緣板和底板下肋木與腹板下等間距布置，荷載相對較小，滿足規范要求，不再驗算。

3)貝雷梁檢算。

腹板下貝雷梁的計算長度為3 m，雙排單層布置，相鄰兩組中心間距為1．35 m。保守考慮，貝雷梁按照簡支梁計算。

承受荷載:q=107．3 ×1．35=144．9 kN/m;

最大彎矩為:Mmax=ql2/8=144．9×32/8=163 kN·m＜1 576．4 kN·m，符合規范要求。

最大剪力為:Qmax=144．9 ×3/2=217．35 kN ＜490．5 kN，符合規范要求。

4)鋼管立柱檢算。

本工程采用直徑為630 mm厚10 mm的鋼管，高17．93 m，縱橫間距分別為2．7 m和3 m，為軸心受壓構件。

腹板下單根立柱最大荷載:N1=107．3×2．7×3=869 kN;

截面參數:W=2 971．9 cm3，ix=21．9 cm，A=194．8 cm2;

長細比:λ=81．8＜容許值 =120;

查表得:φ =0．676;

則 σ =N/(φA)=869×103/(0．676×19 480)=66 MPa＜［σ］=188．5 MPa，滿足規范要求。

5)地基承載力。

鋼管樁固定于橋墩基礎或直徑為100 cm的鉆孔樁之上，不必檢算地基承載力。

4 結語

鋼管立柱支架法施工便捷、安全可靠、保證了總體工期。但要注意以下幾點:

1)貝雷梁之間的橫向連接每組必須橫向連接，橫向連接最好在鉸接點附近;

2)橫向連接底部和上部應交錯布置;

3)立柱和墩身之間必須采用預埋鋼板進行連接;

4)在支架設計時貝雷片考慮到支架剛度和重量時，可減少貝雷片組數，增加下弦桿。

［1］ GB 50009-2001，建筑結構荷載規范［S］．

［2］ GB 50017-2003，鋼結構設計規范［S］．

［3］ 周水興．路橋施工計算手冊［M］．北京:人民交通出版社，2001．