四斗河特大橋跨S332省道連續(xù)梁承重支架施工技術(shù)研究

肖 海 濤

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

四斗河特大橋位于南陽市內(nèi)鄉(xiāng)縣境內(nèi)，跨越S332省道、內(nèi)鄧高速，全橋長718.625 m，孔跨布置為(60+100+60)m連續(xù)梁+2-24 m T梁+1-32 m T梁+(32+48+32)m連續(xù)梁+8-32 m T梁+1-24 m T梁。跨越S332省道處為(32+48+32)m連續(xù)梁，采用支架法施工，連續(xù)梁采用C50混凝土。

S332省道從四斗河特大橋7號(hào)墩與8號(hào)墩之間穿過，最大墩高35.85 m(>25 m)，上部結(jié)構(gòu)為(32+48+32)m連續(xù)梁，橋面寬12.2 m，高寬比為2.94。鑒于高寬比大于2時(shí)極易發(fā)生傾覆失穩(wěn)事故，故在支架方案設(shè)計(jì)時(shí)采取鋼管立柱每隔6.5 m增設(shè)一道剪刀撐的加強(qiáng)措施以確保支架穩(wěn)定。為確保施工期間省道正常通車，支架下部承重結(jié)構(gòu)采用梁柱式支架，上部采用鋼管滿堂支架；梁柱式支架高寬比>2，設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算并采取專項(xiàng)的橫向連接加強(qiáng)措施。有針對(duì)性地進(jìn)行支架設(shè)計(jì)、檢算并嚴(yán)格按支架設(shè)計(jì)要求施工，可有效避免支架失穩(wěn)事故的發(fā)生，確保施工期間S332省道的通車安全具有重要意義。

2 支架設(shè)計(jì)

(1)支架設(shè)計(jì)。支架下部采用梁柱式支架，上部采用鋼管滿堂支架，力傳遞途徑為：混凝土自重及施工荷載→竹膠板底模→縱向方木→橫向方木→頂托→Φ48鋼管→底座→上橫梁→貝雷梁→下橫梁→Φ508/Φ630鋼管立柱→承臺(tái)→樁基。

①縱、橫向方木。支架從上到下布置依次為：梁底1.5 cm厚竹膠板；10 cm×10 cm縱向方木在橫橋向布置間距為20 cm；10 cm×15 cm橫向方木在縱橋向布置間距為60 cm，橫向方木置于鋼管頂部頂托上。

②Φ48×3 mm的鋼管立桿。

圖1 全橋支架縱斷面布置圖

圖2 全橋支架橫斷面布置圖

a.立桿的設(shè)置：翼緣板下的橫向立桿間距為90 cm，腹板下的橫向立桿間距為30 cm，頂、底板下的橫向立桿間距為60 cm；縱向立桿間距為60 cm。

b.水平桿的設(shè)置：在豎直方向每間隔60 cm設(shè)置一層縱、橫向水平連接鋼管。水平桿縱、橫向的設(shè)置間距同立桿的相應(yīng)間距，將所有立桿連成整體；立桿底端和頂端的碗扣節(jié)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置縱、橫向水平桿；當(dāng)?shù)讓铀綏U兼作掃地桿時(shí)，其與底座支承板的高差不得大于50 cm。

c.底 座：在立桿底端安裝可調(diào)底座，底座螺桿插入立桿內(nèi)的長度不小于30 cm，伸出立桿的長度不大于15 cm，底座下設(shè)置墊木(5 cm×15 cm×15 cm)。

d.頂 托：在立桿頂端安裝可調(diào)式U形頂托，頂托螺桿插入立桿內(nèi)的長度不得小于30 cm，伸出立桿的長度不得大于30 cm、亦不得小于10 cm。

e.支架四周及中間縱、橫向每隔四排從底到頂連續(xù)設(shè)置豎向剪刀撐，剪刀撐的水平傾角在45°～60°之間，斜桿應(yīng)每步與立桿扣接。

f.剪刀撐采用與支架立桿規(guī)格相同的鋼管，用旋轉(zhuǎn)扣件與立桿扣接；當(dāng)剪刀撐與立桿不能扣接時(shí)，應(yīng)與該立桿相鄰的水平桿扣接；扣接點(diǎn)距碗扣節(jié)點(diǎn)的距離不應(yīng)大于15 cm。[4]

③上橫梁。上橫梁采用I12工字鋼，順橋向布置間距為60 cm，上橫梁置于貝雷梁頂部。[2]

④貝雷梁。貝雷梁采用單層布置方式，具體布置方式為：曲線外側(cè)翼緣板下布置四排單層貝雷梁，腹板下各布置五排，底板下共布置六排，曲線內(nèi)側(cè)翼緣板下布置三排，各部位貝雷梁均通過橫向連接成整體。[3]

⑤下橫梁。下橫梁采用三拼I40工字鋼，置于鋼管柱頂部。

⑥鋼管立柱。橋墩側(cè)鋼管立柱采用Φ508×8 mm螺旋焊管，其余部位均采用Φ630×10 mm的螺旋焊管，每個(gè)斷面布置四根，布置間距分別為2.7 m，3.3 m和2.7 m，在橋墩處布置一排。為增強(qiáng)橫向穩(wěn)定性，鋼管立柱與橋墩間采用Φ275×7 mm的鋼管進(jìn)行橫向連接；其余部位均布置兩排，鋼管立柱縱橫向間均采用Φ275×7 mm的鋼管進(jìn)行連接，并采用[18槽鋼剪刀撐進(jìn)行加強(qiáng)，立柱間縱橫向的連接豎向間距均為6.5 m。

⑦基 礎(chǔ)。全橋墩身側(cè)鋼管立柱支撐于橋墩承臺(tái)上，小里程邊跨跨中立柱支撐于混凝土條形基礎(chǔ)上，條形基礎(chǔ)采用C30混凝土，尺寸為(長)10 m×(寬)3 m×(高)1.5 m；[1]中跨及大里程邊跨跨中鋼管立柱均支撐于下設(shè)的混凝土承臺(tái)上，混凝土承臺(tái)采用C30混凝土，尺寸為長11 m×寬4.5 m×高2 m，每個(gè)承臺(tái)下設(shè)8根Φ1 m C30混凝土樁基礎(chǔ)，樁長11 m或嵌巖深度大于4 m。

(2)荷載的分布及計(jì)算。

①荷載的取值。根據(jù)《鐵路混凝土梁支架法現(xiàn)澆施工技術(shù)規(guī)程》及《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》:

a.澆筑混凝土自重為q1=26 kN/m3(荷載代號(hào)①)；

b.模板自重(按 500 kg/m2考慮)q2=5 kN/m2(荷載代號(hào)②)；

c.施工荷載：人員、材料及施工機(jī)具荷載q3=2.5 kN/m2(荷載代號(hào)③)；

d.振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載，垂直面模板取q4=4 kN/m2，水平面模板取q4=2 kN/m2(荷載代號(hào)④)；

e.澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載取均布荷載 q5=2 kN/m2(荷載代號(hào)⑤)；

f.新澆筑混凝土對(duì)側(cè)面模板的壓力，根據(jù)《鐵路混凝土梁支架法現(xiàn)澆施工技術(shù)規(guī)程》要求計(jì)算(荷載代號(hào)⑥)。

②荷載組合。

a.承載能力處于極限狀態(tài)時(shí)考慮荷載效應(yīng)的基本組合。

計(jì)算底模板、模板下縱橫梁強(qiáng)度時(shí),荷載設(shè)計(jì)值=1.2×(①+②)+1.4×(③+④+⑤)；計(jì)算側(cè)模板強(qiáng)度時(shí)，荷載設(shè)計(jì)值=1.4×(④+⑥)。

b.正常使用極限狀態(tài)時(shí)考慮荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。

計(jì)算底模板、模板下縱橫梁剛度時(shí)，荷載標(biāo)準(zhǔn)值=①+②；計(jì)算側(cè)模板剛度時(shí)，荷載標(biāo)準(zhǔn)值=⑥。

③自重荷載的計(jì)算。將支架上梁高最大截面橫斷面作為受力檢算截面進(jìn)行檢算(圖3)。

圖3 支架上梁高最大橫斷面換算圖

根據(jù)受力截面計(jì)算可知：

緣板最大等效高度H1=0.41 m

腹板等效最大高度H2=2.85 m

頂?shù)装宓刃Ц叨菻3=1.15 m

翼緣板部位混凝土自重荷載計(jì)算：

p1=γ·H1=26×0.41=10.7(kN/m2)

腹板部位混凝土自重荷載計(jì)算：

p2=γ·H2=26×2.85=74.1(kN/m2)

頂、底板部位混凝土自重荷載計(jì)算：

p3=γ·H3=26×1.15=30(kN/m2)

(3)主要承重部件的計(jì)算。

①貝雷梁檢算。

A、主跨貝雷梁的檢算。主跨貝雷梁可按照三跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算跨徑布置為：13.51 m+15.78 m+11.26 m，采用有限元軟件MIDAS/CIVIL建立計(jì)算模型，檢算時(shí)分別選取翼緣板下、腹板下、頂?shù)装逑逻M(jìn)行檢算。

a．翼緣板下：分別選取曲線外側(cè)翼緣板及曲線內(nèi)側(cè)翼緣板進(jìn)行檢算。

翼緣板下貝雷梁計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖4。

圖4 翼緣板下貝雷梁計(jì)算簡(jiǎn)圖

翼緣板下貝雷梁彎曲應(yīng)力圖、剪切應(yīng)力、變形及計(jì)算強(qiáng)度和剛度時(shí)的支反力分別見圖5～8。

圖5 翼緣板下貝雷梁最大正應(yīng)力圖

圖6 翼緣板下貝雷梁最大剪切應(yīng)力圖

圖7 翼緣板下貝雷梁變形圖

圖8 翼緣板下貝雷梁支反力圖

為保證翼緣板下貝雷梁的強(qiáng)度和剛度滿足要求，在曲線外側(cè)翼緣板下布置了4排單層貝雷梁。由上述計(jì)算可知：

翼緣板下貝雷梁的正應(yīng)力：

翼緣板下貝雷梁的剪切應(yīng)力:

翼緣板下貝雷梁的撓度:

b.腹板下、頂?shù)装逑拢河?jì)算方法與主跨翼緣板下貝雷梁相同，在此不再詳述。通過計(jì)算得知貝雷橋的正應(yīng)力強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、剛度均滿足要求，具體計(jì)算值見表2。

B、邊跨貝雷梁的檢算。邊跨貝雷梁可按照兩跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算跨徑布置為：13.5 m+12.1 m，采用有限元軟件MIDAS/CIVIL建立計(jì)算模型，檢算時(shí)分別選取翼緣板下、腹板下、頂?shù)装逑逻M(jìn)行檢算。計(jì)算方法與主跨相同，在此不再詳述，通過計(jì)算得知：貝雷梁正應(yīng)力強(qiáng)度、剛度均滿足要求。

表2 主跨貝雷梁檢算表

②鋼管立柱的檢算。根據(jù)設(shè)計(jì)方案可知，墩身側(cè)鋼管立柱采用直徑D=508 mm、壁厚t=8 mm的螺旋焊管，其余部位鋼管立柱采用直徑D=630 mm、壁厚t=10 mm的螺旋焊管，兩排鋼管立柱間采用[18號(hào)槽鋼進(jìn)行橫向和剪刀撐連接，以保證鋼管立柱的穩(wěn)定。

A、荷載計(jì)算。

鋼管立柱承受橫梁傳下的荷載為以下兩種：

墩身側(cè)最大荷載R=1 468 kN

其余部位的最大荷載R=1 875 kN

B、鋼管立柱強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算。

a．Φ508×8 m鋼管立柱強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算。

鋼管立柱橫向采用豎向6.5 m 間距的水平桿和剪刀撐進(jìn)行連接。為保證鋼管立柱的穩(wěn)定，墩身側(cè)的鋼管立柱和橋墩墩身進(jìn)行附著連接。全橋鋼管立柱受壓計(jì)算時(shí)的自由長度取6.5 m，按兩端鉸支，μ=1。

鋼管回轉(zhuǎn)半徑：

根據(jù)《鐵路混凝土梁支架法現(xiàn)澆施工技術(shù)規(guī)程》(TB10110-2011)附錄F，查表得Φ=0.948。

鋼管強(qiáng)度及穩(wěn)定性檢算：

故：強(qiáng)度及穩(wěn)定性滿足要求。[5]

b、Φ630×10 mm鋼管立柱強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算：計(jì)算方法與Φ508×8 mm鋼管立柱相同，在此不再詳述。通過計(jì)算得知：強(qiáng)度及穩(wěn)定性均滿足要求，具體計(jì)算值見表3。

表3 鋼管立柱強(qiáng)度及穩(wěn)定性檢算表

4 支架施工及注意事項(xiàng)

支架的安裝施工按照由下而上的順序進(jìn)行，施工工序?yàn)椋簶痘信_(tái)→鋼管立柱(包括剪刀撐、墩身連接桿件)→主跨防護(hù)棚架施工→下橫梁→貝雷梁→上橫梁→底座→滿堂鋼管架→頂托→橫向方木→縱向方木→竹膠板底模→側(cè)模。連續(xù)梁澆筑完成后，混凝土強(qiáng)度、彈性模量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，鋼鉸線張拉完成后開始拆除支架，拆除順序與安裝順序相反，由上而下進(jìn)行。

支架使用的螺旋鋼管、貝雷梁、工字鋼、鋼管質(zhì)量與規(guī)格必須符合設(shè)計(jì)及國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，支架材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)必須嚴(yán)格報(bào)驗(yàn)，嚴(yán)格檢測(cè)鋼材壁厚，確保進(jìn)場(chǎng)材料滿足設(shè)計(jì)要求。支架基礎(chǔ)必須具有足夠的承載能力并做好周邊防排水處理，避免產(chǎn)生不均勻沉降而造成支架失穩(wěn)。上部滿堂鋼管支架必須嚴(yán)格控制底座與頂托的可調(diào)范圍，留在立桿內(nèi)的長度應(yīng)不少于30 cm，防止因“過調(diào)”引起失穩(wěn)。嚴(yán)格控制鋼管柱的垂直度、剪刀撐間距數(shù)量，確保鋼管柱及支架的整體穩(wěn)定性。

支架安裝完成后必須進(jìn)行預(yù)壓以檢驗(yàn)支架的承載能力、穩(wěn)定性、消除非彈性變形、觀測(cè)彈性變形及基礎(chǔ)沉降的情況。預(yù)壓荷載不少于最大施工荷載的1.1倍。預(yù)壓加載按最大施工荷載的60%、100%、110%分三次加載，每級(jí)加載完畢1 h后進(jìn)行支架的變形觀測(cè)，加載完成后每6 h測(cè)量1次變形值。預(yù)壓卸載時(shí)間以支架、地基沉降變形穩(wěn)定為原則，最后的兩次沉落量觀測(cè)值之差小于2 mm時(shí)可終止預(yù)壓卸載。

5 結(jié) 語

四斗河特大橋跨S332省道支架現(xiàn)澆連續(xù)梁已施工完成，支架預(yù)壓實(shí)測(cè)最大沉落量為30 mm，混凝土澆筑完成后的實(shí)測(cè)沉落量為18 mm，與計(jì)算值基本相符；施工期間支架未發(fā)生明顯變形、失穩(wěn)，保證了施工期間S332省道的安全通車。通過施工實(shí)踐檢驗(yàn)，該支架設(shè)計(jì)方案安全、可靠、合理，所取得的經(jīng)驗(yàn)可為類似地質(zhì)、地形情況的橋梁承重支架方案設(shè)計(jì)及搭拆施工提供借鑒。