現澆箱梁水上支架施工技術

劉再利

(福建建工集團有限責任公司，福建 福州 350001)

1 工程概況

國貨互通立交改造工程H、H1、J1匝道橋上部結構采用預應力混凝土現澆連續箱梁，單箱單室斜腹板截面，梁高1.8 m，頂板寬10.5 m，底板寬4.5 m，頂板等厚0.25～0.5 m，底板等厚0.25～0.5 m，跨中腹板厚0.45 m，在支點附近區域加厚至0.7～0.95 m。懸臂長2.5 m，懸臂根部厚0.45 m，懸臂端部厚0.18 m。全匝道橋現澆箱梁共12聯，其中2聯在陸上，10聯跨光明港內河，陸上支架采用滿堂支架，上跨鼓山橋支架采用鋼管樁+型鋼結構，其余水上支架采用鋼管樁+貝雷片結構，箱梁采用整聯現澆施工工藝。本文以H6～H10現澆箱梁為例介紹水上支架的設計、施工及控制。

2 支架設計

現澆箱梁水上支架總體采用鋼管貝雷梁結構，由鋼管樁基礎、樁頂分配梁、貝雷梁及翼緣板處的鋼管支架組成。

橋梁支架自上而下的結構：模板/支架+橫橋向50×50×4(mm)空心方鋼@15 cm(腹板處)/25 cm(非腹板處)+縱橋向I10@37.5 cm(腹板處)/75 cm(非腹板處)+順橋向單層貝雷梁+橫橋向樁頂主橫梁工字鋼2I45b(加焊加勁肋板)+鋼管樁+支架各墩鋼管樁之間水平撐采用[12.6槽鋼。

3 支架力學驗算

3.1 貝雷梁驗算

取H6～H10聯鋼管樁縱向間距為13.5 m進行驗算。

3.1.1 荷 載

腹板處貝雷片受力最大，作為控制計算部位，該組貝雷片承受1.65 m寬度范圍內荷載，計算范圍內各材料自重。

1)鋼筋混凝土自重：q1=(1.8×0.7+((1.65-0.7)×1))×26.0=57.46 kN/m

2)模板支架、方鋼、I10工鋼及貝雷片自重：q2=0.35+0.58+0.44+0.25+3=4.62 kN/m

模板：0.015×(1.65×2-0.7)×9.0=0.35 kN/m

支架：(1.65-0.7)×0.8×75.852/100=0.58 kN/m

方鋼：(0.7/0.15+(1.65-0.7)/0.3)×5.56/100=0.44 kN/m

I10工鋼：1.65×11.2/(0.75×100)=0.25 kN/m

貝雷片：0.1×3×10=3 kN/m

3)施工荷載：均布荷載1.5 kN/m2；q3=1.5×1.65=2.475 kN/m

4)振搗混凝土時產生的荷載：2.0 kN/m2；q4=2.0×1.65=3.3 kN/m

荷載組合(系數取1.2或1.4)：

組合I：q=(q1+q2)×1.2+(q3+q4)×1.4=(57.46+4.62)×1.2+(2.475+3.3)×1.4=82.58 kN/m

組合II：q=(q1+q2)×1.2=(57.46+4.62)×1.2=74.48 kN/m

3.1.2 強度、剛度及撓度驗算

1)計算模式：本計算按單跨簡支梁計算，圖1為受力簡圖。

圖1 受力簡圖

2)強度驗算。

采用荷載組合I，施工荷載按均布荷載時：

Mmax=0.125ql2=0.125×82.58×13.52=1881.28 kN·m<788.2×3=2364.6 kN·m

滿足正截面承載力要求。

3)剛度驗算。

采用荷載組合II進行計算：

F=5ql4/384EI(路橋施工計算手冊附表2-3)

=5×74.48×124/(384×210×109×250497.2×3×10-8)

=20.41 mm<[f]=13.5/400=0.03375m=33.75 mm

式中，F為最大撓度，mm；E為彈性模量，MPa；I為慣性矩，cm4。

滿足要求。

結論：貝雷片其正截面彎曲強度、剛度滿足其容許承載力要求。

3.2 分配梁驗算

樁頂分配梁由2I45b雙拼工字鋼組成。強度、剛度及撓度驗算，采用理正工具箱暫按單個工字鋼計算，得出彎矩、剪力及撓度值，再按雙拼工字鋼剛度驗算其強度及撓度[1]。

1)強度驗算。

最大彎矩為177.6 kN·m，最大剪力為295.9 kN

σmax=Mmax/W=177.6×103/(1500×2×10-6)=59.2 MPa<[σw]=145 MPa

式中，σmax為最大應力，MPa；W為截面模量，cm3。

滿足正截面抗彎要求。

τmax=QmaxS/(Ixd)=Qmax/[(Iy/S)d]

=295.9×103/(38.1×10-2×13.5×10-3×2)

=28.8 MPa<[τ]=85 MPa

式中，τmax為最大剪應力，MPa；Qmax為最大剪力，kN；S為靜矩；Iy為慣性矩，查工字鋼參數表得知Iy/S為38.1 cm；d為工字鋼腹板厚度，mm。

滿足正截面抗剪要求。

2)剛度驗算。

采用荷載組合I進行計算：最大撓度為1.026 mm，由于采用雙拼工字鋼I45b，因此，實際撓度為F=1.026/2=0.513<2.8/400=0.007 m=7 mm，滿足要求。

結論：工字鋼其正截面彎曲強度、剛度滿足其容許承載力要求。

3.3 鋼管樁基承載力驗算

采用打樁振動錘擊下沉，樁基采用Φ630×10 mm鋼管樁，分別按淤泥層最厚的H1-4墩和淤泥層較薄的H1-1墩計算。

鋼管埋入土里長37.1 m，鋼管樁露出土面按11.93 m。

樁頂荷載及樁自重：Pmax=N+G=709.05+1.53×(11.93+37.1)×1.2=799.07 kN

式中，Pmax為最大荷載，kN；N為每根樁分配荷載，kN；G為鋼管樁自重，kN。

根據《公路橋涵地基和基礎設計規范》(JTG D63-2007)[2]第5.3.3條-2得到鋼管樁的容許承載力為：

Ra=0.5(U∑ailiqik+arApqrk)

式中，U為鋼管的周長；li為樁基穿越地層的厚度，樁基穿越地層的厚度分別為①-2-2淤泥層2.1 m厚、②-2-1淤泥層27 m厚、③-2-3含泥中砂層18.8 m厚；qik為管樁的側土摩阻力標準值，樁基穿越地層的極限側阻力標準值分別為①-2-2淤泥層(不計)、②-2-1淤泥層18 kPa、③-2-3含泥中砂層55 kPa；Ap為鋼管樁的樁端處面積較少，忽略；qrk為鋼管樁的樁端處承載力標準值，③-2-3含泥中砂層按200 kPa；振動沉樁對各土層的樁側土摩阻力和樁端承載力的影響系數ai、ar取0.9。

Ra=0.5×[0.9×3.14×0.630×(27×18+8×55)]=824.31 kN>Pmax=799.07 kN

鋼管樁樁基承載力符合要求。

4 水上支架施工工藝

4.1 水中鋼管樁制作及插打施工

4.1.1 鋼管樁的加工、制作

鋼管樁采用受力性能較好的成品螺旋管樁。進場后應按現行標準進行抽檢、復驗，表面不得有裂縫、氣泡、起鱗、夾層等缺陷。

鋼管樁加工時應注意對不平直、有蝕銹、油漆等污物的鋼管進行矯正清理，然后用手工氣割切割，切割好的鋼管樁拼裝定位在專門臺架上，對口保持在同一軸線上，對于接口偏差過大的采用一端焊角鋼，另一端打入楔形角鋼的形式進行糾偏，為防止鋼管樁插打過程中下口變形，影響插打深度，鋼管樁均采用開口樁，并在樁尖位置進行加固，以增大鋼管樁的剛度及鋼管樁側摩阻力。

4.1.2 鋼管樁的插打

鋼管樁采用釣魚法施工，由80 t履帶吊配合DZ60或DZ90型振動錘振動沉樁。

1)立樁。用履帶吊吊鋼絲繩配合卸扣，將首節鋼管樁吊立直，在靠近支架的地方插入水中，并用鋼絲繩等物品臨時綁固在支架上。

2)定位。利用GPS靜態測量技術，在離支架較近的岸側布設2個較為穩定的測量控制加密點。先將鋼管樁沉放到河床底面，利用2臺經緯儀形成近90°角視線，采用前方交會法測控鋼管樁的平面位置和傾斜度，利用履帶吊擺動大臂對鋼管樁進行定位，定位準確后，履帶吊落鉤，在鋼管樁和振動錘的自重作用下進行下沉，下沉穩定后，測量復核樁基平面位置，若合格，則開啟振動錘下沉鋼管樁，若不符合要求，則履帶吊將鋼管樁提起，重新定位下沉。

3)沉樁。定位準確后，開動振動錘控制開關，振動沉樁直至達到設計高程，在施沉過程中由全站儀控制其大概高程，施沉到位后由水準儀測出其精確高程，供處理樁頭用。沉樁過程中，測量檢查樁的偏位，如發現樁頂向一邊傾倒，立即通知前場，進入糾偏程序。

4.1.3 管樁間連接系安裝

1)鋼管樁下沉到位后，要在鋼管樁之間用[12.6槽鋼橫向連接及斜撐，保證管樁間的整體穩定性，槽鋼尺寸需根據現場尺寸進行下料調整，滿焊連接。

2)水中管樁間的連接系在低潮位時安裝。

3)連接系安裝過程中要嚴格控制其位置、連接處的焊縫質量及加勁板的設置，確保與管樁連接的牢固性。

4.2 砂箱及分配梁安裝

鋼管樁頂面設封頭鋼板，與管樁之間為焊接連接，并用三角板加勁。封頭鋼板與砂箱底板之間滿焊，防止砂箱因受力不均勻產生位移。砂箱作用原理同橋梁臨時支座，為后期支架拆除提供便利。砂箱安裝完成后開始架設分配梁，采用I45b雙拼工字鋼，與砂箱頂蓋焊接。

4.3 安裝貝雷梁

鋼管樁插打到位、樁頂分配梁及鋼管樁剪力撐安裝完成后，利用履帶吊機吊裝貝雷梁。

貝雷梁在吊裝之前預先組拼好，貝雷梁拼裝時可用枕木搭成拼裝平臺。為便于吊裝，分段預拼，以2片桁為一組單跨吊裝，桿件的拼裝和銷子的連接均須嚴格按照圖紙施工。拼裝完畢后，仔細檢查貝雷片數量及銷子的連接情況，合格后方能架設。

貝雷梁的安裝時利用測量儀器在樁頂分配梁上精確標示出貝雷梁設計位置的中心線，安裝橡膠墊塊，利用履帶吊吊裝就位，并與樁頂分配梁連接牢固。

為保證支架貝雷梁的橫向穩定性，在樁頂分配梁處貝雷梁下弦設置限位槽鋼，并在貝雷梁外側設置斜撐，對貝雷梁進行橫向限位。

4.4 支架預壓

水上支架體系施工完成后支架進行預壓，以消除基礎、鋼管樁、貝雷梁支架的非彈性變形，并測量卸載后的彈性變形作為設定底模預拱值的參考依據，進而確定支架頂面實際標高，確保梁體部位混凝土質量。支架預壓最大加載按主梁自重的1.2倍計，要分級加載，每級持荷時間≥30 min，最后一級為1 h，之后穩定1～2 d。一般要求預壓最后1 d的穩定沉降≤2 mm/d。

4.5 支架拆除

拆除順序按照“先搭后拆，后搭先拆”進行，即依次拆除貝雷梁、樁頂分配梁及鋼管樁。

1)貝雷梁的拆除。先將貝雷桁架每組之間的連接支撐架拆除，解除貝雷梁與管樁分配梁之間的限位槽鋼，受橋下凈空限制，貝雷梁拆除按照由棧橋側向另一側的方向進行，棧橋側可以直接吊裝拆除，其余的貝雷梁需先用倒鏈將貝雷梁拉至棧橋側后吊裝拆除。拆除均用履帶吊機整體起吊該組貝雷桁架。

2)樁頂分配梁拆除。先在分配梁上設置吊點，再將分配梁與鋼管樁的加勁板解除，人員退出，利用履帶吊吊走分配梁，最后利用汽車運輸至后場。

3)管樁連接系的拆除。管樁連接系拆除須選擇在低潮位期間，設置連接系割除作業臨時腳手平臺，派專職安全員觀察潮位，施工前要做好充分的準備，避免切除時間過長。過程中注意吊點的設置。

4)鋼管樁拆除。根據橋下凈空及地形地質情況，采用履帶吊配合振動錘進行拔除，不能拔出鋼管采用水下切割，高程齊平既有河河床面。

5 結束語

綜上所述，現澆箱梁水上支架施工技術是橋梁建設中的重要技術，該技術的實現需要對工程進行細致的了解，經過科學的精細計算獲得準確的數據，并嚴格按照施工技術要求施工。因此，相關從業人員需要從技術知識上豐富自己，學會使用科學的軟件來進行短時高效的計算，從而將水上支架技術應用到橋梁建設中，最終建設出高質量的橋梁工程。

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