跨石油管廊鋼箱拱橋主梁現澆支架方案研究

曾 利 劉建武 胡堯慶

(1.浙錨科技股份有限公司 杭州 311400； 2.中國鐵建大橋工程局集團有限公司 天津 300300)

支架法[1]現澆主梁施工方法在新建城市橋梁中得到廣大施工者的青睞，支架體系設計不僅需要對支架本身的強度、剛度、穩定性進行驗算，還需結合施工場地實際情況(地質條件、交通、地下管線、周圍建筑)合理運用，為此，根據施工場地實際情況設計一種滿足施工要求的支架是橋梁得以順利施工的前提。

1 工程背景

跨石油管廊拱橋總長200 m，橋型為35 m+130 m+35 m的三跨一拱鋼筋混凝土系桿拱橋結構(見圖1)，為下承式單肋拱橋，與管廊斜交，交角約66°。

圖1 主橋橋型布置立面圖(單位：m)

主梁為鋼筋混凝土現澆連續梁，130 m中跨上跨管廊橋，主梁底距管廊橋面6.94 m。管廊橋共2跨，總長40 m，總寬度42.5 m，采用鉆孔樁(樁長25 m)基礎，橫向布置3排，樁頂設墩蓋梁和臺蓋梁，梁體采用空心板梁，橋梁兩側設漿砌塊石擋墻。管廊內外布設多條管道，主要有：工業用油管、高壓天然氣管、污水管、自來水管、10 kV電力管、工業管等，共計21條。

根據地質資料，管廊橋基礎樁頂以下20 m范圍內為淤泥質黏性土，樁端以上5 m為中密粉砂(樁在粉砂層側摩阻為65 kPa，樁端阻力為3 500 kPa),樁徑1.2 m，由沉樁承載力容許值計算得單樁豎向承載力特征值[Ra]=2 590 kN。

現澆主梁荷載包含：主梁自重7 696 kN、模板自重1 875 kN、人機料及施工荷載4.5 kN/m2。

2 跨石油管廊支架方案比選

主梁跨石油管廊支模架是主梁施工的重點，擬采用的支架方案[2-5]有4種，分別是：①滿堂碗扣支架；②鋼管柱+貝雷梁支架；③鋼管柱+新型組合桿件支架；④新型組合桿件+碗扣支架。下面分別對這4種支架型式進行分析比較。

2.1 滿堂碗扣支架

滿堂碗扣支架圖見圖2。

圖2 滿堂碗扣支架

主梁跨2跨石油管廊，使用滿堂碗扣支架將主梁施工期荷載附加在管廊頂板上，管廊橋頂板為2×20 m跨徑布置的連續板，頂板能否承受滿堂碗扣支架傳過來的混凝土自重及施工荷載是該方案應用的關鍵。

1) 樁承載力。

Ra=2 590×16=41 440 kN>1.2×9 571+1.4×4.5×12.2×40=14 559.6 kN

(1)

式中:Ra為16根樁樁基豎向承載力特征值總和，kN。

2) 管廊頂板按單向連續板受彎配筋。

(2)

(3)

式中:M支為中墩支座彎矩，kN·m；As為鋼筋截面面積，mm2；fy為鋼筋抗拉強度設計值，MPa；h0為板截面有效高度，mm；n為鋼筋根數。

調查發現，管廊頂板實際配HRB400主筋210根，不滿足承載要求。因此，滿堂碗扣支架方案不可行。

2.2 鋼管柱+貝雷梁支架

鋼管柱+貝雷梁支架圖見圖3。

圖3 鋼管柱+貝雷梁支架

為了達到對比效果，貝雷梁的橫向布置間距與后幾種支架類型保持一致。在1.2倍主梁自重+1.4倍施工活載作用下做靜力分析，貝雷梁Z方向變形見圖4，貝雷梁梁單元應力見圖5。

圖4 貝雷梁Z方向變形圖(單位：mm)

圖5 貝雷梁梁單元應力圖(單位：MPa)

分析結果顯示跨中最大豎向位移值為98 mm>跨徑/400=20 000/400=50 mm；梁單元應力最大值為889 MPa，遠遠超過貝雷梁的屈服強度；綜合變形及梁單元應力，說明該支架類型不滿足要求，無法使用。

2.3 鋼管柱+新型組合桿件支架

鋼管柱+新型組合桿件支架見圖6。

圖6 鋼管柱+新型組合桿件支架

該支撐體系后期拆除極為困難，且拆除過程中有極大安全隱患。因此，鋼管柱+新型組合桿件支架方案也不可行。

2.4 新型組合式桿件+碗扣支架

新型組合式桿件+碗扣支架見圖7。

圖7 新型組合桿件+碗扣支架

同樣在1.2倍主梁自重+1.4倍施工活載作用下做靜力分析，Z方向變形見圖8，梁單元應力見圖9。

圖8 新型組合桿件Z方向變形圖(單位：mm)

圖9 新型組合桿件梁單元應力圖(單位：MPa)

分析結果顯示跨中最大豎向位移值為28 mm<跨徑/400=20 000/400=50 mm；梁單元應力最大值發生在中間支座處為353 MPa，小于375 MPa設計強度，跨中的梁單元應力為126 MPa；綜合變形及梁單元應力，說明該支架滿足要求，可以使用。

相較于其他3種支撐體系，該新型組合式桿件搭設簡單、安拆方便[6]，且能確保管廊安全穩定。

匯總跨石油管廊支架方案優缺點見表1。

表1 跨石油管廊支架方案比選匯總表

綜上，通過方案比選最終確定采用新型組合式桿件+碗扣支架形式跨越石油管廊。

3 新型組合式桿件+碗扣支架應用

3.1 總體布置

支架縱橋向間距為0.6 m，縱向布置立面圖見圖10，采用1.2 m標準步距。中墩加厚實心段橫橋向間距組合為0.6 m+0.9 m×2+0.6 m×2+0.3 m×20+0.6 m×2+0.9 m×2+0.6 m，底腹板采用0.3 m小橫桿加密。其余部位橫橋向間距組合均為0.6 m+0.9 m×2+0.6 m×14+0.9 m×2+0.6 m，見圖11，底腹板采用0.6 m標準間距。所有翼緣板下支架橫向間距均為0.9 m，翼緣板外側設通道，寬度為0.6 m。

圖10 主梁支架縱向布置立面圖(單位：mm)

圖11 跨石油管廊支架橫向布置圖(單位：mm)

3.2 跨石油管廊支架

采用新型組合式桿件上部接碗扣支架的支架結構形式跨越石油管廊橋，新型組合桿件單件長4.0 m，高2.0 m，共計布設21榀，每榀設10片，單榀長度40 m，榀間距布置組合見圖11,總寬度為12.6 m。

3.3 控制要點

沿管廊墩臺中心設置3座鋼筋混凝土條形基礎(見圖12)，條形基礎截面尺寸為0.8 m×0.8 m，長約20 m。根據支架設計圖在條形基礎上標記新型組合桿件中心位置，安放鋼墊板，從中間條形基礎依次吊裝。吊裝完成后及時進行底、豎花窗安裝連接，并在下弦桿兩側安裝限位桿，防止桿件橫向移動。組合桿件支架底部設置橫聯，頂部利用工字鋼分配梁加強橫梁，橫聯與組合桿件弦桿均采用U形卡扣連接，見圖13。

圖12 條形基礎上組合桿件布置圖

圖13 弦桿與工字鋼U形卡扣連接要點圖

4 結論

1) 既有連續管廊空心板承載不足，無法滿足現澆主梁恒載與施工荷載作用。因此，滿堂碗扣支架方不可行。

2) midas有限元計算結果顯示，貝雷梁弦桿強度不足，故否定了鋼管柱+貝雷梁支架方案。

3) 根據搭設、拆除方便與否，否定了鋼管柱+新型組合桿件支架方案。

4) midas有限元計算結果顯示新型組合桿件強度及剛度均滿足要求。

5) 在跨度、支架橫向布置、用鋼量、荷載及邊界條件相同的情況下，新型組合桿件的承載能力約為貝雷梁的2倍。

從主梁施工結果來看，新型組合桿件+碗扣支架方案的成功運用，保證了跨石油管廊施工安全，同時有效保證了主梁線形。