軟土地基現澆箱梁少支架法施工技術研究

姚福拴

（中國水電基礎局有限公司，天津 301700）

1 工程概況

1.1 設計概況

526 國道岱山段改建工程PPP 項目江二村跨線橋全橋長1 350 m，雙幅設計，全橋左右幅各14 聯，上部結構設計采用現澆箱梁和預應力砼T 梁結構。其中第4 聯上部結構采用預應力砼變截面連續箱梁，第8～11 聯上部結構采用預應力砼等高連續箱梁，其余各聯上部結構采用預應力砼T梁，先簡支后連續。

1.2 工程地質

該橋所在地區為海積平原區，表部為灰黃色、粉質黏土（硬殼層），可塑狀為主，一般厚約1 m～2 m 不等；下為厚層的淤泥、淤泥質黏土及軟流塑狀黏性土，厚度為16 m～40 m 不等，中下部為沖洪積、沖湖積、坡洪積和殘坡積的粉質黏土、粗砂、含黏性土角礫（碎石）、含礫粉質黏土等，底部為含黏土角礫（碎石），中密狀，下伏基巖為凝灰巖。

2 支架方案選擇

根據以往施工經驗，現澆箱梁施工常用的支架結構形式有滿堂支架體系和少支架體系。

采用滿堂支架體系，即在梁下滿布盤扣式腳手架，模板直接支撐在立桿頂的方木或型鋼上。該方案適用于地質情況較好、橋墩高度不高（一般不超過8 m）的陸域現澆箱梁施工。由于該工程橋墩高度為10 m，淤泥層較厚，地質情況較差，地基處理難度大，經濟效果差，因此該工程不適合采用滿堂支架法施工。

采用鋼管樁和貝雷梁組成的少支架體系，即在橋下設置鋼管樁立柱，橋上設置設貝雷梁，貝雷梁上設置模板系統，根據現澆箱梁跨度大小，設置2 跨或者3 跨支架，該方案適用于地質情況較差、橋墩高度較高的現澆箱梁施工。根據該工程的特點，鋼管樁和貝雷梁組成的少支架體系適用于該工程施工。

該工程部分橋梁下部結構為單樁單柱的結構形式，鋼管立柱無法設置在承臺上，且支架分跨設置也需要考慮支架基礎類型。因此，選擇何種支架基礎類型是少支架體系的關鍵。

根據地質情況，支架基礎類型一般包括混凝土擴大基礎、打入樁基礎以及鉆孔樁基礎等，由于該工程地質情況較差，沿線均為較厚的淤泥質地層，通常采用打入鋼管樁基礎，結合地質情況，鋼管樁的平均入土深度約為30 m，由于橋梁底部凈空較低，現澆箱梁施工完成后，鋼管樁無法拔出回收，施工成本高，經濟性差[2]。

為了確保施工質量，降低工程成本，本項目提出采用預應力管樁+樁帽系梁的施工方案，通過采用預應力管樁進行支架基礎處理，在管樁上設置樁帽，管樁與管樁之間通過系梁連接成整體，提高整體穩定性，在樁帽內設置法蘭盤預埋件，支架鋼管立柱通過法蘭盤預埋件與預應力管樁可靠連接。

3 支架結構計算

3.1 支架結構

以江二村跨線橋第4 聯現澆箱梁為例，采用拱形貝雷梁少支架體系進行施工，支架結構布置如圖1 所示，支架具體結構如下。1）分配梁。支架橫向分配梁為12.6 的工字鋼，縱橋向布置間距為75 cm。2）縱梁。支架縱梁為雙排或三排單層的321 型貝雷梁，采用90 和45 花架，截面共布置21 道貝雷片，各組貝雷梁間采用75mm×50mm×6mm不等邊角鋼進行橫向聯系，貝雷梁與分配梁間采用“U”形限位板連接，與承重梁間采用U 型限位槽鋼連接。3）橫梁。支架橫向承重梁為雙拼56b 的工字鋼，橫梁與鋼管立柱間采用限位鋼板焊接固定。4）鋼管立柱。鋼立柱采用630mm×10mm 圓鋼管，平聯采用325mm×6mm 鋼管，斜撐采用245mm×6mm 鋼管，墩身兩側的鋼管立柱均用平聯進行橫向聯系。5）支架基礎。支架的鋼管立柱大部分設置在橋梁的承臺上，少數無法設置在承臺上的鋼管立柱，基礎采用600mm×130mm 的AB 型PHC 預應力管樁，預應力管樁頂部設置樁帽，鋼管立柱通過樁帽與預應力管樁連成整體。

3.2 荷載計算

根據《公路橋涵施工技術規范》（JTG T F50—2011）中的相關計算要求，現澆箱梁支架設計計算時考慮的主要設計荷載如下。1）模板支架自重。該次計算采用有限元軟件ANSYS 進行輔助計算，計算時支架結構的自重通過軟件自行加載，其重力加速度為10 m/s2，模板荷載為1.5 kN/m2。2）新澆筑的箱梁混凝土自重：箱梁混凝土荷載分解計算時，分別按照翼緣板、邊腹板、頂、底板及中腹板4 個區域進行荷載分解計算，各區域對應的荷載分別加載于對應位置投影下方的貝雷梁上。3）施工人員和施工材料、機具等行走運輸或堆放的荷載為2 kN/m2。4）振搗混凝土時產生的振動荷載為2 kN/m2。5）新澆筑的混凝土對側面模板的壓力：支架計算時不考慮該部分荷載。6）傾倒大方量混凝土時產生水平方向的沖擊荷載：支架計算時不考慮該部分荷載。7）風荷載,見下式。

式中:W0為基本風壓值（Pa），K1為橋墩風載體形系數，K2為風壓高度變化系數，K3為地形、地理條件系數。

3.3 荷載組合

對支架結構的受力計算按照承載能力極限應力狀態法設計，結構的強度和剛度計算分別取基本組合和標準組合2 種荷載組合形式進行加載計算，其效應組合表達式如下：

圖1 支架結構布置圖

式中: SZ是組合荷載，rJi是恒載的分項系數，SJi是恒載分項荷載，rDj是活載分項系數，SDj是活載分項的荷載。

基本組合：用于強度、穩定性及抗傾覆性計算（6 級風荷載），風荷載組合系數為0.6。

標準組合：用于剛度（變形）計算。

3.4 支架結構驗算

支架結構采用ANSYS 有限元軟件輔助計算。單元選定為梁系結構，型鋼間連接均采用共節點，鋼管樁底端按固接進行[1]。根據計算，支架各構件受力計算統計如下。1）支架整體豎向變形最大值為17.84mm＜L/400=37.5mm，滿足設計規范要求（L 為計算跨徑）。2）貝雷梁最大豎向變形為17.84mm＜L/400=37.5mm，弦桿最大軸力為301.84 kN＜560 kN；貝雷梁豎桿最大軸力為131.67kN＜210kN，貝雷梁斜桿最大軸力為145.26kN＜171.5kN，滿足設計規范要求。3）支架橫梁最大等效應力為102MPa＜215MPa，滿足設計規范要求。4）鋼管立柱及平聯斜撐最大等效應力為154MPa＜215MPa，滿足設計規范要求。

4 施工工藝

4.1 工藝流程

施工工藝流程：平整場地→振動打樁錘打入預應力管樁→管樁樁帽系梁施工→支架鋼管立柱搭設→安裝卸荷砂箱→樁頂承重梁安裝→貝雷梁安裝→橫向分配梁及縱向分配梁安裝→安裝方木和竹膠板→現澆箱梁施工[4]。

4.2 支架基礎施工

現澆箱梁少支架體系基礎，在承臺范圍內，鋼管立柱可以借助承臺形成共同承載的受力體系，承臺施工時，安裝法蘭盤預埋件，利用承臺作為鋼管樁支架基礎，滿足現澆箱梁鋼管樁支架基礎承載要求。在承臺范圍以外，采用D80 型柴油錘打樁機進行預應力管樁沉樁施工，施工時采用打樁機上專門設置的起樁重鉤及卷揚機吊樁就位，采用線墜或靠尺檢查樁身的垂直度，接樁采用鋼端板焊接法，接樁時樁頂端高出地面0.5 m～1 m，接樁前先將下段樁頂清除干凈，加上定位板，然后將上段樁吊放在下段端板上，依靠定位板將上下樁段接直，施焊完成的樁接頭應自然冷卻后才能連續沉樁。當貫入度達到設計要求，且樁的入土深度與計算深度相差無幾時，可以停止施打。當貫入度達到設計要求而入土深度與計算深度相差太大時，應停止施工，進行研究處理。

管樁施工完成后，進行樁帽及系梁基坑開挖，并按設計要求綁扎樁帽及系梁鋼筋，支模澆筑C30 混凝土。該段預應力管樁樁帽尺寸為90cm×90cm，厚度為80 cm，系梁截面尺寸為60cm×60cm，管樁深入樁帽內部10 cm，下部用 5 mm 厚的圓薄鋼板作為托盤。

4.3 鋼管立柱安裝

支架基礎樁帽系梁施工完成，混凝土滿足設計要求后，復核基礎中心位置的準確性，測定基礎頂面高程，計算出標高誤差。鋼管立柱通過法蘭盤與樁帽和承臺預埋的法蘭盤采用螺栓連接。鋼管立柱安裝完成后進行測量復核，復核合格后安裝水平橫向連接，增加鋼管立柱的整體穩定性。

4.4 貝雷梁安裝

鋼管立柱安裝完成后，在樁頂安裝卸荷砂箱，用于支架的卸荷拆除，在施工過程中確保砂箱高度適中，放置穩固。在卸荷砂箱頂安裝雙拼56b 工字鋼承重梁，承重梁上安裝貝雷梁，貝雷梁拼裝后整體吊裝，貝雷梁片與片之間采用花架連接，組與組之間采用聯系撐連接，用角鋼把一組和一組貝雷片連接起來，確保貝雷梁整體穩定。

4.5 支架預壓

采用混凝土預壓塊模擬箱梁混凝土對支架進行預壓，預壓塊重量為該孔現澆箱梁鋼筋混凝土重量的1.1 倍。通過預壓檢查支架的整體穩定性及支架基礎的實際承載能力，消除混凝土澆筑過程中支架和基礎由于非彈性變形引起的不均勻沉降，避免箱梁混凝土因支架不均勻沉降而出現裂縫，收集支架的彈性變形值，為施工立模標高提供依據。在支架預壓過程中，除了對支架進行觀測外，還須重點對支架底部的樁帽系梁基礎進行重點觀測[3]。

5 結語

該文以實際工程為例，對軟土地基現澆箱梁少支架體系進行了分析和研究，提高了支架結構安全，降低了施工成本，該支架體系的成功應用，為后續同類型同條件的支架施工提供了參考和借鑒。