山區高墩現澆箱梁施工支架方案比選及實施*

劉 波，劉永松

(中交路橋華東工程有限公司，上海 201210)

1 工程概況

十巫高速公路鮑峽樞紐互通共設有匝道橋7座，其上部結構設計為普通鋼筋混凝土或預應力混凝土箱梁橋，共計20聯，74孔，1 927m；滄浪山互通共設有匝道橋6座，其上部結構設計為普通鋼筋混凝土或預應力混凝土箱梁橋，共計14聯，45孔，1 016m。 支架現澆箱梁單孔跨徑布置為20～25m共6種、梁寬9.0～17.5m共6種，梁高分為1.4,1.6m，箱梁結構形式復雜。最小曲線半徑為52m，最大縱坡5.9%，最大超高橫坡6%。下部構造橋墩為柱式墩、樁基礎，最大墩高達29m，且墩柱普遍較高。

2 工程特點及重難點分析

本項目互通區地勢起伏大，山體陡峭；人工素填土鉆探揭露厚度最大達9m，覆蓋層厚，地基難以處理；且部分橋上跨既有國道、河道，施工環境復雜。

目前現澆箱梁支架方案常采用滿堂支架和鋼管貝雷(型鋼)支架，其應用廣泛，施工技術成熟。滿堂支架適用于無通行要求的橋跨，墩高在15m以內(墩柱較高，材料消耗量大，安全風險高)，地基條件較好、地形較平坦的地區。對于鋼管貝雷(型鋼)支架，只要橋下凈空滿足搭設要求，均可以應用；但對于地形陡峭、軟弱地質、通航通車條件下，鋼管立柱基礎施工難度較大，增加了施工成本；墩柱較高的情況下，鋼管立柱搭設較高，材料投入大，高空作業量多。綜上所述，在山區地形條件復雜、地基處理難度大、墩柱較高等情況下，如何既有效安全地完成現澆箱梁施工，又能較為經濟，是施工單位應考慮的現實問題。

3 施工方案比選

3.1 支架結構綜合比選

3.1.1支架結構

1)方案1，鋼管貝雷支架法

鋼管貝雷支架由擴大基礎(地形、地質條件不允許時，可采用樁基礎)、大型鋼管立柱、貝雷縱梁及分配梁等部分組成。

2)方案2，滿堂支架法

在橋位處經處理、硬化的地基上，按一定間距密布搭設小鋼管立桿、橫桿、水平桿、剪刀撐等構件，形成滿堂支架作為混凝土澆筑的支撐體系。常用結構形式有扣件式、碗扣式及盤扣式。

3)方案3，抱箍貝雷支架法

在墩柱上安裝抱箍，利用2個抱箍間高強螺栓提供的預緊力，轉化為抱箍與墩柱間的壓力，從而獲得承重所需的摩擦力；抱箍上設置鋼板牛腿，其上依次安裝承重梁、貝雷縱梁、分配梁等構件，形成支架結構體系。

4)方案4，倒掛牛腿貝雷支架法

利用已經施工完成的蓋梁作為支撐點，將Z形牛腿部件固定在蓋梁上用以支撐承重梁，最后依次安裝貝雷縱梁、分配梁等構件，形成支架結構體系(見圖1)。

圖1 倒掛牛腿貝雷支架縱立面

3.1.2支架結構比選

1)投入材料方面

墩高按20m計，方案1單跨支架需96t鋼材，用量一般；方案2單跨支架需264t鋼材，用量最多；方案3，4單跨支架需65t鋼材，材料投入最少，經濟效益最好。

2)支架施工質量、安全控制方面

方案1施工工藝成熟，但現場各部件連接、高空焊接作業多，焊接質量控制難度大，安全風險高。

方案2施工工藝成熟，但各部件連接冗雜，各部件質量及連接質量受進場材料、工人素質影響較大，常常出現搭設支架不符合規范要求的情況。現場高空作業、吊裝作業多，安全風險高。

方案3抱箍高強螺栓施工質量直接影響支架結構的承載能力，是支架搭設過程中的關鍵控制點；高強螺栓施工受天氣，施擰順序、遍數，施擰設備精準度等影響較大，施工工藝較為復雜。抱箍安裝時，提前在抱箍上焊接操作平臺，可避免高處危險作業。

方案4施工工藝簡單，只需將牛腿倒掛在蓋梁頂，施工難度低；過程中控制好牛腿加工質量即可。牛腿安裝時，人員可在蓋梁上進行操作，安全風險較小。

3)施工效率及工期控制方面

方案1，2需進行復雜的地基處理，現場各部件連接、高空作業多，施工效率低，總體工期較長。

方案3，4無需進行復雜的地基處理，現場各部件連接、高空作業少，施工效率高，總體工期較短。

通過對比研究發現，方案1，2屬于常規施工工藝，但現場地質、地形情況復雜，地基處理難度大，不能適應所有橋跨。方案3，4較為新穎，相比于其他兩種方案，材料投入少，經濟效益好；克服了大部分地基難以處理的不利施工條件，加快了施工進度；減少了高空作業量、降低了安全風險。但倒掛牛腿需支撐在蓋梁上，本項目除邊墩設置有蓋梁外，其余橋墩均為無蓋梁結構；若牛腿設置在橋墩頂部，受支座位置影響，安裝空間極為有限，實施難度較大。

綜合比較上述4種支架結構優缺點，結合現場實際施工條件，決定采用抱箍貝雷支架作為現澆箱梁施工支架。

3.2 抱箍支撐結構比選

1)單抱箍+銷棒結構

在墩柱頂部穿入銷棒，抱箍的底部與銷棒頂部緊密抵靠，形成支撐結構；設計時，考慮抱箍與銷棒共同承受施工荷載。該結構使用材料少，施工效率高；但需在墩柱上預留孔洞，永久損壞了主體結構；同時抱箍和銷棒均可以作為獨立的承重結構，但受力原理上完全不同，兩者相結合，荷載分配較為復雜，實施過程中可能對墩身局部造成壓碎。

2)三抱箍+支撐架結構

在墩柱上按一定間距布置3個抱箍，抱箍間通過三角支撐架連接形成整體共同受力(見圖2)。該結構設計較為復雜，使用材料多，安裝、拆卸極為不方便，施工效率較低。

圖2 三抱箍+支撐架結構示意

3)雙抱箍+支撐桿結構

在墩柱上按一定間距布置2個抱箍，抱箍間通過支撐桿連接形成整體共同受力；設計時，考慮單個抱箍能承受全部施工荷載，下抱箍作為安全儲備。該結構設計簡單，使用材料一般，安裝拆卸方便，高空作業量小，施工效率高。

綜合比較上述3種支撐結構的優缺點，結合現場實際施工條件及相關要求，決定使用雙抱箍+支撐桿結構。

4 抱箍貝雷支架施工關鍵技術

4.1 抱箍貝雷支架設計

1)對于多跨連續梁，中墩處采用雙抱箍結構作為支撐點，2個抱箍豎向間距1.3m，中間設置豎向支撐桿，使抱箍整體受力，支撐桿采用2HN450×200。在邊墩較高、箱梁較重的情況下，經驗算墩柱在施工過程中所承受的不平衡彎矩大于墩柱自身承載能力，因此在邊墩處設置鋼管立柱+擴大基礎以代替抱箍，保證主體結構安全。

2)在抱箍或鋼管立柱頂設置承重梁，分為桁架式承重梁、單桿件承重梁，采用2HN450×200，I20a加工而成。桁架式承重梁安裝在中墩抱箍上，單桿件承重梁安裝在邊墩鋼管立柱上。承重梁具體結構形式根據其跨度(鋼管立柱、抱箍橫橋向間距)、所承受荷載計算確定。

3)貝雷縱梁安裝在承重橫梁上，貝雷縱梁為單跨式簡支結構，其跨度大部分均超過20m，為保證其強度和剛度滿足要求，在貝雷縱梁下弦桿位置增設加強弦桿。分配梁安裝在貝雷縱梁上，采用I20a(見圖3)。

圖3 支架設計

4)滿堂碗扣支架安裝在分配梁上，用以調整支架的縱、橫坡，以保證梁體線形滿足要求。

5)本項目單個抱箍考慮承受2×2 000kN施工荷載，其設計直接決定方案能否實施。抱箍設計為2個半圓形鋼板組焊結構，兩者間通過2×24顆10.9級M30高強螺栓連接成整體。同時，將承重位置與螺栓安裝位置設計為一體，以減少鋼板用量；采取在法蘭板與頂底板間設置橫、豎向加勁板以減少應力集中現象。抱箍面板為12mm厚鋼板，法蘭板、豎向加勁板及頂底板為20mm厚鋼板，橫向加勁板為16mm厚鋼板，材質為Q345(見圖4)。

圖4 抱箍設計

設計時應注意，高強螺栓安裝處兩法蘭板間空隙宜控制在3～4cm，以保證螺栓預緊力的有效傳遞；防止在螺栓施擰過程中法蘭板產生變形，導致兩法蘭板直接接觸，影響螺栓預緊力的施加。

4.2 施工控制要點

1)抱箍各部位焊縫受力均較大，在進行加工時，各板件間T形接頭應采用雙面坡口對稱焊接，角接頭采用偏向于側板的單面坡口焊接。抱箍進場后需立即進行缺陷檢測，焊縫質量需確保為一級。

2)由于抱箍加工不可避免地存在誤差，為增大抱箍與墩柱的接觸面積與保護墩柱，在墩柱與抱箍間設置5mm厚硬質橡膠墊。

3)抱箍安裝首先在地面或中橫梁處，利用臨時螺栓將抱箍試拼裝成整體，其內徑大于墩柱直徑約10cm，并在其底部設置操作平臺及護欄。利用起重設備將抱箍沿墩柱向上提升至設計安裝位置，通過手拉葫蘆及鋼絲繩臨時固定；通過手拉葫蘆人工調整抱箍標高位置準確后，安裝高強螺栓。

4)高強螺栓施工分為初擰、終擰兩個步驟進行，初擰扭矩值為終擰扭矩值的50%。高強度螺栓施擰順序均須從螺栓群中心板件剛度最大的部分，向不受約束的板件邊緣進行，即從抱箍面板側向外側施擰，且需兩側交替對稱施加預緊力，以免不對稱緊固引起部分螺栓不能充分發揮效力降低抱箍與立柱間的摩擦力。

5)由于貝雷縱梁跨度大、橫向剛度小，沿縱橋向每間隔3.0m設置一道貝雷支撐架及[10剪刀撐，確保將所有貝雷縱梁連接成整體。為保證貝雷縱梁在承重梁處的抗剪能力滿足施工要求，對應位置設置[10加強豎桿。

6)為控制墩柱兩側不平衡彎矩，中墩處兩側混凝土不平衡荷載應小于單跨底板自重的1/2。

5 結語

經過前期的地面荷載試驗及現場實際應用，證明抱箍貝雷支架強度、剛度及穩定性均滿足施工要求，支架結構安全可靠；且具有材料投入少、施工周期短、安全風險小等優點，對于山區高墩現澆箱梁施工尤為明顯。