大跨度現澆箱梁多種支架體系應用分析

侯湘亞

（湘潭城鄉鐵路投資有限公司，湖南 湘潭 411201）

1 工程概況

楊梅洲大橋坐落于湖南省湘潭市，橫跨湘江。項目全長2 400 m，其中楊梅洲大橋全長2 123 m，采用城市I 級主干道標準，為雙向六車道。主橋采用主跨658 m斜拉橋。主橋全長1 108 m，橋跨布置為（70+70+70+658+100+70+70）m。邊跨采用重量大、便于支架法施工的混凝土箱梁結構；主跨因位于水中及河東側跨大堤而受跨徑限制，采用重量輕、便于懸臂拼裝施工的鋼箱梁。混凝土箱梁全寬51.907 m，中心線處梁高3.80 m，主梁中間9.46 m 區域不設橫坡。楊梅洲大橋位于楊梅洲島上，每年汛期島上積水深度超過1 m。

2 支架方案選擇

2.1 方案一：鋼管樁基礎和條形基礎+鋼管樁

跨中區域（占整體30%）采用鋼管樁作為支架基礎，鋼管樁基礎按摩擦樁設計；其他區域（占整體70%）采用條形基礎（地基采用磚渣換填）結合鋼管樁作為支架基礎［1-3］。

鋼管樁支架體系由下往上依次為：鋼管樁（振動錘打入地面以下部分的鋼管樁采用Ф800 鋼管樁，壁厚不小于10 mm，地面以上的鋼管樁采用Ф 800 鋼管樁，壁厚不小于10 mm。鋼管樁間設置平聯、斜撐，以增強穩定性。平聯采用Ф400×10鋼管，斜撐采用兩道［25a 槽鋼）、樁頂鋼板（1 200 mm ×1 200 mm×16 mm 及200 mm×300 mm×16 mm 三角塊牛腿）、樁頂橫梁（雙拼H700×300 型鋼）、14 工字鋼（拆除支架用，上接三拼或雙拼貝雷）、貝雷縱梁（1 500 mm ×3 000 mm 標準貝雷架、1 500 mm×1 000 mm 貝雷架）、模板主梁（I14 工字鋼，間距600 mm）、模板次梁（100 mm×100 mm 方木，間距200 mm）、底模板（20 mm木模板），具體如圖1所示。

圖1 鋼管樁基礎少支架典型橫斷面

條形基礎結合鋼管樁支架體系由下往上依次為：磚渣換填（磚渣換填厚度為1.5 m，尺寸為條形基礎各邊延伸出1.5 m、長56.6 m、寬4.0 m）、墊層（墊層厚度為10 cm，尺寸與磚渣換填尺寸相同）、條形基礎（條形基礎分兩段，中間留有5.6 m 寬便道，長24.0 m、寬1.5 m、高1.0 m，條線基礎下地基采用磚渣換填進行加固）、鋼管樁（考慮到條形基礎上法蘭樁穩定性較打入樁低，應增加鋼管樁壁厚以增強穩定性并減少對條形基礎的局部剪切力。鋼管樁采用Ф800×16 mm 法蘭樁。鋼管樁間設置平聯、斜撐，以增強穩定性。平聯采用Ф400×10 鋼管，斜撐采用兩道［25a 槽鋼）。樁頂鋼板、樁頂橫梁、14 工字鋼、模板主梁、模板次梁、底模板均與鋼管樁支架體系對應一致。具體如圖2所示。

圖2 條形基礎+鋼管樁少支架典型橫斷面

2.2 方案二：條形基礎+鋼管樁

工程輔助跨施工區域，因考慮原樁基施工泥漿池和汛期湘江洪水影響，需要對輔助跨條形基礎采用水泥攪拌樁進行地基加固，并在原有泥漿池位置作加強。水泥攪拌樁設計樁徑為0.5 m，攪拌樁間距0.9 m，樁長16 m，共5 492根。設計水泥摻入比25%，每延米水泥摻入量為50 kg。水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比0.55，泥漿比重1.77。

采用條形基礎（地基采用水泥攪拌樁加固）結合鋼管樁作為支架基礎［4］，支架體系由下往上依次為：條形基礎（條形基礎長24.0 m、寬1.5 m、高1.0 m，條線基礎下地基采用水泥攪拌樁進行加固）、鋼管樁（全部采用Ф800 鋼管樁，壁厚不小于10 mm）。鋼管樁間設置平聯、斜撐，以增強穩定性）、樁頂鋼板、樁頂橫梁、14 工字鋼、模板主梁、模板次梁、底模板均與方案一中鋼管樁支架體系對應一致。

2.3 方案三：地基處理+滿堂支架

采用水泥攪拌樁加固或磚渣回填碾壓結合滿堂支架作為支架體系，支架體系由下往上依次為：地基處理（地基采用水泥攪拌樁進行加固）、豎桿（全部采用Ф48×3.5 mmQ345 鋼管）、橫桿（Ф48×3.5 mmQ235 鋼管）、剪刀撐（Ф48×3.5 mmQ195 鋼管）、雙拼鋼管（雙拼Ф48×3.5 mmQ235 鋼管）、方木（100 mm×100 mm 方木）、底模板（20 mm 木模板）。具體如圖3所示。

圖3 輔助跨滿堂支架布置圖

滿堂支架地基可采用水泥攪拌樁或磚渣回填碾壓加固。水泥攪拌樁施工方法見方案二，磚渣回填碾壓方法為將原地表腐蝕土及淤泥挖除、清運，開挖至擬定標高，回填透水性良好的砂礫土或硬質建筑垃圾并碾壓密實，填土完成后利用1 臺20 t 壓路機對場地土進行碾壓壓實，取壓實后的厚度50 cm為分層厚度，提高場地土的承載力。地基設計承載力要求不小于220 kPa。墩柱采用分層回填砂礫土或硬質建筑垃圾并整平壓實，使其密實度不得低于90%。在地基外側兩邊設置縱向排水溝，確保地基排水順利。在處理好的地基上，澆筑30 cm 厚的C30 混凝土為支架基礎；其寬度應在橋面正投影面上左右各加寬1.5 m，排水溝寬50 cm、深50 cm。

2.4 方案四：鋼管樁基礎

采用鋼管樁作為支架基礎，鋼管樁基礎按摩擦樁設計，支架體系與方案一中鋼管樁支架一致。

2.5 方案優缺點

各方案優缺點對比情況如表1所示。

表1 方案優缺點對比表

2.6 小結

通過對方案一、方案二、方案三和方案四的比選分析，方案一經濟合理，結構安全性能高，工期較短，整體優勢較為明顯，因此采用方案一作為主橋輔助跨支架體系施工方案

3 支架施工具體方法

3.1 鋼管樁基礎

3.1.1 鋼管樁沉樁。鋼管樁基礎位于輔助跨跨中及河西部分無法采用條形基礎施工的部位，沉樁時采用80 t 履帶吊配合DZ180 型振動錘。鋼管樁振沉采用控制樁尖標高為基準，以最終貫入度為最后依據。貫入度的計算以沉樁數據為準，試樁兩根，詳細記錄達到設計標高1 m 范圍內每100 mm 所需的振沉時間，經現場試樁得出最終貫入度為2 cm/min。當樁底標高滿足兩個條件（最終貫入深度、設計標高）時，需繼續錘打3 次，中間間隔停錘時間為2 min，后結束捶打；當樁底標高不滿足這兩個條件（貫入度小于最終貫入度、設計標高2 m 以內），需進一步錘進10 cm，繼續錘打3 次，中間間隔停錘時間為2 min，后結束捶打。鋼管樁在施工時需實時進行校核，樁省垂直度需小于整個樁身長度的1/500，且鋼管樁頂部位置偏移應小于50 mm。鋼管樁縱梁以及橫梁正式施工前需標記施工時具體位置，施工誤差應小于20 mm。鋼管樁連接采用焊接形式，鋼管樁環向焊接4塊加勁板（30 cm×30 cm×1.4 cm）作局部加強。

3.1.2 鋼管樁間平聯及斜撐施工。鋼平臺鋼管樁下沉到位后，進行該排鋼管樁間平聯、斜撐、牛腿支撐的施工（先下層后上層），以增加樁的穩定性，平聯采用D400×10 mm鋼管、剪刀斜撐采用［25a槽鋼］。平聯焊接完成后進行剪刀撐施工，剪刀撐與管樁和平聯交點焊接處焊接300 mm×200 mm 加勁板，以保證結構可靠性。所有焊縫應符合鋼結構規范的相關要求。

3.1.3 樁頂橫梁施工。樁頂橫梁拼裝完成后方可整體吊裝。橫梁與鋼管樁應連接牢固，橫梁在支點處應采取適當的限位固定措施，卸落設備（3拼14 工字鋼）應與橫梁焊接牢固，防止橫梁在承受荷載的過程中產生移位、滑動等現象，所有焊縫按三級焊縫施工相關要求控制。

3.1.4 貝雷架施工。樁頂橫梁及鋼管樁橫向連接安裝完成后，進行貝雷架施工，貝雷梁應在平整、堅實的場地上拼裝，并采取臨時穩定措施。貝雷梁間距嚴格按照圖紙要求控制，樁頂橫梁與卸落裝置、貝雷梁之間應緊密貼合，不得有懸空現象。貝雷梁在結構受力體系里為受力縱梁，橫向剛度一般偏低，需用花架連接成整體，增強其橫向剛度［5］。

3.1.5 模板主梁施工。采用履帶吊進行模板主梁I14 工字鋼的安裝，履帶吊按60 cm 的間距安裝模板主梁。

3.1.6 模板次梁及底模施工。首先在主梁上畫線確定次梁位置，然后吊裝木方進行安裝，安裝過程應確保底模拼縫位置位于次梁木方的正上方。

3.1.7 支架平臺臨邊位置設置安裝護欄立桿。立桿焊接在模板主梁上，立桿采用50 的鋼管，高度1.2 m，橫向間距2.0 m 一道，底部設置踢腳板、高度20 cm。

3.1.8 支架拆除。連續梁張拉完成后，根據橋梁監控測量單位經過復核的指令實施輔助跨支架平臺的拆除。待斜拉索張拉完成后，根據監控單位的指令拆除剩余支架平臺。每跨的拆除順序為從兩邊向跨中進行，按照“先支后拆，后支先拆”的方式進行，并留有跨中三排鋼管樁支架待主橋合攏后進行拆除。

3.2 條形基礎+鋼管樁

該方法除基礎施工存在差異外，其他施工工序、施工方法與上述鋼管樁基礎相同，本小節只對條形基礎施工方法進行闡述。地基處理磚采用渣換填碾壓（具體方法同方案三）。條形基礎施工工序如下：輔助跨條形基礎待墊層混凝土達到強度后方可施工澆筑，混凝土澆筑前應仔細復核條形基礎鋼管樁預埋板的位置，確認無誤后，再進行澆筑作業。

4 支架監測監控措施

鋼管樁支架安裝后必須進行預壓，根據《鋼管滿堂支架預壓技術規程》（JGJ/T 194—2009），預壓重量不得小于現澆箱梁重量的1.2 倍，采用砂袋或者水箱進行預壓。在平臺頂面上設置觀測點，每跨觀測3 個斷面，分別為每跨端部及跨中，每斷面設置4 個點，分別設在左右幅支點位置。鋼管樁支架體系在預壓之前對布置好的測點的標高實施實時測量，在鋼管樁頂面亦設置測點。

預壓重量設置為現澆箱梁自重的120%。預壓堆載采用30%、75%、120%箱梁重量逐步分階段堆載，堆載時采用固定人員、固定設備進行觀測，時刻關注堆載荷載的大小及堆載的速度，每階段完成堆載后，暫停下階段堆載，且間隔半天對支架的豎向變形進行觀測。當支架豎向變形半天的變形量平均值小于2 mm 時，方可實施下一階段堆載。堆載預壓順序如圖4所示。

圖4 堆載預壓順序圖

預壓時主要觀測的數據有鋼管樁豎向位移、支架體系頂部豎向變形、卸載后支架體系頂部恢復變形量、支架體系的側向變形量以及垂直度變化、堆載以及卸載后的支架體系頂部標高變化。當支架體系整個彈性變形逐步穩定之后可以終止測量，依據測量數據繪制支架體系變形曲線，計算支架體系整體的彈性變形。

堆載120%后每隔一天測量支架體系標高值，卸載6 h 后測量支架體系標高值。堆載全部完成后，符合下列情形之一可認定預壓合格：各測點第1 d 豎向變形均數小于2 mm；各測點第3 d 豎向變形均數小于5 mm。預壓過程加強平臺體系的沉降變形觀測。預壓結束后，模板線型采用木楔調整。

5 結語

該研究對臨河涉水區域大跨度現澆箱梁支架體系進行多種方案的對比分析，采用鋼管樁基礎和條形基礎+鋼管樁在結構安全上能夠很好地解決箱梁澆筑、斜拉索張拉等不同階段的受力問題，在施工環境上能夠有效抵御洪水及各類漂浮物的沖擊，在施工工期上能較好地縮短工期，在工程造價上能大幅度提高鋼管樁的回收率，以及能做到除跨中區域的鋼管樁提前拆除，提高鋼管樁的周轉率，極大地降低成本，實現在支架體系安全穩定的前提下最大化節約工程造價。