特殊工況下的拱橋施工承重支架體系

張文貴

上海市政建設有限公司 上海 200126

1 工程概況

1.1 橋梁總體概況

上海市大蘆線航道整治工程Y8橋位于大蘆線航道新團蘆港段，與大蘆線航道法線交角7°。主橋采用斜橋正做，橋梁橫斷面布置為雙幅橋，主橋全寬45.15 m，單幅橋寬22.525 m。主橋上部結構由啞鈴形鋼拱肋、預應力混凝土系梁與中橫梁、柔性吊桿及整體化橋面系組成[1-6]。

主橋系梁采用箱形預應力混凝土結構，端橫梁現澆箱形預應力混凝土結構，中橫梁采用T形預應力鋼筋混凝土結構，中橫梁為廠家預制，在現場安裝。

主橋拱肋跨徑99.2 m，采用啞鈴形鋼管拱肋。拱肋鋼材采用Q345qd橋梁用結構鋼。拱肋成形后，鋼拱肋內和拱腳段腹板內要灌注C50微膨脹緩凝混凝土。拱肋頂設吊桿張拉端，系梁底部設吊桿固定端。

本工程采用先梁后拱法施工。總體施工程序為：中橫梁吊裝→拱腳、端橫梁施工→系梁混凝土澆筑，分階段張拉預應力束→鋼拱肋安裝；鋼管拱內填充混凝土→中橫梁濕接縫施工→吊桿安裝及張拉→落架及橋面鋪裝。

1.2 工程區域情況

Y8主橋橋跨的北側區域跨越1條待拓寬改造的團蘆港河道，現狀寬度為35～39 m，河床最低處標高為－0.2 m，拓寬后的新河面寬為85 m。主橋橋跨的南側區域東幅為陸岸，西幅跨老萬彭河，工程實施期間需對老萬彭河進行回填處理。

主橋主跨共1跨，主跨南端橋墩墩位P10，P10東墩位于現有馬五公路上，P10中墩位于萬彭河東側河岸上，P10西墩位于萬彭河西側河岸上；主跨北端橋墩墩位P11，P11的3個墩位均位于河岸陸上。東半幅橋梁的東側系梁跨團蘆港的長度約為38 m，中間系梁跨團蘆港的長度約為36 m，西幅橋梁的西側系梁基本上都位于團蘆港上和萬彭河上（圖1）。

圖1 Y8橋柱墩位置和現場條件平面示意

1.3 工程地質條件

該工程場地地面水系發育，浜塘較多，周圍地形較平坦，地面標高在4 m左右，屬河口、沙嘴、沙島地貌類型。根據地質勘察報告說明，該場地淺層地基土構成主要為填土及淤泥，其中填土層底標高1.50～4.03 m，厚度0.4～2.7 m，松散，以耕土為主，含植物根莖，局部為素填土，局部厚度達2.7 m。淤泥層底標高－0.29～－0.19 m，厚度2.4～2.5 m，含有機質、腐殖物等，分布于河塘底部。

2 支架體系搭設的思路與選型

2.1 總體支架搭設思路

拱橋施工支架體系的選擇需結合現場實際情況與支架租賃采購市場情況進行綜合分析，需考慮特殊地形地貌、團蘆港河道通航情況、水文地質條件以及現場材料庫存條件，市場上對鋼結構平臺、貝雷梁等各部件的采購租賃情況等各類因素。針對本工程的拱橋施工支架體系選擇，我們考慮了以下幾點：

1）施工支架體系的選擇更重要的是結合該工程特征進行分析研究。該工程中橫梁采用廠家預制，現場吊裝。現場顯示，部分中橫梁支撐點位于河道范圍。每片中橫梁吊裝就位后，采用兩端型鋼斜撐及兩兩中橫梁預留鋼筋焊接連接，若發生支架變形或不均勻沉降導致中橫梁傾斜，易發生中橫梁連鎖傾覆后果。故對支架體系的承載能力、抗變形能力以及中橫梁兩端的不均勻沉降要求極高。

2）拱橋有東西幅橋拱4道主縱系梁，箱形截面，長度逾100 m。西幅橋西側系梁基本位于萬彭河及團蘆港河道范圍，西幅橋東側系梁也有23 m位于萬彭河，36 m位于團蘆港河道范圍。而且系梁施工長度范圍內一次性澆筑，對系梁支架的強度、剛度及整個支架體系的不均勻沉降要求高。

3）工程位置萬彭河需要清淤后做回填處理。清淤后河道深度預計有3 m，若采用一般形式支架支撐體系，需要對萬彭河進行素土分層回填，而且壓實度須達到92%以上，并要對支架體系范圍內進行厚10～15 cm的鋼筋混凝土整平硬化處理。河道回填過程中，由于要保證回填質量需采取井點降水、重型機械分層壓實、石灰土處理等措施方能保證地基的強度及承載力要求。若采用鉆孔灌注樁進行地基處理，則需要使用挖機等大型機械在河道回填過程中適當壓實，預計壓實度達到85%以上，以保證河道回填部分樁基的摩擦力及整樁的承載力和鉆孔過程中土方不發生坍塌。

4）由于該項目前期動拆遷問題，致使工程南北岸引橋完成后，停工1年。1年后復工時，本標段東西相鄰航道及橋梁標段均已經全部完工，團蘆港已被拓寬成85 m的標準航道。航道疏浚深度為原河床泥面線下1 m，這無疑增加了橋梁施工的風險。團蘆港航道日常來往貨運船只較多，船只航行時激起的水浪不斷地對橋梁施工范圍的地基進行沖刷，故需沿河岸在比橋梁投影線寬1 m范圍處，全部采用密打鋼板樁圍護，保證支架安全。考慮河船只航行激起水浪對土質沖刷影響，故一般的淺埋基礎不能滿足要求，而采用鉆孔灌注樁，規避這一風險因素。

5）團蘆港為通航航道，經和當地海事部門溝通，需保證通航凈寬16 m、凈高5 m的要求。為此，跨團蘆港航道部分的支撐支架需要考慮大跨度鋼桁架體系。

6）拱橋施工中橫梁、主縱系梁施工完成后還要進行后續拱肋安裝、鋼拱內混凝土填充、吊桿安裝及張拉和橋面系施工，施工工期近1.5年。支架體系在長時間施工期間的安全是橋梁順利完成的關鍵。

7）選擇橋梁中橫梁、主縱系梁承重支架時，需考慮鋼拱分段的鋼支架具體位置。

綜合上述分析，并結合工程特點、結構特征、地域現狀，地形地貌等及施工技術、施工專業化，裝配化水平和為營造文明、整潔、美觀的現場環境等因素，通過進一步技術分析及技術論證，決定了該橋施工關鍵結構承重支架體系設計。

2.2 支架體系的選型

1）拱腳段與端橫梁支架體系。拱腳段與端橫梁混凝土同時澆筑，通過搭設鋼結構作業平臺來實現。鋼作業平臺支撐靠近端橫梁處通過設置在橋墩混凝土承臺上的鋼立柱完成，其余部分由中橫梁、系梁一體化支架承重完成。

2）中橫梁支架體系。從P10中墩起的約38 m陸域范圍采用鉆孔灌注樁基礎及鋼立柱、型鋼組合鋼平臺支撐中橫梁。考慮到鋼拱分段支撐點及團蘆港航道，其余約58 m范圍采用鉆孔灌注樁基礎及鋼立柱、組合貝雷梁鋼絎架組成的鋼平臺支撐中橫梁。

3）主縱系梁支架體系。與中橫梁支撐體系相對應，陸域部分系梁采用鉆孔灌注樁基礎及鋼立柱、型鋼組合鋼平臺支撐系梁混凝土現澆作業；其余水域部分采用鉆孔灌注樁基礎及鋼立柱、組合貝雷梁鋼桁架組成的鋼平臺支撐系梁混凝土現澆作業。

3 支架體系設計

3.1 航道跨T形中橫梁支架設計

為保證團蘆港航道通航要求，中跨按照18 m（航道凈跨16 m）進行設計。

水中樁基礎采用φ1 000 mm鉆孔灌注樁，鋼筋籠長9 m，入土深度25 m。東幅橋與西幅橋采用6樁群樁承臺，中間幅采用10樁群樁承臺。立柱采用φ400 mm鋼管柱，對應樁中心布置。采用雙拼50b#工字鋼作為連接φ400 mm鋼管柱的蓋梁。跨河段主縱梁采用6排上下加強型貝雷桁架，2排貝雷架以45 cm支撐架連接為1組桁架片之間采用支撐架連接；貝雷桁架梁上鋪設4根20b#工字鋼（4根16#槽鋼），以及H型鋼組合支墩，作為T形橫梁擱置基礎。為保證T形中橫梁端部標高的調整，采用不同厚度鋼板進行標高調整（圖2、圖3）。

圖2 中橫梁平臺縱斷面示意

圖3 中橫梁平臺橫斷面示意

經模型驗算得出，組合貝雷梁桁架的變形預計有2 cm，為進一步減小變形，同時為和陸域段的支架體系變形基本一致，采取組合貝雷梁桁架中增加1片加強型貝雷梁，在主縱梁組合貝雷梁中橫梁支點處增加2根16#槽鋼作為豎向桿件加強，依據預壓結果在中橫梁支點處用鋼板調整擱置標高等3個方面措施，以保證橋梁主系梁的線性和外觀質量。

3.2 陸域跨T形中橫梁支架設計

陸域基礎采用φ800 mm灌注樁，鋼筋籠長4.5 m，系梁側樁長15 m深，T形中橫梁側樁長28 m深，對應T形梁底腹板打設。混凝土承臺基礎1.25 m×1.25 m×0.5 m，樁端深入承臺10 cm。立柱采用φ400 mm鋼管柱，對應樁中心布置。

采用雙拼32b#工字鋼作為連接φ400 mm鋼管柱的蓋梁；5 m陸域跨主縱梁采用雙拼28b#槽鋼組合；雙拼28b#槽鋼主縱梁上鋪設4根20b#工字鋼（4根16#槽鋼），以及H型鋼組合支墩，作為T形橫梁擱置基礎。為保證T形中橫梁端部標高，采用不同厚度鋼板進行適時調整。

經驗算陸域T形中橫梁鋼結構支加體系，400 mm鋼立柱、雙拼32#工字鋼蓋梁、雙拼28#槽鋼主縱梁強度、剛度均滿足承載要求。φ800 mm鉆孔樁中橫梁側樁深28 m、系梁側樁深15 m，承載力、沉降均滿足要求。

3.3 航道跨箱形系梁支架設計

為保證團蘆港航道通航要求，中跨按照18 m（航道凈跨16 m）進行設計。

水中樁基礎采用φ1 000 mm鉆孔樁，鋼筋籠長9 m，入土深度25 m。東幅橋與西幅橋采用6樁群樁承臺，中間幅采用10樁群樁承臺。立柱采用φ400 mm鋼管柱，對應樁中心布置。采用雙拼50b#工字鋼作為連接φ400 mm鋼管柱的蓋梁。

跨河段主縱梁采用6排上下加強型貝雷桁架，桁架間距45 cm（30 cm），桁架片之間采用支撐架連接。貝雷桁架梁上鋪設10#槽鋼，間距50 cm，作為小橫梁分配傳力。搭設縱向和橫向間距50 cm的鋼管扣件支架。模板體系采用間距20 cm的5 cm×10 cm方木楞和厚18 mm的九夾板。

經驗算，取中間幅跨度最大18 m貝雷梁桁架，主縱梁采用6排上下加強型貝雷桁架、雙拼50#工字鋼蓋梁、φ400 mm鋼立柱強度和剛度均滿足承載要求，深25 m的φ1 m鉆孔樁承載力滿足要求。

主縱梁組合加強型貝雷梁桁架撓度有1.5 cm，為減小變形，同時為和陸域段的支架體系變形基本一致，采用在組合貝雷梁桁架中增加一片加強型貝雷梁，系梁混凝土澆筑時分底腹板和頂板2次澆筑，系梁安裝模板時根據預壓結果調整底模板標高等3種方法，以保證橋梁主系梁的線性和外觀質量。

3.4 陸域跨箱形系梁支架設計

陸域基礎采用φ800 mm灌注樁，鋼筋籠長4.5 m，系梁側樁長15 m，中間系梁部位樁長25 m，T形梁側樁長28 m深，對應T梁底腹板打設。混凝土承臺基礎1.25 m×1.25 m×0.50 m，樁端深入承臺10 cm；立柱采用φ400 mm鋼管柱，對應樁中心布置。采用雙拼32b#工字鋼作為連接φ400 mm鋼管柱的蓋梁。5 m陸地跨主縱梁采用雙拼28b#槽鋼；雙拼28b#槽鋼主縱梁上鋪設10#槽鋼，間距50 cm，作為小橫梁分配傳力。搭設縱向和橫向間距50 cm的鋼管扣件支架。模板體系采用間距20 cm的5 cm×10 cm方木楞和厚18 mm的九夾板。系梁實腹位置，在雙拼28b#槽鋼主縱梁上鋪20b#工字鋼，間距50 cm，作為小橫梁分配傳力。

經驗算，陸域段系梁承重支架體系雙拼32#工字鋼、雙拼28#槽鋼、φ400 mm鋼立柱等構件強度、剛度、穩定性均能滿足承載要求，中橫梁側深28 m的φ800 mm鉆孔樁、系梁側深15 mφ800 mm鉆孔樁，沉降基本接近為4 mm和6 mm，承載力滿足要求。

3.5 鋼支架平臺布置技術要求

1）本工程主橋與河道斜交7°，主橋與河道采用斜交正做，支架同樣與河道斜交正做。通航孔支架支墩樁橫軸線也同樣與河道斜交正做。為確保通航凈寬不小于16 m，通航孔兩支墩中心間距設為18 m。

2）本工程河道上支架采用組合貝雷桁架梁，根據貝雷梁技術特性，支架合理支承點設在貝雷梁的豎桿位置，即支架跨徑設為1.5 m整數倍。個別局部節點支撐點不在貝雷梁豎桿位置時，須在貝雷梁上下弦增加豎向形鋼桿件加強。

3）陸上支架采用雙拼28b#槽鋼組合，跨度5 m，為保證陸上支架與河道上支架結合部的受力合理性，需將水陸交接位置樁基礎做成群樁基礎，設置成整體混凝土承臺。

4）團蘆港南岸近拱腳第1段陸上支架由于考慮避讓防汛墻的需要，鉆孔樁基礎不能對應T形中橫梁腹板打設，將產生過大的跨中彎矩，則考慮在部位使用32b#工字鋼替換雙拼28b#槽鋼作為主梁。

5）鋼平臺設計構件中，雙拼型材之間必須采用鋼板連成整體，在集中力作用點位置需設置加勁板，鋼管立柱端部需做加強處理。

3.6 支架預壓和沉降觀測

1）支架預壓設計。支架搭設完成后在進行安裝鋼筋前需要進行支架預壓。預壓荷載為施工荷載（結構恒載與模板質量之和）的1.2倍。采取砂袋全斷面堆載預壓，確定支架體系的穩定性及變形是否滿足要求，并根據支架變形量（彈性變形部分）確定底模板的預拋高值。施工中選擇通航孔（支架跨度大）、萬彭河區段拱腳段區域（施工荷載大并且地基穩定性差）2個代表性區段進行支架預壓。

2）支架預壓加載。支架預壓采取3級加載，3級加載依次為預壓荷載值的60%、80%、100%。荷載布置縱橋向從支架跨中向支點處對稱布載，橫橋向從系梁縱橋向軸線向兩邊對稱布載。每級加載完成后每間隔12 h對支架進行沉降量監測，當支架頂部監測點12 h的沉降量平均值小于2 mm時，可進行下一級加載。

3）支架預壓監測。支架沉降觀測點縱向采取5個斷面，即支墩、1/2跨、1/4跨處。每個觀測點斷面上的監測點不少于5個。沉降觀測時間分別為堆載前、分級加載過程（跟蹤觀測，當分級加載為預壓荷載值的60%、80%時每隔12 h小時監測1次。當分級加載至100%后每隔24 h沉降觀測1次）、卸載6 h后。通過支架預壓，基本消除支架非彈性變形量，彈性變形量要滿足支架剛度要求。

4）預壓結果。預壓結果顯示，支架穩定，變形滿足支架設計要求和規范要求。陸域段采用型鋼支架，跨度5 m，剛度比較大，變形較小，非彈性變形3 mm，彈性變形4 cm；航道段采用組合加強型貝雷梁桁架，最大跨度18 m，剛度較弱，非彈性變形5 mm，彈性變形為18 mm。

4 結語

目前，跨航道、河道施工的橋梁項目越來越多，通常都采用在水域和陸域搭設承重支架進行橋梁現澆混凝土結構或鋼結構的施工。經過多座橋梁的施工實踐，根據現場不同工況和地形、地貌進行承重支架的技術分析、設計顯得尤為重要。其中型鋼貝雷梁組合結構承重支架施工安全，結構受力簡單，強度、剛度均能滿足承載要求，變形能得到有效控制，保證了橋梁外觀線性和施工安全。同時裝配式專業化程度高，施工速度快；外形整齊美觀，文明施工管理的水平也進一步提升，廣泛應用于同類型工程的建設，為危大工程的風險管控提供了技術保證。