斜拉橋現澆箱梁組合支架體系設計與應用

◎李海瑞 中交第二公路工程局有限公司

結合引橋現澆箱梁的構造特點和施工工效等因素，施工使用大鋼管的少支架或滿堂支架形式較多。對于組合式斜拉橋邊跨現澆箱梁的施工組織，大鋼管支架桿件沉重，需要設備和專業(yè)人員進行安裝，費用高，滿堂支架搭設全靠工人純手工安裝和緊固，受材料和人為影響因素大。針對現澆箱梁的組合支架體系設計，如何優(yōu)化架體結構設計，在保證箱梁施工安全可靠的前提下，盡可能經濟便捷的組織施工，是研究的關鍵所在，也是項目打好提質增效的必經之路。

1.工程概況

江安二橋位于四川省宜賓市江安縣長江下游約6 公里處，主要包括跨一座三塔斜拉橋，設計總長1130m，其中北岸側引橋設計長度為685m，南岸接線為路基工程長度為60 m。全橋整體結構圖如圖1所示。北岸側引橋起點為標段起始位置，里程樁號K 25+405，終點與跨江特大橋1#邊墩銜接，里程樁號K26+090。北岸引橋為分左右幅設置預應力混凝土箱梁結構，第一、三、五聯(lián)為高度相等箱梁，第二、四聯(lián)為不等高箱梁。引橋箱梁分3×35m（第五聯(lián)）、37.5+55+37.5m（第二、四聯(lián)）、5×40（第三聯(lián)）和3×40（第一聯(lián)）。橫橋向采用單箱單室結構，利用剛性旋轉箱梁形成橋面橫坡，為雙幅設計，橋面寬14.75m。梁高按梁跨類型設置，其中35m梁高2.3m，40m梁高2.5m，55m梁高2.5～3.2m，設計混凝土標號為C50。

圖1 全橋整體結構圖（單位：m）

2.總體思路

2.1 現澆箱梁施工特點

現澆箱梁占地面積小，結構輕盈，外形美觀，一般為一次性澆筑施工，整體性強，適用于大跨度橋梁，經常采用支架體系，一般為大鋼管和滿堂支架現澆施工，混凝土澆筑完成后進行支架體系卸落、拆除。所需設備和人工多，耗費材料多，安全性不高，經濟性不強。

2.2 支架體系設計思路

本橋現澆箱梁為常規(guī)結構設計，根據施工場地布置情況，結合施工工效和組織分析，為節(jié)省施工工期和節(jié)約施工成本，引橋第一、三、五聯(lián)采用40m移動模架法進行施工，第二、四聯(lián)采用鋼管樁+貝雷梁及相關支架法進行施工，其中移動模架法和支架法同時進行施工，移動模架施工按照先右幅后左幅的順序進行，落地式支架施工按照先右幅后左幅的順序進行。移動模架法計劃從小里程向大里程方向陸續(xù)展開，支架法先進行第二聯(lián)右幅施工，然后水平橫移至左幅，依次完成第二聯(lián)、第四聯(lián)的施工。按照施工計劃，移動模架和鋼管支架在施工過程中，在落地支架法施工左幅第四聯(lián)第3孔時，由于移動模架此時已完成左幅第五聯(lián)施工，則縱向移動至第三聯(lián)，需通過第四聯(lián)實現過孔，將與支架法施工左幅第四聯(lián)第3孔存在干擾情況，鑒于該情況，在移動模架過孔期間，支架法暫停施工，優(yōu)先保證移動模架過孔進行第三聯(lián)施工，同時充分考慮該部分工期。

3.支架體系結構設計

現澆箱梁施工支架包括兩部分，分別為移動模架和落地大鋼管支架+盤扣的組合支架體系。

根據結構設計組成，移動模架包括主梁、鼻梁、橫梁、牛腿、小車、橫梁、內外模板和液壓機電系統(tǒng)，移動模架體系結構如圖2所示。

圖2 移動模架體系結構圖

（1）主梁一般在兩側為兩組，是模架的主承重梁，承擔施工主要荷載。設計單個主梁總長度為50.5m，單側主梁縱向共分4節(jié)，采用高強螺栓連接縱向節(jié)段間形成整體。

（2）鼻梁，采用鋼桁架結構，設置在主梁前后各1對，呈三角截面。

（3）模板橫梁，設計為桁架結構，最大間距3.0m，共14組。

（4）牛腿采用Q345B，共有三組，底部與橫向穿進墩柱的剪力塊連接。

（5）小車設置于主梁與牛腿之間，為模架前移提供推進動力，小車及液壓站的數量均為6臺。

（6）模板系統(tǒng)，根據箱梁構造特點，由底板、腹板、翼緣板及肋板組成。

大鋼管支架設計采用連續(xù)式結構，除布置于現有道路上的基礎采用混凝土擴大基礎外，其余為保證結構安全基礎均采用鋼管樁基礎，鋼管立柱均采用Φ609×16mm規(guī)格，鋼管樁頂部搭設雙拼的I63承重梁，沿橋梁縱向采用321型貝雷梁作為主梁，在其上設置分配梁，上部設計為滿堂支架，立柱鋼管采用帶法蘭盤形式的盤扣式支架鋼管，鋼管之間采用插銷的方式進行連接，平聯(lián)為標準桁架結構，螺栓栓接鋼管和橫向聯(lián)系[1]。

對于箱梁左右幅支架配設，大鋼管支架擬單幅整聯(lián)投入，考慮到施工工效以及減少支架搭設次數，同一聯(lián)支架左右幅采用支架整體橫移工藝方案，減少支架搭設工程量，節(jié)省工期，橫移工藝采用液壓油缸頂推的方式，即在每排支架鋼管底口布置一臺液壓油缸和相應的軌道，統(tǒng)一由一個油泵系統(tǒng)控制，保證頂推的一致性。

4.支架體系結構驗算

4.1 移動模架驗算

1）計算工況。

①移動模架在模板驗收完成澆筑混凝土工況。該工況主要對承重設備進行強度、剛度及屈曲穩(wěn)定性進行校核驗算；

②移動模架過孔工況。該工況下主要對移動模架在移動中鼻梁受力、抗傾覆穩(wěn)定性以及移動過程中主梁強度進行校核驗算。

2）載荷計算。移動模架在以上兩種不同工況下工作時，其載荷主要分析有：

混凝土澆筑工況載荷包括：移動模架的設備自重、新澆筑混凝土砼載荷、風載荷、小型機具以及人群載荷。

①澆筑工況下，設備本身重量包括主梁、鼻梁、外模板、橫梁、牛腿梁、小車、液壓系統(tǒng)等。

②澆筑工況下，不同施工段砼梁的重量也有所不同，40米混凝土梁段重量最大，施工載荷最大，選擇該工況進行模架強度、剛度和穩(wěn)定性計算。

模架過孔移動工況活載荷主要包括：設備自重、風載荷。

縱移過孔工況設備自重較合模澆筑工況少了內模板重量，其中內模重量約為45t。

移動模架承重包括三部分：

①模架自重，約405t（牛腿、控制平車、機加工件及精軋螺紋等作用在橋臺上，未計入自重荷載）。

②澆筑鋼筋混凝土重量：40+8米跨約1285噸（已除去墩頂重量）。

③施工臨時載荷：

20t/48m=0.42t/m。

3）分別建立以下模型進行計算。移動模架在澆筑混凝土工況時結構強度、剛度和主梁穩(wěn)定性計算；移動模架脫模后縱移過孔移動工況穩(wěn)定性計算；橫梁強度、剛度與穩(wěn)定性計算；牛腿結構強度與剛度計算；移動模架在現澆箱梁混凝土達到強度后開模行走時橫、縱向穩(wěn)定性計算；主梁、鼻梁連接螺栓計算。

4）計算結論。利用計算軟件建立模型，分析得出不同工況下的桿件強度、剛度和穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。鼻梁過孔壓桿穩(wěn)定性、橫梁穩(wěn)定性、牛腿在開模和合模的穩(wěn)定性、模架行走穩(wěn)定性均滿足受力要求，主梁在最大受力工況下的擾度為79.68mm，小于L/400=100mm，主梁及鼻梁連接處高強連接螺栓在各工況下均滿足受力要求[2]。

4.2 大鋼管支架體系驗算

1）支架計算。依據《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術規(guī)程》（JGJ 231-2010）進行大鋼管支架受力計算荷載取值，包括恒載和可變荷載兩部分。

①模板自重標準值按0.5 kN/m2。

②支架架體結構桿系自重標準值按照最高（4.5m）進行計算取值：即0.6 kN/m2。

③支架所受可變荷載按規(guī)范要求相關標準值進行取值加載。

2）荷載取值。支架自重，Midas模型已計入。梁體重量及支架荷載通過數值輸入進行分析計算；上部小鋼管支架荷載計算，其中上部小鋼管支架荷載合并每根承重梁按4KN/m考慮。人員機具荷載。支架模型和荷載加載圖如圖3。

圖3 支架模型和荷載加載圖

3）計算結果。采用極限應力法進行大鋼管支架體系各桿件的受力計算，構件強度設計值取材料的屈服強度，計算結果見表1。

表1 大鋼管支架體系主要結構受力計算表

5.組合支架體系施工應用

箱梁組合支架體系于2020 年3月開始搭設，第一次混凝土澆筑于2020年5月完成。整個施工過程中，體系的整體穩(wěn)定性好，搭設效率高，材料使用量經濟，結構受力安全可靠，達到了施工要求。

移動模架和大鋼管支架體系的穩(wěn)定性良好，支架體系沉降均衡，結構受力安全可靠，提高了施工技術水平，充分發(fā)揮施工機械和勞動力的生產效率[3]，支架體系施工應用見圖4。

圖4 支架體系施工應用

6.結語

江安二橋項目現澆箱梁在組合支架體系施工應用中，根據梁體自身構造特點和優(yōu)點，充分考慮橋位施工條件，調整和對比分析支架體系設計，采用移動模架和大鋼管支架組合結構形式，將大鋼管支架的承載力強、穩(wěn)定性好的優(yōu)點和移動模架的操作簡單、經濟性強的優(yōu)點相結合，形成新的組合體系，通過緊密搭接作業(yè)，充分利用工作面，合理的勞動組織，實現了現澆箱梁施工平穩(wěn)有序，地基沉降可控，結構受力安全，工序銜接緊密，具有良好的經濟性，為類似工程施工提供思路和經驗。