龍門大橋東引橋大跨徑現澆箱梁施工關鍵技術

基金項目：

廣西重點研發計劃“超大跨徑懸索橋約束體系、抗風、錨碇設計與施工技術創新與示范（自籌）”（編號：2022AB22001）

作者簡介：王樹華（1984—），高級工程師，研究方向：土木工程項目管理。

文章以龍門大橋東引橋第一聯連續箱梁為依托，對大跨徑現澆箱梁支架提出三種不同的方案并進行比選，確定采用鋼管柱+桁架梁組合支架進行東引橋第一聯箱梁現澆，該方案支架穩定性高，施工簡便，施工作業安全風險低，支架總用鋼量少，施工成本低。目前，龍門大橋東引橋第一聯已完成左幅49#～50#跨箱梁施工，驗證了該方案實施的可行性，可為類似大跨徑現澆箱梁施工提供參考。

大跨徑支架；有限元計算；施工技術

U448.21+3A561954

0?引言

預應力混凝土連續箱梁已廣泛應用于橋梁建設中，一般采用落地支架作為箱梁現澆支撐結構。目前采用較多的支架方案為鋼管柱+貝雷梁組合支架或盤扣式滿堂支架。在地質要求方面，以上兩類支架形式對于地質承載力要求高，如盤扣式滿堂支架施工需對支架投影面下的地基進行處理［1］。在跨越能力方面，對于國內50 m跨的連續箱梁，鋼管柱+貝雷梁組合支架的跨徑一般不超過12 m。在遇到不良地質、高陡邊坡等不利情況下，需要加大支架的跨越能力，傳統的鋼管柱+貝雷梁組合支架不能滿足使用要求，故需另進行大跨徑現澆箱梁支架方案的設計及比選。

1?龍門大橋東引橋工程概況

龍門大橋東引橋共47跨，分為十聯。其中，第一聯（48#～51#跨）為等截面連續現澆箱梁，在主橋過渡墩與錨碇橫梁之間，位于擦人墩島上，墩柱高35～44 m。箱梁為單箱單室，高3 m，頂板寬16.25 m，底板寬7.45 m，腹板厚50～80 cm，頂板厚68～28 cm。底板厚70～30 cm。箱梁斷面設計圖如圖1所示。東引橋第一聯共四跨，設計圖紙內的施工順序為逐跨施工，第一施工階段為58 m長，第二、三施工階段為50 m長，第四施工階段為42 m長。

東引橋第一聯采用鋼管柱+貝雷梁組成的落地支架進行現澆箱梁施工，貝雷梁最大跨徑為9 m。但由于49#～50#跨箱梁跨越錨碇施工區域為高陡邊坡，不利于設置鋼管柱作為支架支點，故需增大支架跨徑至24 m以上，使現澆支架能夠跨越高陡邊坡，保證支架使用的穩定性。

2?大跨徑現澆箱梁支架方案選擇

目前，國內對于較大跨徑現澆箱梁支架的設計思路主要有鋼管柱+桁架梁組合支架、鋼管柱+雙層貝雷梁組合支架、膺架法現澆支架三種方向。

鋼管柱+桁架梁組合支架方案主要利用魚腹桁架梁以提高桁架梁剛度、降低桁架梁撓度，可以大大降低支架用鋼量。桁架梁跨越能力達到24 m以上，可以減少臨時基礎及鋼管柱的搭設。

鋼管柱+雙層貝雷梁組合支架方案主要利用雙層貝雷梁增加跨越能力，減少中間臨時基礎及鋼管柱，用增加的貝雷梁數量代替臨時基礎，結構合理，總用鋼量較多［2］。

膺架法現澆支架方案為大跨桁架支架，采用斜向柱取代臨時基礎，并在斜向柱下設置水平拉桿，結構受力性能好，用鋼量少，成本低。膺架法需設置拉桿以平衡水平力，且斜向柱不適宜設計過長，影響支架穩定性，故該方案適合矮橋墩施工。

從結構、施工難度、施工成本及施工安全四個方面對三種大跨徑現澆箱梁支架方案進行對比，如下頁表1所示。

對于鋼管柱+雙層貝雷梁組合支架方案，需要對大量的貝雷梁節點進行安裝及檢查，且結構變形相對較大，穩定性差，施工安全風險高，故不采用該方案。對于膺架法現澆支架，需要設置水平拉桿以平衡水平力，搭設高度較大時穩定性較差，本項目支架高度高，故不采用該方案。

故在東引橋第一聯箱梁現澆施工中，選定鋼管柱+桁架梁組合支架方案。該方案支架穩定性高，施工簡便，施工作業安全風險低，支架總用鋼量少，施工成本低。

3?東引橋第一聯箱梁現澆支架設計

3.1?支架結構形式

東引橋第一聯箱梁現澆支架采用鋼管柱+桁架梁組合支架，支架高度39.4 m。主要由墩柱上的牛腿、擴大基礎、630鋼管、雙拼或三拼Ⅰ63a工字鋼主橫梁、大跨徑桁架梁、Ⅰ36a工字鋼分配梁組成。現澆支架整體立面布置如圖2所示。采用有限元軟件Midas Civil對支架進行建模分析，現澆支架的三維模型如圖3所示（圖中未顯示分配梁）。

桁架梁采用魚腹梁狀的倒三角形桁架形式，設計跨徑為25.65 m。桁架梁采用雙拼Ⅰ63a工字鋼組成主框架，由雙拼Ⅰ36a工字鋼組成桁架梁撐桿。雙拼工字鋼設置連接加強鋼板，保證雙拼工字鋼整體性。在節點處，對應工字鋼腹板位置設置節點加勁板，在腹板側面設置加強板，以增加節點連接的穩定性。桁架梁構造如圖4所示。

桁架梁在箱梁橫斷面方向共設置4片，中間兩片桁架梁布置間距為4.7 m，外緣桁架梁與中間桁架梁間距為2.5 m。

3.2?支架有限元分析

采用有限元軟件Midas Civil對箱梁現澆支架進行模擬計算，支架承受荷載包括支架自重、箱梁鋼筋混凝土荷載、施工荷載、風荷載。

按承載能力極限狀態法對支架進行荷載組合，組合系數為：1.2×支架自重+1.2×箱梁鋼筋混凝土自重+1.4×施工荷載+1.1×風荷載。支架鋼材材質為Q235a，組合應力容許值為215 MPa，剪應力容許值為125 MPa。

計算結果如表2所示。由表2可知，支架結構各構件組合應力及剪應力均滿足要求。

對于結構變形，按正常使用極限狀態法對支架進行荷載組合計算，各荷載作用的分項組合系數均為1.0。從有限元計算結果得出，桁架梁結構整體最大下撓為36.0 mm，發生于結構跨中中心段，根據《公路橋涵施工技術規范》（JTG T 3650-2020）中條目5.2.8所述“支架受載后撓曲的桿件（橫梁、重量），其彈性撓度為相應結構計算跨度的1/400”，本結構彈性撓度最大值采用桁架梁25.65 m跨徑的1/400，即64.1 mm，計算得出最大撓度度36.0 mm＜64.0 mm，桁架梁結構變形滿足規范要求。

3.3?桁架梁焊縫計算

桁架梁承載鋼筋混凝土荷載時，受力最不利的構件為雙拼2Ⅰ63a工字鋼主梁，故對桁架梁主梁連接節點的焊縫進行計算。

根據組合支架Midas Civil有限元模型計算結果，桁架梁主梁內力分別為：剪力Q=15 869.8 N，軸力N=2 186 878 N，彎矩M=21 114 130 N·mm。焊縫長度按設計圖取500 mm，焊腳高10 mm，有效焊縫計算長度為480 mm。焊縫應力計算為［3］：

經計算，桁架梁節點焊縫強度滿足要求。

4?大跨徑現澆箱梁支架施工關鍵技術

大跨徑現澆箱梁支架施工主要流程為：預埋件安裝→基礎施工→鋼管柱安裝→支架橫聯安裝→主橫梁安裝→桁架梁安裝→分配梁安裝→支架預壓→模板安裝→鋼筋混凝土施工→預應力施工→支架拆除［4］。

4.1?支架下構施工

支架下構包括支架擴大基礎、墩身牛腿、鋼管柱及主橫梁。

在墩柱范圍外的支架基礎為混凝土擴大基礎，在對基礎中心放樣標記后，開挖至基底承載力滿足要求，再安裝由鋼板和鋼筋組成的預埋件，使預埋鋼板中心和設計鋼管中心坐標一致，并用水平尺測量，保證預埋鋼板頂面水平。

在墩柱范圍內的支架基礎選用在墩柱上預留槽口，后設置鋼牛腿的形式，如圖5所示。采用鋼牛腿的形式可無需設置落地鋼管柱，減少材料使用的同時，降低了作業風險。

隨后進行鋼管柱及主橫梁的安裝。鋼管柱安裝于擴大基礎的預埋鋼板上，并在四周焊接三角加勁板進行加強處理。鋼管柱安裝高度較高，需進行接長，接長接頭外側使用4塊矩形鋼板對鋼管接頭進行圍焊補強。鋼管柱安裝過程進行垂直度監測，若有超限立刻進行整改。

隨著支架的安裝，需安裝支架間的橫聯及斜聯，采用雙拼Ⅰ25a槽鋼作為橫聯和斜聯，加強鋼管柱之間的連續性，靠近橋墩的鋼管柱通過桿件焊接于墩身上的預埋鋼板與橋墩進行連接，保證支架結構穩定性。

主橫梁軸線和鋼管柱排架軸線應安裝重合，以保證鋼管柱軸心受壓。將鋼管柱頂切割成凹狀，主橫梁現場吊裝至鋼管柱頂部凹槽內，與鋼管柱焊接連接。主橫梁與鋼管柱之間每邊采用2塊三角加勁板焊接加固。

4.2?桁架梁施工

為減少高空作業風險，將桁架梁在地面工廠加工制造。制造時設置制造胎架，以保證桁架梁的線形滿足要求，防止制造過程中產生形變。對于桁架梁框架拼裝，為保證型鋼的受力更加合理，雙拼Ⅰ36a工字鋼撐桿對應雙拼Ⅰ63a工字鋼主梁進行安裝，且雙拼Ⅰ36a工字鋼橫向不緊貼，使用連接板進行連接。在桁架梁框架焊接完成后，按設計要求進行加勁板及加強板的焊接。

桁架梁制造過程中主要焊縫分為對接焊縫和角焊縫。其中對接焊縫主要為雙拼工字鋼的連接焊縫，此類型焊縫應進行外觀檢查，焊縫表面不應該出現氣孔、裂紋等缺陷。角焊縫主要為各節點處連接、雙拼工字鋼鋼板拼接及加勁板焊接，檢查內容焊縫質量及焊縫厚度。桁架梁加工完成后進行焊縫的無損檢測，經檢測的焊縫均合格。

桁架梁安裝采用500 t汽車吊進行施工。安裝前，于地面上采用50 t汽車吊輔助桁架梁進行姿態調整，并在主橫梁及桁架梁上相應安裝位置做好標記，設置橫向限位裝置。桁架梁起吊后，將其吊入設置的橫向限位槽后，將安裝位置與標記處對應好，進行桁架梁臨時固定，即可進行下一片桁架梁的安裝。

桁架梁逐片安裝完成后，進行施工平臺的完善，對主橫梁上的焊縫進行加強，安裝各片桁架梁之間的橫聯及斜聯，增加桁架梁的穩定性。

4.3?支架預壓

采用鋼筋堆載進行支架預壓，預壓荷載分布與箱梁荷載分布一致，為便于荷載施加，在分配梁施工完成后，完善施工平臺，將鋼筋堆載于分配梁上，提高鋼筋堆載過程的安全性。

預壓荷載按0→50％→80％→100%→105%四級進行加載，持荷緩慢施加，在每級加載穩定后，再對各個監測點沉降進行采集。當支架測點連續兩次沉降差平均＜2 mm，方可繼續加載。荷載加載完成后，按照6 h、12 h、24 h對各監測點的沉降進行采集，要求支架彈性變形完成后的沉降趨于收斂且收斂值≤3 mm。卸載時應按四級緩慢卸載，并做好監測點變形采集后再進行下一級荷載卸載。

桁架梁沉降觀測點設置3個斷面，相應斷面橫向設置4個沉降觀測點，即相應斷面處的桁架梁位置均設置沉降觀測點。觀測點采用測量棱鏡設于桁架梁底部，便于觀測。

經預壓過程對觀測點的測量，桁架梁跨中觀測點最大沉降為26.7 mm，施工效果良好。

5?結語

本文以龍門大橋東引橋第一聯連續箱梁為依托，通過對大跨徑現澆箱梁支架提出三種方案進行優劣對比分析，采用鋼管柱+桁架梁組合支架進行東引橋第一聯箱梁現澆，該方案支架穩定性高、施工簡便、施工作業安全風險低、支架總用鋼量少、施工成本低。

目前，龍門大橋東引橋第一聯已完成左幅49#～50#跨箱梁施工，驗證了方案實施的可行性，本文案例可為類似大跨徑現澆箱梁施工提供參考。

參考文獻

［1］李慧慧.公路橋梁的大跨度現澆箱梁支架設計與施工技術［J］.四川建材，2023，49（7）：181-183.

［2］金立豐，張其來.大跨斜拉橋混凝土主梁現澆支架設計與施工［J］.湖南交通科技，2016，42（4）：133-136.

［3］周水興，何兆益，鄒毅松，等.路橋施工計算手冊［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［4］趙?耀.超大跨高墩無落地組合體系支架現澆箱梁施工技術［J］.工程機械與維修，2023（2）：130-133.