復(fù)雜地形條件下 T型剛構(gòu)現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)與施工

劉新貴

1 工程概況

1.1 地理概況

T型剛構(gòu)為某橋(鋼管混凝土拱橋)西岸引橋。橋位位于老城區(qū)，人口密集，房屋星羅密布，地理位置復(fù)雜。T型剛構(gòu)直線段跨越濱河觀光橋，人流密集，且與兩側(cè)房屋相隔不到2m距離。T型剛構(gòu)牛腿與西邊拱連接，其凈空作為四級(jí)主航道，通航凈空為55×8m。橋位處百年一遇洪水為 253.14m，三百年一遇洪水為254.56m，施工水位為231m。

1.2 工程簡(jiǎn)介

T型剛構(gòu)(60+26)m橋?qū)挒?3m～27.3m，采用變梁高單箱多室直腹箱梁，跨中梁高3.0m，根部梁高5.0m，箱梁兩側(cè)懸臂長(zhǎng)2.72m，懸臂板端部厚 15 cm，根部厚 40 cm。箱梁邊中腹板厚50 cm，邊中腹板均在根部 5m范圍內(nèi)線性加厚到70 cm。頂板厚25 cm，底板厚 22 cm，底板在邊支點(diǎn)側(cè) 5m范圍內(nèi)線性加厚到42 cm;在中支點(diǎn)側(cè)19.22m范圍內(nèi)線性加厚到50 cm。

2 現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)

2.1 支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理及結(jié)構(gòu)布置

2.1.1 設(shè)計(jì)原理

T型剛構(gòu)為不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，橋?qū)捈傲焊呔谧兓?，采用懸臂施工是不?jīng)濟(jì)，也是不科學(xué)的，設(shè)計(jì)施工圖要求 T型剛構(gòu)施工采用支架現(xiàn)澆的方式?？紤]全橋施工加載流程、T型剛構(gòu)梁體結(jié)構(gòu)情況、橋位地形、施工安全及便捷，最終確定多種現(xiàn)澆支架形式組合施工，即同時(shí)采用滿堂支架、貝雷梁桁架和鋼管立柱支架組合形式。鋼管腳手架搭設(shè)和拆除方便，投資小;貝雷梁桁架結(jié)構(gòu)性能好，跨越能力大，對(duì)于復(fù)雜地形能減少鋼管立柱的數(shù)量，從而減少型鋼資金投資;鋼管立柱承載能力大，廣泛用于水中支架和軟基中。

2.1.2 結(jié)構(gòu)布置情況

鋼管腳手架縱距為75 cm，腹板下橫距為40 cm，頂?shù)装逑聶M距為80 cm～120 cm，步距為1.5m;貝雷梁桁架位于鋼管立柱頂Ⅰ40工字鋼分配梁上部，布置于梁體腹板下方，作為支撐體系，將梁體荷載明確的傳遞給分配梁;鋼管立柱采用φ529×8mm，φ820× 10mm和φ720×10mm螺旋鋼管搭設(shè)，鋼管立柱之間焊接縱橫向聯(lián)系，保證支架穩(wěn)定性。

2.2 荷載分析

2.2.1 荷載系數(shù)

考慮箱梁混凝土澆筑時(shí)脹模、動(dòng)力等因素的超荷載系數(shù)取1.05;混凝土澆筑時(shí)的動(dòng)力系數(shù)取 1.1。

2.2.2 作用于支架的荷載

箱梁梁體自重按箱梁高度一次性澆筑進(jìn)行計(jì)算;支架自重按支架設(shè)計(jì)值;施工機(jī)具及人群荷載相對(duì)支架和混凝土重量較小，不計(jì)入計(jì)算荷載。風(fēng)荷載根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料提供，風(fēng)力較小，可不予考慮。

2.2.3 荷載組合

荷載組合Ⅰ:混凝土重量+動(dòng)力附加荷載+支架自重+施工機(jī)具和人群重。

荷載組合Ⅱ:混凝土重量+支架自重+風(fēng)載。荷載組合Ⅲ:混凝土重量+支架自重+施工機(jī)具和人群重。荷載組合Ⅰ，Ⅱ用于支架主要承重構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算;荷載組合Ⅲ用于剛度計(jì)算。

2.3 支架結(jié)構(gòu)檢算

支架結(jié)構(gòu)形式多且復(fù)雜，其檢算內(nèi)容繁瑣。支架結(jié)構(gòu)主要驗(yàn)算內(nèi)容有:貝雷梁支架檢算，滿堂支架受力檢算，分配梁檢算，鋼管立柱檢算，基礎(chǔ)檢算?，F(xiàn)做如下簡(jiǎn)要介紹。

2.3.1 貝雷梁受力檢算

貝雷梁受力檢算以 13.5m跨作為計(jì)算對(duì)象，計(jì)算模型如圖 1所示。

跨中彎矩M=13 475 109 N?m＜[M]=788 000×26= 20 488 000 N?m;支點(diǎn)剪力V=488.7 t＜[V]=24.5×26=637 t;撓度f(wàn)=19mm＜L/400=34mm，均滿足要求。

2.3.2 滿堂支架驗(yàn)算(以貝雷梁上鋼管支架示例)

支架采用φ48×3.5mm鋼管，按150 cm設(shè)置一道縱橫連接桿，鋼管的容許軸向壓力[P]=ΦA(chǔ)[σ]=42.6 kN。

1)箱梁腹板支架計(jì)算:箱梁最大高度為 500 cm，腹板厚度為50 cm，考慮1.2的動(dòng)荷系數(shù)，則順橋向q=1.2×0.5×5×2.6= 78 kN/m。腹板下橫橋向按間距40 cm布置2根鋼管，順橋向按@=75 cm布置，則單根鋼管需承受的壓力P=0.75×78/2= 29.2 kN＜[P]，滿足受力要求。

2)箱梁頂、底板支架計(jì)算:箱梁頂、底板厚度分別為 25 cm和50 cm(取最厚底板計(jì)算)，考慮1.2的動(dòng)荷系數(shù)，橫橋向取100 cm寬度為計(jì)算單元，則順橋向q=23.4 kN/m。腹板下橫橋向按間距@≤120 cm布置，順橋向按@=75 cm布置，則單根鋼管需承受的壓力P=1.2×0.75×23.4=21.1 kN＜[P]，滿足受力要求。

2.3.3 分配梁檢算(以墩身預(yù)埋件2Ⅰ40b橫向分配梁示例)

按 21片貝雷片共同受力，考慮 1.1的不均衡系數(shù)，則單片支點(diǎn)反力P=1.1×371/21=19.4 t。

懸臂端支點(diǎn)負(fù)彎矩M=310.4 kN?m，對(duì)應(yīng)應(yīng)力σ=136MPa＜170MPa，支點(diǎn)剪力V=388 kN＜[V]=2×85×9 407=1 599 kN，端部撓度f(wàn)=2mm＜3mm，均滿足要求。

3.85 m跨為該橫梁的最大跨度，相對(duì)于其他跨度而言為最不利荷載布置，施工中連續(xù)梁簡(jiǎn)支計(jì)算偏安全，則跨中彎矩M= 174.6 kN?m，對(duì)應(yīng)應(yīng)力為76.6MPa＜[σ]=170MPa;跨中撓度f(wàn)=9mm＜L/400=9.6mm，均滿足要求。

2.3.4 鋼管立柱受力檢算(以3號(hào)墩旁斜腿鋼管受力計(jì)算)

由圖2可知，斜腿鋼管受力N=1.4×613×278.7/260=920 t。

7根鋼管受力，平均每根鋼管受力為131 t，考慮 1.3倍系數(shù)的不均衡受力系數(shù)，則單根鋼管受力為Pmax=171 t。采用φ720×10 mm鋼管，中間設(shè)計(jì)一道連接，則壓桿穩(wěn)定按L0=10m驗(yàn)算;φ720× 10mm鋼管的力學(xué)性質(zhì):A=22 305mm2，I=1 405 790 000 mm4，λ1=39.8。查得軸心受壓構(gòu)件縱向彎曲系數(shù) φ1=0.9，對(duì)應(yīng)的壓應(yīng)力σmax=85MPa＜170MPa，滿足要求。

2.3.5 基礎(chǔ)檢算(以混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)為例)

1′，2′立柱采用C20混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，要求單根鋼管下混凝土基底面積不小于4m2，地基承載力不小于250 kPa，則擴(kuò)大基礎(chǔ)的承載力P=100 t＞Nmax=85 t，滿足要求。

3 現(xiàn)澆支架施工

3.1 水中支架施工

3.1.1 水中鋼管立柱搭設(shè)方案選定

水中鋼管立柱搭設(shè)常用的方法有兩種:

方法一:采用振動(dòng)錘插打鋼管樁，由貫入度和設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高雙控插打深度，以貫入度控制為主。該方法施工方便，但僅適用于有覆蓋層的地質(zhì)情況，且支撐安全性難以保障。方法二:搭設(shè)水上鉆孔平臺(tái)，沖擊鉆成孔并澆筑鋼筋混凝土樁基，根據(jù)鉆孔記錄和設(shè)計(jì)地勘資料確定鉆孔樁嵌巖深度，預(yù)埋鋼管立柱出水面2m以上高度，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到 7 d強(qiáng)度后再接長(zhǎng)加高鋼管立柱。該方法施工麻煩，但基礎(chǔ)牢固可靠，適用于任何地質(zhì)情況。綜合上述比較，考慮T型剛構(gòu)水中支架安全性、穩(wěn)定性，選擇方法二施工水中鋼管立柱支架，另外選擇方法一搭設(shè)鉆孔平臺(tái)。

3.1.2 水中支架搭設(shè)

1)搭設(shè)水上鉆孔平臺(tái)，沖擊鉆成孔并澆筑鋼筋混凝土樁基，預(yù)埋鋼管立柱出水面 2m以上高度，待混凝土 7 d強(qiáng)度后再接長(zhǎng)加高，采用環(huán)焊縫接長(zhǎng)鋼管。鉆孔樁要求嵌巖深度不小于 5m(以鉆孔記錄控制)，成孔后，鋼筋籠按照 5m制作，混凝土澆筑高度控制為5.5m，混凝土澆筑后將鋼管立柱插入樁基混凝土2m～3m臨時(shí)固定在鉆孔平臺(tái)上。鋼管立柱固定前要用錘球控制垂直度。2)焊接鋼管縱橫向聯(lián)系。在施工水位面上 1m的位置設(shè)置第一道橫聯(lián)，水面以上12m的高度設(shè)置一道φ426×6mm鋼管縱聯(lián)以增加支架的整體剛度。3)測(cè)量立柱頂部高程至設(shè)計(jì)位置，鋼管立柱頂相對(duì)高差Δh＜2mm，安裝鋼管立柱頂部橫梁工字鋼并焊接固定。橫向分配梁在支點(diǎn)處應(yīng)增焊加勁板，以防局部失穩(wěn)。4)拼裝貝雷梁承重梁，貝雷梁位于箱梁腹板下方，桁片之間設(shè)置支撐架。5)搭設(shè)貝雷梁上鋼管腳手架，采用頂托調(diào)整至設(shè)計(jì)標(biāo)高，設(shè)置縱橫向剪刀撐。6)安裝底模縱橫向分配梁，鋪裝底模。7)安裝操作平臺(tái)。

3.2 陸上鋼管支架施工

陸上鋼管立柱采用明挖基礎(chǔ)支撐。1′號(hào)，2′號(hào)鋼管立柱混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)澆筑前，采用夯錘壓實(shí)土層，保證基底承載力不小于0.25MPa，當(dāng)?shù)鼗休d力偏小時(shí)，可加大基礎(chǔ)底面積，同時(shí)加高混凝土高度來(lái)滿足承載要求。混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)底部設(shè)置鋼筋網(wǎng)片。鋼管立柱預(yù)埋鋼板中間開設(shè)直徑10 cm孔洞，方便混凝土振搗，防止鋼板下方混凝土不密實(shí)，導(dǎo)致立柱承載能力減弱。

鋼管斜撐基礎(chǔ)鋼板預(yù)埋于 3號(hào)墩承臺(tái)上。承臺(tái)預(yù)埋鋼板應(yīng)緊貼鋼筋網(wǎng)，待支架拆除后，采用高標(biāo)號(hào)砂漿將其抹平防腐。斜撐頂部Ⅰ40工字鋼穿過 3號(hào)墩蓋梁將墩身兩側(cè)鋼管斜撐連接為整體，增加了斜撐承載能力及穩(wěn)定性。

3.3 落地滿堂支架搭設(shè)

滿堂落地支架施工時(shí)應(yīng)平整場(chǎng)地，基底承載力較小時(shí)應(yīng)處理后澆筑 20 cm厚C15混凝土再安裝支架。支架縱橫連接桿的布置應(yīng)嚴(yán)格滿足支架設(shè)計(jì)要求，扣件質(zhì)量必須滿足國(guó)標(biāo)要求，螺栓必須擰緊。支架搭設(shè)方式簡(jiǎn)單方便，不予贅述。

4 施工體會(huì)

該現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)充分考慮到各種不利因素，合理的計(jì)算各構(gòu)件強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，在保證工程經(jīng)濟(jì)、進(jìn)度的前提下，提高支架的安全儲(chǔ)備，以防意外因素對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生毀滅性損害。達(dá)到了 T型剛構(gòu)澆筑順利完成及預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量合格的目的，施工期間積極組織專家監(jiān)控、加固支架，制定合理的預(yù)應(yīng)力施工工藝，最終很好的完成了T型剛構(gòu)箱梁施工，保證了工程質(zhì)量和支架在特大洪災(zāi)中的施工安全，克服了施工不利環(huán)境因素。

[1] 江正榮，朱國(guó)梁.簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[2] 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì).鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[3] GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 李百林.淺談連續(xù)剛構(gòu)橋合龍段施工技術(shù)[J].山西建筑，2010，36(5):324-325.