大跨度現(xiàn)澆箱梁多種支架體系應(yīng)用分析

侯湘亞

（湘潭城鄉(xiāng)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(xiàng)目全長2 400 m，其中楊梅洲大橋全長2 123 m，采用城市I 級(jí)主干道標(biāo)準(zhǔn)，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(jié)構(gòu)；主跨因位于水中及河?xùn)|側(cè)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(qū)域不設(shè)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(chǔ)和條形基礎(chǔ)+鋼管樁

跨中區(qū)域（占整體30%）采用鋼管樁作為支架基礎(chǔ)，鋼管樁基礎(chǔ)按摩擦樁設(shè)計(jì)；其他區(qū)域（占整體70%）采用條形基礎(chǔ)（地基采用磚渣換填）結(jié)合鋼管樁作為支架基礎(chǔ)［1-3］。

鋼管樁支架體系由下往上依次為：鋼管樁（振動(dòng)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(shè)置平聯(lián)、斜撐，以增強(qiáng)穩(wěn)定性。平聯(lián)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(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)少支架典型橫斷面

條形基礎(chǔ)結(jié)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(chǔ)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(chǔ)（條形基礎(chǔ)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(chǔ)下地基采用磚渣換填進(jìn)行加固）、鋼管樁（考慮到條形基礎(chǔ)上法蘭樁穩(wěn)定性較打入樁低，應(yīng)增加鋼管樁壁厚以增強(qiáng)穩(wěn)定性并減少對(duì)條形基礎(chǔ)的局部剪切力。鋼管樁采用Ф800×16 mm 法蘭樁。鋼管樁間設(shè)置平聯(lián)、斜撐，以增強(qiáng)穩(wěn)定性。平聯(lián)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(duì)應(yīng)一致。具體如圖2所示。

圖2 條形基礎(chǔ)+鋼管樁少支架典型橫斷面

2.2 方案二：條形基礎(chǔ)+鋼管樁

工程輔助跨施工區(qū)域，因考慮原樁基施工泥漿池和汛期湘江洪水影響，需要對(duì)輔助跨條形基礎(chǔ)采用水泥攪拌樁進(jìn)行地基加固，并在原有泥漿池位置作加強(qiáng)。水泥攪拌樁設(shè)計(jì)樁徑為0.5 m，攪拌樁間距0.9 m，樁長16 m，共5 492根。設(shè)計(jì)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(chǔ)（地基采用水泥攪拌樁加固）結(jié)合鋼管樁作為支架基礎(chǔ)［4］，支架體系由下往上依次為：條形基礎(chǔ)（條形基礎(chǔ)長24.0 m、寬1.5 m、高1.0 m，條線基礎(chǔ)下地基采用水泥攪拌樁進(jìn)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(shè)置平聯(lián)、斜撐，以增強(qiáng)穩(wěn)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(duì)應(yīng)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(jié)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(jìn)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(yùn)，開挖至擬定標(biāo)高，回填透水性良好的砂礫土或硬質(zhì)建筑垃圾并碾壓密實(shí)，填土完成后利用1 臺(tái)20 t 壓路機(jī)對(duì)場(chǎng)地土進(jìn)行碾壓壓實(shí)，取壓實(shí)后的厚度50 cm為分層厚度，提高場(chǎng)地土的承載力。地基設(shè)計(jì)承載力要求不小于220 kPa。墩柱采用分層回填砂礫土或硬質(zhì)建筑垃圾并整平壓實(shí)，使其密實(shí)度不得低于90%。在地基外側(cè)兩邊設(shè)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(chǔ)；其寬度應(yīng)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(chǔ)

采用鋼管樁作為支架基礎(chǔ)，鋼管樁基礎(chǔ)按摩擦樁設(shè)計(jì)，支架體系與方案一中鋼管樁支架一致。

2.5 方案優(yōu)缺點(diǎn)

各方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比情況如表1所示。

表1 方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

2.6 小結(jié)

通過對(duì)方案一、方案二、方案三和方案四的比選分析，方案一經(jīng)濟(jì)合理，結(jié)構(gòu)安全性能高，工期較短，整體優(yōu)勢(shì)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(chǔ)

3.1.1 鋼管樁沉樁。鋼管樁基礎(chǔ)位于輔助跨跨中及河西部分無法采用條形基礎(chǔ)施工的部位，沉樁時(shí)采用80 t 履帶吊配合DZ180 型振動(dòng)錘。鋼管樁振沉采用控制樁尖標(biāo)高為基準(zhǔn)，以最終貫入度為最后依據(jù)。貫入度的計(jì)算以沉樁數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，試樁兩根，詳細(xì)記錄達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高1 m 范圍內(nèi)每100 mm 所需的振沉?xí)r間，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試樁得出最終貫入度為2 cm/min。當(dāng)樁底標(biāo)高滿足兩個(gè)條件（最終貫入深度、設(shè)計(jì)標(biāo)高）時(shí)，需繼續(xù)錘打3 次，中間間隔停錘時(shí)間為2 min，后結(jié)束捶打；當(dāng)樁底標(biāo)高不滿足這兩個(gè)條件（貫入度小于最終貫入度、設(shè)計(jì)標(biāo)高2 m 以內(nèi)），需進(jìn)一步錘進(jìn)10 cm，繼續(xù)錘打3 次，中間間隔停錘時(shí)間為2 min，后結(jié)束捶打。鋼管樁在施工時(shí)需實(shí)時(shí)進(jìn)行校核，樁省垂直度需小于整個(gè)樁身長度的1/500，且鋼管樁頂部位置偏移應(yīng)小于50 mm。鋼管樁縱梁以及橫梁正式施工前需標(biāo)記施工時(shí)具體位置，施工誤差應(yīng)小于20 mm。鋼管樁連接采用焊接形式，鋼管樁環(huán)向焊接4塊加勁板（30 cm×30 cm×1.4 cm）作局部加強(qiáng)。

3.1.2 鋼管樁間平聯(lián)及斜撐施工。鋼平臺(tái)鋼管樁下沉到位后，進(jìn)行該排鋼管樁間平聯(lián)、斜撐、牛腿支撐的施工（先下層后上層），以增加樁的穩(wěn)定性，平聯(lián)采用D400×10 mm鋼管、剪刀斜撐采用［25a槽鋼］。平聯(lián)焊接完成后進(jìn)行剪刀撐施工，剪刀撐與管樁和平聯(lián)交點(diǎn)焊接處焊接300 mm×200 mm 加勁板，以保證結(jié)構(gòu)可靠性。所有焊縫應(yīng)符合鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的相關(guān)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(yīng)連接牢固，橫梁在支點(diǎn)處應(yīng)采取適當(dāng)?shù)南尬还潭ù胧?，卸落設(shè)備（3拼14 工字鋼）應(yīng)與橫梁焊接牢固，防止橫梁在承受荷載的過程中產(chǎn)生移位、滑動(dòng)等現(xiàn)象，所有焊縫按三級(jí)焊縫施工相關(guān)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(jìn)行貝雷架施工，貝雷梁應(yīng)在平整、堅(jiān)實(shí)的場(chǎng)地上拼裝，并采取臨時(shí)穩(wěn)定措施。貝雷梁間距嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求控制，樁頂橫梁與卸落裝置、貝雷梁之間應(yīng)緊密貼合，不得有懸空現(xiàn)象。貝雷梁在結(jié)構(gòu)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(qiáng)其橫向剛度［5］。

3.1.5 模板主梁施工。采用履帶吊進(jìn)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(jìn)行安裝，安裝過程應(yīng)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(tái)臨邊位置設(shè)置安裝護(hù)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(shè)置踢腳板、高度20 cm。

3.1.8 支架拆除。連續(xù)梁張拉完成后，根據(jù)橋梁監(jiān)控測(cè)量單位經(jīng)過復(fù)核的指令實(shí)施輔助跨支架平臺(tái)的拆除。待斜拉索張拉完成后，根據(jù)監(jiān)控單位的指令拆除剩余支架平臺(tái)。每跨的拆除順序?yàn)閺膬蛇呄蚩缰羞M(jìn)行，按照“先支后拆，后支先拆”的方式進(jìn)行，并留有跨中三排鋼管樁支架待主橋合攏后進(jìn)行拆除。

3.2 條形基礎(chǔ)+鋼管樁

該方法除基礎(chǔ)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(chǔ)相同，本小節(jié)只對(duì)條形基礎(chǔ)施工方法進(jìn)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(chǔ)施工工序如下：輔助跨條形基礎(chǔ)待墊層混凝土達(dá)到強(qiáng)度后方可施工澆筑，混凝土澆筑前應(yīng)仔細(xì)復(fù)核條形基礎(chǔ)鋼管樁預(yù)埋板的位置，確認(rèn)無誤后，再進(jìn)行澆筑作業(yè)。

4 支架監(jiān)測(cè)監(jiān)控措施

鋼管樁支架安裝后必須進(jìn)行預(yù)壓，根據(jù)《鋼管滿堂支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 194—2009），預(yù)壓重量不得小于現(xiàn)澆箱梁重量的1.2 倍，采用砂袋或者水箱進(jìn)行預(yù)壓。在平臺(tái)頂面上設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，每跨觀測(cè)3 個(gè)斷面，分別為每跨端部及跨中，每斷面設(shè)置4 個(gè)點(diǎn)，分別設(shè)在左右幅支點(diǎn)位置。鋼管樁支架體系在預(yù)壓之前對(duì)布置好的測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高實(shí)施實(shí)時(shí)測(cè)量，在鋼管樁頂面亦設(shè)置測(cè)點(diǎn)。

預(yù)壓重量設(shè)置為現(xiàn)澆箱梁自重的120%。預(yù)壓堆載采用30%、75%、120%箱梁重量逐步分階段堆載，堆載時(shí)采用固定人員、固定設(shè)備進(jìn)行觀測(cè)，時(shí)刻關(guān)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(duì)支架的豎向變形進(jìn)行觀測(cè)。當(dāng)支架豎向變形半天的變形量平均值小于2 mm 時(shí)，方可實(shí)施下一階段堆載。堆載預(yù)壓順序如圖4所示。

圖4 堆載預(yù)壓順序圖

預(yù)壓時(shí)主要觀測(cè)的數(shù)據(jù)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(fù)變形量、支架體系的側(cè)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(biāo)高變化。當(dāng)支架體系整個(gè)彈性變形逐步穩(wěn)定之后可以終止測(cè)量，依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)繪制支架體系變形曲線，計(jì)算支架體系整體的彈性變形。

堆載120%后每隔一天測(cè)量支架體系標(biāo)高值，卸載6 h 后測(cè)量支架體系標(biāo)高值。堆載全部完成后，符合下列情形之一可認(rèn)定預(yù)壓合格：各測(cè)點(diǎn)第1 d 豎向變形均數(shù)小于2 mm；各測(cè)點(diǎn)第3 d 豎向變形均數(shù)小于5 mm。預(yù)壓過程加強(qiáng)平臺(tái)體系的沉降變形觀測(cè)。預(yù)壓結(jié)束后，模板線型采用木楔調(diào)整。

5 結(jié)語

該研究對(duì)臨河涉水區(qū)域大跨度現(xiàn)澆箱梁支架體系進(jìn)行多種方案的對(duì)比分析，采用鋼管樁基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)+鋼管樁在結(jié)構(gòu)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(huán)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(jià)上能大幅度提高鋼管樁的回收率，以及能做到除跨中區(qū)域的鋼管樁提前拆除，提高鋼管樁的周轉(zhuǎn)率，極大地降低成本，實(shí)現(xiàn)在支架體系安全穩(wěn)定的前提下最大化節(jié)約工程造價(jià)。