变截面现浇箱梁组合式支架设计

隋君华，魏海龙(中交二公局第二工程有限公司)

变截面现浇箱梁组合式支架设计

隋君华，魏海龙
(中交二公局第二工程有限公司)

摘要:以变截面现浇箱梁支架设计为例，运用了钢管贝雷与碗扣式脚手架组合的支架结构，重点介绍了支架方案的确定、支架结构的设计、支架结构的验算以及不稳定土体上钻孔桩基础在支架中的应用。

关键词:碗扣式脚手架;钢管贝雷;钻孔灌注桩

中图分类号:U442

文献标识码:C

文章编号:1008－3383(2015)04－0103－02

支架现浇是常见的一种桥梁施工方法，不同的桥梁结构，所采用的支架形式也各不相同。常用的支架结构主要有落地式满堂支架、梁柱式支架、组合式支架等。支架形式不同，其优缺点也有各不相同，具体支架形式以箱梁外形、地形地貌、地质条件等条件确定。支架的设计满足承载力、变形和规范要求。

1　工程概况

江苏省南京市宁高城际轨道交通二期工程石臼湖特大桥跨南岸大堤段515#～518#墩为三跨现浇连续变截面箱梁，其跨径布置为39．72 +60 +39．72 =139．44 m。其中两边跨位于水中，中跨位于大堤陆地范围内，对应里程桩号DK43 + 162．08～DK43 +301．520，跨石臼湖南岸防洪堤及两侧公路平交路口。箱梁标准截面梁高最高为3．8 m，最低为2 m，顶板厚度为26 cm，腹板厚度由35 cm变化至60 cm，底板厚度由28 cm过渡至50 cm，箱梁顶宽为900 cm，底板宽度为440 cm。

跨大堤现浇箱梁位于两侧公路桥梁之间，箱梁两侧边缘距离公路桥梁边缘距离仅4．15 m，施工过程中，公路桥与轻轨桥之间相互干扰大。桥址区表层土质为大堤道路填土，下层地质为8～12 m的淤泥或淤泥质粉质粘土，软弱层厚，稳定性差。施工期间，大堤又作为主要通道，交通量大，既要保证施工生产顺利进行，又要保证大堤正常通行。

2　方案确定

按照常规施工方法，水中部分支架采用打入式大钢管作为基础，陆地部分碗扣支架采用处理后的地面作为基础。根据箱梁两侧公路桥梁基础中埋设的测斜管对大堤稳定性的监测结果发现，大堤在施工重车荷载的反复作用下，测斜管具有非常明显的位移。经分析，大堤道路填土下淤泥层厚达8～12m，稳定性差，在施工重载的反复作用下，淤泥层位移。根据公路桥梁的这一监测结论可知，大堤陆地部分的土体稳定性差，若采用常规的落地式碗扣支架，则施工期间存在地基沉降、支架垮塌的风险。大堤路填土密实，采用打入式钢管桩基础入土难度较大，且钢管桩打入过程中，引起地面震动，加剧下层淤泥层位移，存在桩基被挤偏的风险。

针对本工程特点，箱梁底采用碗扣支架便于调节底模标高，形成梁底曲线，通过贝雷片和型钢进行组合成碗扣支架搭设平台，最后通过支架基础将荷载传递到地层中。基础主要分两个部分进行考虑，水域采用打入式钢管桩基础;陆地由于软弱下卧层较厚，下层淤泥在施工荷载作用下位移明显，碗扣支架直接落地或者采用打入式钢管桩基础均不适用，此时选择钻孔灌注桩做为支架基础。

3　支架结构设计

本工程采用钢管贝雷梁柱式与碗扣支架组合型式。施工期为保证大堤的正常通行，在大堤路设置门洞。

3．1碗扣支架设计

碗扣支架钢管规格φ48×3．5 mm，立杆、横杆采用30～300 cm规格的标准件。支架纵向间距均为60 cm，横向间距根据箱梁部位进行布置，腹板下间距为30 cm，箱室下间距为60 cm，翼缘板下间距60 cm、90 cm，其间距组合为: (2× 90 cm +2×60 cm + 4×30 cm + 4×60 cm + 4×30 cm + 2× 60 cm +2×90 cm) =1 080 cm。为增加支架整体稳定性，立杆之间设置横杆，间距均为60 cm，并在纵、横断面设置剪刀撑。

碗扣支架顶托上面横向采用I12．6型钢作为横向分配梁，上面铺设10 cm×10 cm方木作为纵向底模分配梁，翼缘板处方木间距布置为0．25 m，箱室下方木布置间距为0．2 m，腹板下方木布置间距为0．15 m。箱梁模板主要采用15 mm厚的竹胶板，圆弧段则采用钢模。

3．2钢管支架设计

钢管支架为梁柱式，共16跨，标准跨径有3 m、6 m、7．5 m、9 m四种。主梁采用“321”型贝雷，横桥向共布置5 组12片，两侧腹板位置一组采用3片贝雷梁，其余均为2片贝雷梁一组，贝雷梁顶部设置横向I25a和纵向I12．6两层分配梁，碗扣支架底座则直接扣在I12．6上。

支架基础采用打入式钢管桩和钻孔灌注桩两种类型，其中水域部分采用单排4根φ630×10 mm钢管桩，陆地采用钻孔灌注桩基础，由承台连成整体，承台上设置承重钢管，桩顶采用2HN500×200型钢连成整体。

承台设计共有两种，均采用C30混凝土。门洞处承台上放两排钢管支撑，其宽3 m，高1 m，长11 m。其余承台上均为单排钢管支撑，其宽b =1．5 m，高0．6 m，长11 m。承台主筋为C25@15 cm，箍筋C12@15 cm。

每个承台下设置三根C30的钻孔灌注桩作为桩基础，桩间距为4 m，桩基直径为1．25 m，主筋为12 C20，构造上要求配筋穿透淤泥层，选用桩基钢筋笼长度为25 m，穿过淤泥5 m。

3．3大堤通行门洞设计

跨大堤现浇箱梁施工期间，为了保证大堤上车辆正常通行，跨大堤支架设置净宽11 m、净高5 m的门洞，具体布置见图6。

4　结构验算

4．1支架结构验算

现浇箱梁支架采用电算和手算相结合的方式进行，电算程序采用MIDAS结构计算软件。现浇箱梁采用一次性浇筑完成，整体进行加载。主要考虑的荷载有:箱梁自重q1= 2．65 kN/m3;方木、模板自重q2= 1．0 kN/m3;施工人员及施工机具运输或堆放的荷载q3=2．5 kN/m3;振捣混凝土时产生的竖向荷载q4=2．0 kN/m3;倾倒混凝土时产生的竖向荷

载q5=2．0 kN/m3。

将上述荷载进行组合: q =1. 2×(q1+ q2) +1. 4×(q3+ q4+ q5)，分别加载到碗扣支架、大钢管支架及通行门架的计算模型上，其最不利计算结果见表1。

表1　支架最不利计算结果汇总表

4．2承台验算

对承台按极限状态设计，对其抗冲切、抗剪、抗弯及局部受压进行验算。具体计算结果见表2。

表2　承台计算结果汇总表

4．3钻孔灌注桩计算

陆地采用φ1．25 m钻孔灌注桩作为支架基础，均为摩擦桩。大堤施工易引起淤泥位移，将淤泥层考虑为负摩阻力。根据承台计算可知，最不利单桩承受压力为2 310．4 kN。拟定桩基底标高为－21．50 m，则桩长为36 m，入岩深度2．63 m。

单桩轴向受压承载力尚需考虑桩身自重的一半作为外荷载，则单桩承受压力为N =2 310. 4 +π×1. 252/4×25×36/2 =2 862.6 kN根据地质资料，各有效地层的参数见表3。

表3　地层参数表

单桩轴向受压承载力容许值计算为:［Ra］=3 048.3 kN＞2 862.6 kN。

按m法计算桩的内力，根据最不利受力桩C2进行计算的结果可知，最大弯矩发生在承台底以下2．439 m，该处Mmax=353. 96 kN·m。

根据桩基配筋12 C20进行计算，可得截面抗压承载力为Nu=12 219. 98 kN，Mu=2 080. 7 kN·m，满足要求。

5　结论

为准确估算支架的弹性和非弹性变形及检验支架的受力性能，对支架进行预压，预压荷载按60%、80%、100%、120%四级进行。根据实际观测结果可知，支架最大变形为39 mm，其中弹性变形为17 mm，非弹性变形为22 mm;支架理论计算弹性变形值为11 mm，容许弹性变形值为22．5 mm。由此可知，支架理论计算与实际观测结果存在偏差，但支架刚度满足要求。

支架是支架现浇箱梁施工过程中至关重要的一个环节，设计时，除了考虑支架型式的合理性、施工操作的可行性及经济性之外，更为重要的是结构的安全性。本现浇箱梁位于陆地部分运用钻孔灌注桩作为支架基础，成功的避免了软弱下卧层不稳引起的支架沉降、坍塌等风险。

参考文献:

［1］公路桥涵设计通用规范(JTG D60－2004)［S］.

［2］公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ 063－2007)［S］.

［3］建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ230－2001) ［S］.北京建筑工业出版社，2001.

［4］周水兴，何兆益，邹毅松.路桥施工计算手册［M］.人民交通出版社，2001.

收稿日期:2014－12－14