复杂条件下大跨度现浇箱梁施工技术比选与应用

龙凤文

中交二航局第四工程有限公司，安徽芜湖 241006

箱梁支架现浇由于其适应性广、经济性好被普遍采用，其施工方法往往因地制宜、种类繁多。但归纳起来一般分为两类，一类是采用满堂脚手架方案，适用于陆地区施工；另一类是采用少支点支架方案，适用于水上施工。且以上两种方案工艺成熟，应用也较广泛。对于一些地质、水文条件较复杂的支架现浇施工，两种方案受制于基础条件限制往往有较大局限性。本文结合汕头东海岸新津河大桥施工，对大跨度支架施工进行了探讨，以期为类似复杂条件下支架现浇提供良好的范例。

1 工程概况

新津河大桥位于汕头东海岸新城，跨越新津河河口，连接新溪片区和新津片区，采用城市Ⅰ级主干道设计标准。17#-18#箱梁跨度为32m，宽度22.75m。钢筋混凝土方量为553.8m3，其中墩顶部位钢筋混凝土方量为85.6m3。

17#-18#位于新溪片区海堤边缘，扭王字块以及四角块多，抛石厚（厚度达到8m），石头大（最大直径超过2m），海水潮涨潮落冲刷大。常规的支架钢管桩无法正常施打，而且项目施工工期紧。因此，17#-18#墩现浇箱梁能否顺利浇筑是整个工程能否如期完成的关键节点。

2 17#-18#现浇箱梁支架方案探究

由于新津河大桥引桥每跨的跨度及宽度均不一样，故整个新津河大桥的现浇箱梁均采用少支点支架现浇施工，无移动模架等设备。17#-18#箱梁的现场地貌复杂，故不能采用常规的少支点支架施工。针对现场复杂的施工条件，提出了三种可能方案：

（1）回填海堤+少支点支架方案：直接将海堤区域用片石回填夯实成陆地，而后再搭设常规的支架，支架纵梁采用常规的321型贝雷片，支架跨度控制在9～12m之间。

（2）钻孔桩基础+支架方案：在海堤上适当位置施工φ1.2m钻孔灌注桩作为支架的受力基础。整个支架跨度控制在9～12m之间，纵向主梁采用常规321型贝雷片，支架支点为17#、18#承台以及中间钻孔桩。

（3）大跨度支架方案；在17#、18#承台及墩身上设置预埋件，承台预埋件上设置竖向立柱，立柱纵向跨度达到27.4m。纵向主梁采用弦杆加强高抗剪200型贝雷。

三种方案的优劣分析如下：

（1）回填海堤+少支点支架方案具有工期短、石料经济、结构常规可靠等优点，但支架使用过程中需有严格的防冲刷措施，且海堤结构受力后，将对海堤产生不可估量的永久沉降。

（2）钻孔桩基础+支架方案：桩孔桩基础受力明确，不造成海堤额外沉降，但钻孔桩需要等强度龄期，海堤钻孔费用高昂，且抛石区施工钻孔桩卡装风险很大。

（3）大跨度支架方案：弦杆加强高抗剪200型贝雷需要单独购置，增加费用，且无先例可循，但该方案能规避海堤对箱梁施工的影响，施工工期和费用可以准确把控。

通过比选可以看出，回填方案和钻孔桩支架方案由于工期、环境破坏等原因，不作为首选方案。最终选定大跨度支架方案来施工17#-18#现浇箱梁。大跨度支架方案需额外增加投入，但能保证安全，不影响海堤结构，工期可控。结构体系由于在行业内首次采用，需要加强过程中质量安全控制，提高支架结构整体刚度，以确保现浇混凝土质量。

3 大跨度支架设计

3.1 支架结构布置

由于采用大跨度支架设计方案，支架整体刚度和跨中下挠是支架设计的关键。为确保支架整体刚度，减小跨中下挠，支架纵向主梁采用弦杆加强高抗剪200型贝雷。17-18#墩大跨度支架主要由立柱、平联、主横梁、高抗剪200型贝雷梁和分配梁等部件组成。支架跨度为27.4m，支架立柱直接布置在承台上，立柱采用Ф1200mm×18mm钢管，平联采用Ф630mm×8mm钢管，立柱通过平联与墩身相连。立柱上设置由3HN900×300型钢组成的主横梁，主横梁上纵向搁置58组加强弦杆高抗剪200型贝雷梁，贝雷梁上设工14分配梁。主横梁底与立柱顶之间设置卸荷块，为后续支架拆除提供落架空间。

3.2 材料特性

支架钢结构材料除高抗剪200型贝雷梁外，均采用Q235B材料。

Q235B钢材设计值：弯曲应力f=215MPa（t≤16mm），f=205MPa（t=16～40mm）；

剪应力fv=125MPa（t≤16mm），fv=120MPa（t=16～40mm）。

弦杆加强高抗剪200型贝雷片设计参数：允许弯矩M=2194.9 kN·m，允许剪力Q=320kN。

3.3 荷载及工况分析

荷载考虑施工荷载、模板荷载、振捣荷载、箱梁荷载、风荷载等荷载，主要是箱梁自重荷载，根据其结构特点计算其载荷。工况主要有以下两种最不利的工况：

工况一：支架搭设完成，未浇筑，遭遇台风情况下，最大波浪以及最大风速影响下，支架结构的自身稳定性，荷载组合为：支架体系自重+模板荷载+施工荷载+水流力+波浪力（最大波浪）+风荷载（最大风速46.1m/s）。

工况二：支架浇筑过程中，钢筋混凝土重量全部由支架体系承受，在正常设计波浪和正常风速条件下，支架体系的稳定性，荷载组合为：自重+模板荷载+施工荷载+箱梁重量+振捣荷载+水流力+波浪力（设计波浪）+风荷载（工作风速13.8m/s）。

3.4 结构计算

3.4.1 计算模型

采用ANSYS10.0计算，贝雷梁等效为实腹梁，各构件均采用梁单元。立柱柱脚固接，主横梁与立柱顶部、贝雷梁铰接，扶墙铰接。

3.4.2 最大应力和变形计算结果

根据结构建模计算，在工况二条件下，3HN900主横梁的组合应力达到最大的131MPa（小于205MPa），剪应力最大达到61 MPa（小于120MPa），其余立柱、斜撑、平联等构件受力远小于主横梁受力。贝雷梁的最大剪应力达到最大的198kN（小于），弯矩达到1310kN·m（小于2194.9kN·m）。结构受力满足要求。

整体结构位移，在工况二条件下竖向位移达到44mm，贝雷梁变形达到42.8mm，主横梁变形达到5mm。根据公路桥涵施工技术规范，支架最大允许挠度为l/400=27400/400=68.5mm＞44mm，支架体系刚度满足规范要求。

4 大跨度支架搭设

弦杆加强200型贝雷梁单片重510kg，一组贝雷梁重量约为5000kg，而单组贝雷梁高度为2.43m，长度可达29.4m，厚度仅176mm，因此单组贝雷梁横向刚度不足，贝雷梁自稳性极差，纵向贝雷梁安装是大跨度支架搭设的重点难点，也是整个支架搭设过程中安全隐患最大的施工工序。贝雷梁搭设时候，需要将至少三组贝雷梁在加工区按照设计间隔安装好横向剪刀撑和横向连接件，使贝雷梁拼接成贝雷梁组，增加横向刚度，而后才能整体起吊安装。施工时投入80t履带吊一台，5t手拉葫芦若干，相应规格钢丝绳若干。

5 支架预压

支架搭设完成后，需要检查大跨度支架的强度、刚度及稳定性，消除整个支架的非弹性变形，消除基础的沉降变形，测量出支架的弹性变形。

预压采用专用的水袋充水对支架进行预压。预压沉降观测点设置在大跨度支架两个支点断面及跨中断面，每个断面布设3个点，分别为箱梁两侧翼缘以及中轴线上。每级加载稳定0.5h后，测量各个点的沉降值。预压实测结果表明，跨中部位弹性变形为38mm，非弹性变形为7mm；支点主梁位置弹性变形为5mm，非弹性变形为2mm。预压实测结果跟理论计算结果相仿。预压完成后对预压成果进行数据分析及数据处理，调整底模标高，并根据二次抛物线曲线设置预拱度。

6 钢筋混凝土箱梁施工

预压完成后，进入常规的箱梁钢筋绑扎和混凝土浇筑步骤，在此不再赘述。混凝土浇筑过程中均匀布料，保证支架均匀受力。在跨中及主横梁部位设置测量监测点，浇筑过程中，安排测量人员每2h采集观测点坐标，掌控支架体系变形量，同时安排专人在浇筑过程中检查支架体系的焊缝、连接板等。

7 支架体系拆除

钢筋混凝土箱梁预应力张拉压浆完毕后，即可进行支架体系拆除。拆除顺序为：卸荷块割除→底模和木方拆除→分配梁拆除→弦杆加强抗剪200型贝雷片拆除→主横梁拆除→立柱平联拆除→承台、墩身预埋件修饰。

8 实施效果

大跨度支架在新津河大桥的运用效果很成功，整个支架体系搭设及预压耗时1个月，箱梁钢筋混凝土施工耗时15d，支架体系拆除耗时10d，成功解决了抛石海堤现浇箱梁施工的难题。整个体系经过超载预压后，也检验了体系的结构安全性。拆模后，箱梁线型平顺，预拱合理，箱梁标高满足设计要求。整个箱梁体系外观检查无裂缝。

9 结语

大跨度支架在本工程的成功应用，使箱梁施工避免了下部不利地质对施工的影响。虽然200加强型贝雷梁相较于普通321型贝雷梁增加了材料投入，但大跨度支架避免了地基处理以及后期原地面恢复工作，且贝雷梁能多次周转使用，总体上达到了节能、经济的效果。本工程应用的现浇箱梁跨度达32m，大跨度支架净跨度达27.4m，一次性钢筋混凝土浇筑量达1217.3t。因此，大跨度支架技术可推广应用于铁路、市政桥梁跨线、跨障碍施工等领域，对现有下部交通或环境实现无干涉施工，达到节约工期、安全施工的目的。