渭河某特大桥引桥50米连续箱梁现浇支架设计

朱宏伟 顾吉祥 黄 娟

（江苏燕宁工程科技集团有限公司，江苏 南京 210017）

1 工程概况

1.1 引桥简介

渭河某特大桥是一座横跨渭河的系杆拱桥梁，引桥上部结构为同联等高度现浇预应力砼连续箱梁，双幅布设，其北引桥连续箱梁每幅共4联，分别为（4×40m）+（4×40m）+（40+2×50m）+（3×50m+50.52m），南引桥箱梁每幅共1联，为（50.52m +3×50m +46m），上设双向八车道，共40跨，1814.08延米。

引桥50米连续箱梁断面形式均为双箱双室结构，双箱间的横向净距为6m，横坡2%，断面底板宽9.0m，顶板宽16.5m，梁高2.8m，腹板厚50cm，翼缘板挑臂长3.0m，顶板厚度为25cm，底板厚度为22cm。箱梁断面示意图参见图1内所示。

1.2 桥址水文、气候、地质

本工程两侧引桥均位于渭河河漫滩区域，桥下地势自北向南呈缓坡状，北岸漫滩地形平坦，地面标高大部分位于+354m～+356m之间；南岸漫滩地形起伏较大有多处既有水塘，塘内淤泥层较厚。

根据区域水文地质资料，渭河是一个靠雨水补给的多沙性河流，夏季暴雨集中，流域内侵蚀强烈，汛期河水流量、沙量急增。桥址区域年平均降水量555mm，降雨多集中在7-9月份，降水量约占全年的50%，漫滩区在丰水年洪水期被淹没，桥位处洪水水位+360.67m，洪水流量14400m3/s，实测最大断面含沙量530kg/m3，平均风速2.0m/s，最大风速19.1m/s，风向WSW。桥下基础地质北侧以粉质粘土和中粗砂为主，承载力在120KPa～300KPa之间，南侧以淤泥质土为主，承载力在10KPa～50KPa之间。

2 50米连续箱梁现浇支架设计

2.1 总体设计

引桥连续箱梁施工采用支架现浇施工方案，左右幅分开独立进行现浇施工。

由于防洪要求，河漫滩区域引桥连续箱梁现浇支架宜采用通透性较好的支架形式，本工程引桥连续箱梁现浇支架采用梁柱式支架方案。考虑南北两岸不同的地形地质，支架基础在南、北岸采用不同的基础形式，箱梁现浇支架竖向结构布置见表1：

2.2 支架结构布置

（1）50米跨梁内贝雷梁桁架布置成多跨连续梁，纵向跨径布置为8.9m+12.0m+3.0m+12.0m+10.4m。

（2）根据该箱梁的结构型式和单位重，主梁贝雷梁桁架共用23排，贝雷梁横桥向间距为3×0.9m+4×0.45m+3×0.9m+2×0.45m+3×0.9m+4×0.45m+3×0.9m。

（3）承台上横桥向布置5@2.4mΦ630x10mm钢管立柱，中间临时墩根据地形、地质和地基承载力条件分别采用条形基础或φ0.8m钻孔灌注桩基础，横桥向布置6@2.5mΦ630x10钢管立柱。

表1 连续箱梁现浇支架竖向结格布置

（4）在钢管立柱顶上方桩顶横梁下方设置砂筒，以利于底模标高调整及支架拆卸。

（5）贝雷梁桁架顶设置横向工字钢分配梁，仅设置于箱梁底面区域。两侧布置定型翼板支架，定型翼板支架与横向工字钢分配梁之间用φ16拉杆连接。

（6）支架根据箱梁设计图纸要求设置相应的纵坡和横坡。纵坡通过调节钢管立柱顶标高实现；2%横坡，不由砂筒调节形成，由抄垫贝雷梁桁架形成，贝雷梁保持竖直。

50m跨连续箱梁现浇支架结构布置详见图1。

2.3 支架结构计算

2.3.1、模型建立及总体概述

（1）利用MIDAS有限元程序建立包含钢管立柱、桩顶横梁、贝雷梁桁架和贝雷梁顶横向分配梁在内的整体有限元模型，贝雷梁桁架采用桁架单元模拟，钢管立柱、分配梁等单元采用梁单元模拟。

（2）每个贝雷梁桁架组承受的其范围内的包含箱梁、模板、施工等的所有荷载，计算中考虑将荷载分区简化为作用于横向分配梁上的线荷载。模拟单元自重直接在迈达斯有限元模型中加载。

（3）根据《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004，按横桥向风荷载标准值进行计算并加载，其中模板风荷载为2.0KN/m，每个贝雷梁节间风荷载为0.86KN，对Φ630钢管立柱风荷载为0.3KN/m。

（4）整体分析桁架单元和梁单元内力，确保各单元杆件均满足安全和经济性要求。基础结构根据上述钢管立柱内力计算结果单独进行计算，扩大基础按照倒梁法计算，钻孔桩基础按照摩擦桩进行计算。

（5）设计基本参数

设计参数如下：Q235钢材：抗拉容许值：[σ]= 170MPa；抗剪强度容许值：[τ]=110MPa；贝雷梁16Mn构件：抗拉容许值：[σ]=273MPa ；抗剪强度容许值：[τ]=208MPa。

荷载组合如下：强度验算：1.2倍箱梁混凝土自重+1.0倍（模板自重+支架自重+施工荷载+风荷载）。刚度验算：1.2倍箱梁混凝土自重+1.0倍（模板自重+支架自重+风荷载）。

荷载标准值：①施工人员、材料及施工机具荷载标准值取：1.0KN/m2；②浇筑和振捣混凝土时产生的荷载标准值取为：2.0KN/m2；③箱梁侧模采用钢木组合模，荷载标准值取2.0KN/m2；④箱梁底模、内模采用竹胶板木模板，荷载标准值取1.0KN/m2。

2.3.2、上下部结构计算

50m跨箱梁现浇支架上下部结构计算结果见表2所示。

2.3.3、基础结构计算

（1）扩大基础计算

将单排临时钢管立柱反力和基础自重平均到基础与地基接触的受力面积上，再除以扩大基础宽度转化成线荷载，按照倒梁法计算基础受力，计算结果见表3。

（2）钻孔桩基础计算

钻孔桩基础按照公式QU=QSU+QPU=∑UiLiqsui+Apqpu和地质条件分层计算得出桩基极限承载力，桩基极限承载力与钢管立柱最大轴力的比值要合理，本工程取1.65。经过计算，本工程钻孔桩桩长采用L=20m和15m两种，计算过程和结果在此不再罗列。

2.4 支架构造要点

2.4.1、扩大基础地基处理

北引桥箱梁支架采用扩大基础形式，在中支墩位置超出基础平面0.5m范围内，对原地基使用18T振动压路机反复碾压至无明显轮迹为止，满足承载力不小于188（160）KN/m2。如不能满足，或对处于水沟、泥浆池处的基础，要进行换填处理，换填选用碎石土，顶部采用石灰土，采用压路机分层压实，在地基处理好后进行地基预压，地基承载力检验合格后再浇筑条形扩大基础。基础施工的同时，做好桥下区域的排水系统，在桥梁两侧布置排水沟，以防止基础位置积水，降低地基承载能力。

2.4.2、钻孔桩基础与钢管立柱连接

本工程采用φ80cm钻孔灌注桩作为南岸引桥箱梁现浇支架的基础，对于钻孔灌注桩基础与钢管立柱的连接，我们做了重点设计，要求在顶部1m的护筒区范围内采用混凝土二次干浇的模式，桩顶预埋件为Φ（910-475）×20mm空心钢板和12根Φ25×800mm锚固钢筋，确保立柱与桩基础的连接的施工质量。

2.4.3、卸荷系统

支架设计时采用在钢管立柱顶端设置砂筒的形式，起到支架卸载的作用。砂筒上筒采用16Mn无缝钢管φ426×12×220mm与上顶板焊接并内填C30混凝土形成，砂筒下筒采用16Mn无缝钢管φ457×14×230mm与下底板焊接形成，砂筒内填砂要细，含泥量要少，并且烘干含水量不大于1%。砂筒下底板与钢管立柱顶端用4个M22螺栓连接，卸砂孔为4个M22内丝栓孔，均上M22螺栓。砂筒设计承载力为120吨，可用于任意位置支墩，砂筒使用前必须按不同位置桩的反力进行预压。

2.4.4、横向稳定系统

支架横向稳定系统由外模对拉系统、贝雷梁横向稳定、钢管立柱横向联结系组成。

（1）外模对拉系统：两侧的外模支架通过底口的φ22拉杆与箱梁底I16分配梁两端进行对拉（详见图2和图3），外模支架、梁底I16分配梁与贝雷梁均采用限位器（槽钢卡或U型螺栓）固定，形成稳定的横向受力系统，外模支架的顶口不设拉杆，结构形式稳定，受力明确，也方便了梁体混凝土施工。

（2）贝雷梁横向稳定：贝雷梁与横向分配梁（桩顶2I40a、箱梁底I16a）采用限位器（槽钢卡或U型螺栓）固定，同时通过花架和新制剪刀撑联接成整体，以保证每片桁架横向受力的均匀性及横向稳定性。针对箱梁倾斜形成的横坡，抄垫贝雷梁桁架形成横坡，贝雷梁始终保持竖直状态（不能调节桩顶横梁形成横坡，贝雷梁会处于倾斜状态）。

（3）钢管立柱横向联结系：设置横向联结系保证钢管立柱的横向稳定，横向联结系设在钢管立柱横向侧面，在保证结构稳定的同时尽量方便施工。

2.4.5、纵向稳定系统

支架纵向稳定系统由墩身对拉系统、贝雷梁限位系统和钢管立柱纵向联结系组成。墩身对拉系统在钢管立柱顶下方1.05m位置设置，通过精轧螺纹钢筋拉紧的方式，将承台两侧的边支墩进行固定。贝雷梁与横向分配梁（桩顶2I40a、箱梁底I16a）采用限位器（槽钢卡或U型螺栓）固定形成贝雷梁限位系统，在双排钢管立柱支墩纵向间采用型钢作为连接系，有效保证支架结构的纵向稳定性。

表2 50m跨箱梁现浇支架上下部结构计算结果

表3 50m跨箱梁现浇支架扩大基础结构计算结果

2.4.6、支架预压

支架结构的弹性变形部分可以准确计算，而非弹性变形只能通过预压实测数据得到，非弹性变形与地基处理质量、拼装者的作业水平度、贝雷梁桁架的加工精度及新旧程有很大关系。更重要的是支架在实施过程中是否安全，通过预压可以直观地验证支架的承载能力和安全性。

针对类似工程中存在对相同跨径的支架仅预压第一跨的做法，本工程的支架设计中明确要求不论地形地质是否相同，支架须逐孔进行预压。堆载预压按跨为单元，箱梁纵向分变截面区、跨中区、变截面区计3区，横向分翼缘板区、底腹板区、翼缘板区计3区，与砼浇筑顺序对应，预压范围为每跨现浇箱梁投影区域，预压荷载按现浇箱梁上部结构恒载1.2倍控制，预压时间不得小于7天，最后连续3天沉降观测累计不大于3mm，以消除支架非弹性变形，测得支架的弹性变形，设置预拱值，更好地指导施工。

3 结束语

通过对渭河某特大桥引桥50米连续箱梁现浇支架的精心设计，并于2014年9月至2016年9月在项目上顺利成功实施，从现场反馈的情况看，支架的设计和使用取得了较好的效果：

（1）河漫滩区箱梁现浇施工时，梁柱式现浇支架方案是在有防洪要求情况下被优先采用的一种安全、可行的方案。梁柱式现浇支架方案，可跨越河塘、沟渠，避免对地基的大面积处理，同时根据地基实际情形设置不同类型的基础，充分利用不同类型基础的特性，避免一种基础方案的局限性。

（2）在箱梁现浇支架的结构计算上，正确使用MIDAS等有限元计算软件进行支架整体建模和计算，可极大地简化计算工作量，有针对性地对方案各部位受力情况进行验算，并根据计算结果选取或优化各部位材料规格。

（3）注重保证支架系统的整体稳定性能，通过纵向和横向稳定系统的设计，保证了支架结构性的安全。单片贝雷梁桁架横向稳定性很差，必须设置刚度较大的横向联接系，以保证桁架的整体稳定性及受力均匀性。

（4）注重支架的细节设计和要求：箱梁现浇支架施工前，应对扩大基础支墩位置的地基进行处理，使其达到设计要求的承载能力，并做好排水设计，地基经预压验收合格后方能进行支架的施工；钻孔桩与钢管立柱的连接设计；针对箱梁倾斜形成的横坡，要采取措施保证贝雷梁始终处于竖直受力的状态等。

（5）箱梁现浇支架拼装完成后，须逐孔进行预压，以验证支架承载能力和安全性，消除结构的非弹性变形，并通过预压，实测支架的变形值，对支架预拱度进行调整。