四斗河特大桥跨S332省道连续梁承重支架施工技术研究

肖 海 涛

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

四斗河特大桥位于南阳市内乡县境内，跨越S332省道、内邓高速，全桥长718.625 m，孔跨布置为(60+100+60)m连续梁+2-24 m T梁+1-32 m T梁+(32+48+32)m连续梁+8-32 m T梁+1-24 m T梁。跨越S332省道处为(32+48+32)m连续梁，采用支架法施工，连续梁采用C50混凝土。

S332省道从四斗河特大桥7号墩与8号墩之间穿过，最大墩高35.85 m(>25 m)，上部结构为(32+48+32)m连续梁，桥面宽12.2 m，高宽比为2.94。鉴于高宽比大于2时极易发生倾覆失稳事故，故在支架方案设计时采取钢管立柱每隔6.5 m增设一道剪刀撑的加强措施以确保支架稳定。为确保施工期间省道正常通车，支架下部承重结构采用梁柱式支架，上部采用钢管满堂支架；梁柱式支架高宽比>2，设计时必须进行抗倾覆稳定验算并采取专项的横向连接加强措施。有针对性地进行支架设计、检算并严格按支架设计要求施工，可有效避免支架失稳事故的发生，确保施工期间S332省道的通车安全具有重要意义。

2 支架设计

(1)支架设计。支架下部采用梁柱式支架，上部采用钢管满堂支架，力传递途径为：混凝土自重及施工荷载→竹胶板底模→纵向方木→横向方木→顶托→Φ48钢管→底座→上横梁→贝雷梁→下横梁→Φ508/Φ630钢管立柱→承台→桩基。

①纵、横向方木。支架从上到下布置依次为：梁底1.5 cm厚竹胶板；10 cm×10 cm纵向方木在横桥向布置间距为20 cm；10 cm×15 cm横向方木在纵桥向布置间距为60 cm，横向方木置于钢管顶部顶托上。

②Φ48×3 mm的钢管立杆。

图1 全桥支架纵断面布置图

图2 全桥支架横断面布置图

a.立杆的设置：翼缘板下的横向立杆间距为90 cm，腹板下的横向立杆间距为30 cm，顶、底板下的横向立杆间距为60 cm；纵向立杆间距为60 cm。

b.水平杆的设置：在竖直方向每间隔60 cm设置一层纵、横向水平连接钢管。水平杆纵、横向的设置间距同立杆的相应间距，将所有立杆连成整体；立杆底端和顶端的碗扣节点应设置纵、横向水平杆；当底层水平杆兼作扫地杆时，其与底座支承板的高差不得大于50 cm。

c.底 座：在立杆底端安装可调底座，底座螺杆插入立杆内的长度不小于30 cm，伸出立杆的长度不大于15 cm，底座下设置垫木(5 cm×15 cm×15 cm)。

d.顶 托：在立杆顶端安装可调式U形顶托，顶托螺杆插入立杆内的长度不得小于30 cm，伸出立杆的长度不得大于30 cm、亦不得小于10 cm。

e.支架四周及中间纵、横向每隔四排从底到顶连续设置竖向剪刀撑，剪刀撑的水平倾角在45°～60°之间，斜杆应每步与立杆扣接。

f.剪刀撑采用与支架立杆规格相同的钢管，用旋转扣件与立杆扣接；当剪刀撑与立杆不能扣接时，应与该立杆相邻的水平杆扣接；扣接点距碗扣节点的距离不应大于15 cm。[4]

③上横梁。上横梁采用I12工字钢，顺桥向布置间距为60 cm，上横梁置于贝雷梁顶部。[2]

④贝雷梁。贝雷梁采用单层布置方式，具体布置方式为：曲线外侧翼缘板下布置四排单层贝雷梁，腹板下各布置五排，底板下共布置六排，曲线内侧翼缘板下布置三排，各部位贝雷梁均通过横向连接成整体。[3]

⑤下横梁。下横梁采用三拼I40工字钢，置于钢管柱顶部。

⑥钢管立柱。桥墩侧钢管立柱采用Φ508×8 mm螺旋焊管，其余部位均采用Φ630×10 mm的螺旋焊管，每个断面布置四根，布置间距分别为2.7 m，3.3 m和2.7 m，在桥墩处布置一排。为增强横向稳定性，钢管立柱与桥墩间采用Φ275×7 mm的钢管进行横向连接；其余部位均布置两排，钢管立柱纵横向间均采用Φ275×7 mm的钢管进行连接，并采用[18槽钢剪刀撑进行加强，立柱间纵横向的连接竖向间距均为6.5 m。

⑦基 础。全桥墩身侧钢管立柱支撑于桥墩承台上，小里程边跨跨中立柱支撑于混凝土条形基础上，条形基础采用C30混凝土，尺寸为(长)10 m×(宽)3 m×(高)1.5 m；[1]中跨及大里程边跨跨中钢管立柱均支撑于下设的混凝土承台上，混凝土承台采用C30混凝土，尺寸为长11 m×宽4.5 m×高2 m，每个承台下设8根Φ1 m C30混凝土桩基础，桩长11 m或嵌岩深度大于4 m。

(2)荷载的分布及计算。

①荷载的取值。根据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》及《路桥施工计算手册》:

a.浇筑混凝土自重为q1=26 kN/m3(荷载代号①)；

b.模板自重(按 500 kg/m2考虑)q2=5 kN/m2(荷载代号②)；

c.施工荷载：人员、材料及施工机具荷载q3=2.5 kN/m2(荷载代号③)；

d.振捣混凝土时产生的荷载，垂直面模板取q4=4 kN/m2，水平面模板取q4=2 kN/m2(荷载代号④)；

e.浇筑混凝土时产生的冲击荷载取均布荷载 q5=2 kN/m2(荷载代号⑤)；

f.新浇筑混凝土对侧面模板的压力，根据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》要求计算(荷载代号⑥)。

②荷载组合。

a.承载能力处于极限状态时考虑荷载效应的基本组合。

计算底模板、模板下纵横梁强度时,荷载设计值=1.2×(①+②)+1.4×(③+④+⑤)；计算侧模板强度时，荷载设计值=1.4×(④+⑥)。

b.正常使用极限状态时考虑荷载效应的标准组合。

计算底模板、模板下纵横梁刚度时，荷载标准值=①+②；计算侧模板刚度时，荷载标准值=⑥。

③自重荷载的计算。将支架上梁高最大截面横断面作为受力检算截面进行检算(图3)。

图3 支架上梁高最大横断面换算图

根据受力截面计算可知：

缘板最大等效高度H1=0.41 m

腹板等效最大高度H2=2.85 m

顶底板等效高度H3=1.15 m

翼缘板部位混凝土自重荷载计算：

p1=γ·H1=26×0.41=10.7(kN/m2)

腹板部位混凝土自重荷载计算：

p2=γ·H2=26×2.85=74.1(kN/m2)

顶、底板部位混凝土自重荷载计算：

p3=γ·H3=26×1.15=30(kN/m2)

(3)主要承重部件的计算。

①贝雷梁检算。

A、主跨贝雷梁的检算。主跨贝雷梁可按照三跨连续梁进行计算，计算跨径布置为：13.51 m+15.78 m+11.26 m，采用有限元软件MIDAS/CIVIL建立计算模型，检算时分别选取翼缘板下、腹板下、顶底板下进行检算。

a．翼缘板下：分别选取曲线外侧翼缘板及曲线内侧翼缘板进行检算。

翼缘板下贝雷梁计算简图见图4。

图4 翼缘板下贝雷梁计算简图

翼缘板下贝雷梁弯曲应力图、剪切应力、变形及计算强度和刚度时的支反力分别见图5～8。

图5 翼缘板下贝雷梁最大正应力图

图6 翼缘板下贝雷梁最大剪切应力图

图7 翼缘板下贝雷梁变形图

图8 翼缘板下贝雷梁支反力图

为保证翼缘板下贝雷梁的强度和刚度满足要求，在曲线外侧翼缘板下布置了4排单层贝雷梁。由上述计算可知：

翼缘板下贝雷梁的正应力：

翼缘板下贝雷梁的剪切应力:

翼缘板下贝雷梁的挠度:

b.腹板下、顶底板下：计算方法与主跨翼缘板下贝雷梁相同，在此不再详述。通过计算得知贝雷桥的正应力强度、剪切强度、刚度均满足要求，具体计算值见表2。

B、边跨贝雷梁的检算。边跨贝雷梁可按照两跨连续梁进行计算，计算跨径布置为：13.5 m+12.1 m，采用有限元软件MIDAS/CIVIL建立计算模型，检算时分别选取翼缘板下、腹板下、顶底板下进行检算。计算方法与主跨相同，在此不再详述，通过计算得知：贝雷梁正应力强度、刚度均满足要求。

表2 主跨贝雷梁检算表

②钢管立柱的检算。根据设计方案可知，墩身侧钢管立柱采用直径D=508 mm、壁厚t=8 mm的螺旋焊管，其余部位钢管立柱采用直径D=630 mm、壁厚t=10 mm的螺旋焊管，两排钢管立柱间采用[18号槽钢进行横向和剪刀撑连接，以保证钢管立柱的稳定。

A、荷载计算。

钢管立柱承受横梁传下的荷载为以下两种：

墩身侧最大荷载R=1 468 kN

其余部位的最大荷载R=1 875 kN

B、钢管立柱强度及稳定性计算。

a．Φ508×8 m钢管立柱强度及稳定性计算。

钢管立柱横向采用竖向6.5 m 间距的水平杆和剪刀撑进行连接。为保证钢管立柱的稳定，墩身侧的钢管立柱和桥墩墩身进行附着连接。全桥钢管立柱受压计算时的自由长度取6.5 m，按两端铰支，μ=1。

钢管回转半径：

根据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》(TB10110-2011)附录F，查表得Φ=0.948。

钢管强度及稳定性检算：

故：强度及稳定性满足要求。[5]

b、Φ630×10 mm钢管立柱强度及稳定性计算：计算方法与Φ508×8 mm钢管立柱相同，在此不再详述。通过计算得知：强度及稳定性均满足要求，具体计算值见表3。

表3 钢管立柱强度及稳定性检算表

4 支架施工及注意事项

支架的安装施工按照由下而上的顺序进行，施工工序为：桩基→承台→钢管立柱(包括剪刀撑、墩身连接杆件)→主跨防护棚架施工→下横梁→贝雷梁→上横梁→底座→满堂钢管架→顶托→横向方木→纵向方木→竹胶板底模→侧模。连续梁浇筑完成后，混凝土强度、弹性模量应符合设计要求，钢铰线张拉完成后开始拆除支架，拆除顺序与安装顺序相反，由上而下进行。

支架使用的螺旋钢管、贝雷梁、工字钢、钢管质量与规格必须符合设计及国家相关标准，支架材料进场时必须严格报验，严格检测钢材壁厚，确保进场材料满足设计要求。支架基础必须具有足够的承载能力并做好周边防排水处理，避免产生不均匀沉降而造成支架失稳。上部满堂钢管支架必须严格控制底座与顶托的可调范围，留在立杆内的长度应不少于30 cm，防止因“过调”引起失稳。严格控制钢管柱的垂直度、剪刀撑间距数量，确保钢管柱及支架的整体稳定性。

支架安装完成后必须进行预压以检验支架的承载能力、稳定性、消除非弹性变形、观测弹性变形及基础沉降的情况。预压荷载不少于最大施工荷载的1.1倍。预压加载按最大施工荷载的60%、100%、110%分三次加载，每级加载完毕1 h后进行支架的变形观测，加载完成后每6 h测量1次变形值。预压卸载时间以支架、地基沉降变形稳定为原则，最后的两次沉落量观测值之差小于2 mm时可终止预压卸载。

5 结 语

四斗河特大桥跨S332省道支架现浇连续梁已施工完成，支架预压实测最大沉落量为30 mm，混凝土浇筑完成后的实测沉落量为18 mm，与计算值基本相符；施工期间支架未发生明显变形、失稳，保证了施工期间S332省道的安全通车。通过施工实践检验，该支架设计方案安全、可靠、合理，所取得的经验可为类似地质、地形情况的桥梁承重支架方案设计及搭拆施工提供借鉴。