深水淤泥地质条件下大跨度现浇箱梁支架施工

司振永

（中铁十八局集团第二工程有限公司，河北 唐山 064000）

0 引言

支架是桥梁工程施工中的主要结构体系，其主要作用是为桥梁施工的钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑等工序的安全开展营造一个稳定的平台。在桥梁工程施工中，常用的支架有现浇支架、满堂支架、碗扣支架、钢管桩联合盘扣支架等。对于在深水淤泥地质条件下施工的桥梁工程而言，现浇支架搭设工程量大、难度大、施工风险高，地质基础又不能满足传统满堂支架和碗扣支架对基础承载力的要求，因而是一道很大的施工难题。

广州南沙红莲大桥是目前我国跨度最大的多功能新结构斜拉桥，位于深水淤泥地质基础之上，地基含水量大，承载力差，施工难度比较大。该工程采取了钢管桩联合盘扣支架的施工方法，有效消除了不良地质条件的影响，满足了施工要求。笔者试对其支架施工进行分析，以期为深水淤泥地质条件下大跨度现浇箱梁支架施工提供参考。

1 工程概述

广州南沙红莲大桥主桥长912m，为（62+104+580+104+62）m双塔斜拉桥，边跨设一个辅助墩和一个过渡交接墩，纵断面位于±4%的人字坡上，边坡点位于主跨跨中位置，主线平面位于直线上（具体详见图1）。

图1 主桥总体布置图（m）Fig.1General layout of main bridge（Unit：m）

该桥主跨采用钢箱梁，边跨采用混凝土主梁，钢-混接合面位于主梁中跨距索塔10.0m处。主桥边跨长166m，边中跨比例为0.286。主桥结构采用半漂浮体系，桥面辐射高压电缆、供水管、燃气管、通信电缆，桥面设双侧人行道。主桥箱梁支架搭设高度大于8m，集中线荷载大于20kN／m。其中，23＃～24＃墩之间的部分支架位于岸上，部分支架位于水中，岸上部分地形平坦；24＃～28＃墩支架位于水中。

根据钻探揭露，结合区域地质资料进行对比分析，该工程沿线所经过的地层岩性按其成因和时代分类主要有第四系海陆交互相沉积的淤泥，组成基质为淤泥质黏土，粉质黏土，粉、中、粗沙层，圆砾土；下伏基岩主要为燕山期花岗片麻岩等。工程区内地质软土主要为淤泥及淤泥质黏土，流塑状态，结构松软，压缩性高，强度低，工程特性差，易产生过大、不均匀沉降。该桥箱梁支架均打入到强风化花岗片麻岩。

2 深水淤泥地质支架的总体布置形式

2.1 钢管桩布置

该工程堤防之间的支架布置在陆地上，采用钢管桩进行施工，钢管桩的型号为φ820×12mm，横桥向间距为3.0～5.0m，纵桥向每隔9.0m设置一跨，跨大堤的最大跨度为21m，桥墩采用双排钢管布置。河道中的钢管桩型号为φ820×12mm，横桥间距为3.6～5.0m，纵桥向的标准跨度为12m。

分配梁上部采用承插式盘扣钢管支架，立杆采用直径为60.2mm、壁厚为3.25mm的Q345钢管，立杆最大步距为1.5m；空箱段立杆的纵向距离和横向距离分别为0.9m和1.2m；横梁、腹板节点处立杆的纵向距离和横向距离均为0.6m；纵腹板倒角部位立杆的纵向距离和横向距离分别为0.6m和0.9m；翼缘板部位立杆的纵向距离和横向距离分别为0.6m和0.9m。另外，在支架的顶部、底部各设置一层水平杆。

2.2 主梁布置

该工程采用321贝雷梁作为支架纵梁，横向组合布置为0.9+0.45m，腹板实心段之间的距离为0.45m，通过扣件连接的方式，将贝雷梁的横向和纵向连成一个整体［1］，尤其是顶部和分配梁、底部和横梁之间连接时，采用了限位卡牢牢固定。贝雷梁平面布置如图2所示。

图2 贝雷梁平面布置图Fig.2 Layout plan of Bailey beam

2.3 盘扣支架布置

该桥梁的设计坡度为4%，梁面宽度比较大，最窄处为35.5m，最宽处为48m，属于典型的超宽大跨度现浇箱梁。在进行支架布置时，为便于支架坡度调整，保证支架安装和拆除的安全性［2］，在贝雷梁支架的顶部设置了盘插式支架，其高度为2.5～9.0m。

3 施工要点分析

3.1 钢管桩施工

钢管桩的施工要点为：（1）外排桩的设计。为保证黏土层钢管桩的稳固性，外排桩采用钢管桩+锚桩的形式。（2）试桩。为保证施工质量，在钢管桩正式沉桩之前，要进行试桩，以检验设计承载力是否满足要求。（3）定位。在深水区施工时，利用悬臂导向架精确定位。导向架的末端与已铺设完成的栈桥前端的贝雷梁销接，前端要预留出一定量的孔位。通过导向架系统，可将水下定位转变为陆地定位，以保证定位精度。（4）沉桩。采用DZ-90振动锤夹具夹紧钢管桩，通过起吊设备起吊后，放入导向架，将钢管桩和定位点对准后，缓慢下放钢管桩，促使钢管桩在自重的作用下缓慢插入土中。边插入、边检查，发生偏差时，及时调整。自重下沉完成之后，全面观察钢管桩的偏位，如果超过设计范围（偏差小于千分之五），拔出，重新下沉，否则进行打桩操作。在振锤的激振力作用下振动下沉，在沉桩过程中，如果贯入量小于1 cm／min，持续加荷5min，待钢管桩没有明显下沉迹象时，再停止振动［3］。如果一次插打没有达到设计要求，可进行现场接桩，并控制下节桩的打剩高度在50～80cm之间。（5）控制贯入度。沉桩时，按照设计长度严格控制贯入度，一般嵌入岩层的深度不应小于2d（d为桩径）。

3.2 横梁安装施工

（1）钢管桩找平。当一排钢管桩施工完成之后，按照设计要求确定桩顶标高，找平钢管桩，高出部分可用氧乙炔气割割除；低于标高的桩，按照设计长度进行接长处理。（2）桩顶施工。按照设计图纸，在桩顶四周焊接4块三角形钢板，以达到加强顶板强度的作用。（3）横梁安装。采用双肢I56b工字钢将横梁与钢板在正中心位置焊接牢固［4］。帽梁采用双肢I56b工字钢焊接而成，工字钢的净距控制在1～2cm之间，每隔2.0m焊接一块连接钢板。当帽梁和钢管桩焊接成一个整体之后，再进行限位装置焊接，避免受焊接应力发生移动，保证施工质量。

3.3 支架搭设

由于该支架工程在深水淤泥地质条件下完成，施工条件恶劣，采用单纯的焊接方法无法完成施工。为保证支架的稳定性和承载力，采用了盘销式钢管支架，具体搭设步骤为：

（1）调整座搭设。根据脚手架配置图纸进行尺寸放样，按照放样的结果，将调整座排列到指定位置上。

（2）标准基座搭设。先将标准基座的主架套筒套入到调整座上方，保证基座的下缘能够完全置于扳手受力平面的凹槽中，具体如图3所示。

图3 标准基座搭设示意图Fig.3Schematic diagram of standard base erection

（3）进行第一层横杆安装。将横杆的头套入圆盘小孔位置，促使横杆的头端抵住主架圆管，再用斜楔穿过小孔将其固定［5］。

（4）平主架安装。按照图4所示，将平主架的长端插入标准基座的套筒中，通过检查孔位核查平主架安装质量，确认是否良好地插入套筒底部。平主架在首层完成搭接，从第二层开始则使用主架。

图4 平主架安装示意图Fig.4Installation diagram of flat main frame

（5）第二层横杆安装。按照第三步的要求和样式进行第二次横杆安装。

（6）第一层斜杆安装。斜杆按照顺时针方向组塔。将斜杆套入圆盘大孔位置，保证斜杆端部抵住主架圆管，并用斜楔固定。在斜杆安装过程中，应保证其方向的一致性［6］。

（7）依照第五步，来安装第三层横杆。

（8）按照第六步的组搭方式，进行第二层斜杆安装，组装方向需与第一层相同。

（9）主架安装。主架通过四方管相互连接。将连接棒插入下层管中，若需使用主架插销，则必须检查圆盘对齐孔是否在相同方向上［7］。

（10）U型调整座安装。将U型调整座的牙管插入主架管中，再用扳手调整至所需高度，具体图如5所示。

在整个搭设过程中，严禁集中堆放超重物料；支架搭设多为高空作业，要做好安全防护措施，施工人员严禁随意拆除支架的基本构件、整体杆件、连接件等，若因操作需要必须拆除时，需要经过技术部门审核同意后，按照相应的要求进行补强，并在施工完成之后及时恢复原状［8］。每次施工之前，都需要对施工区域内的支架进行检查，发现问题及时上报给现场监理部门，专业人员及时排除安全隐患，确认达到安全要求后，才能进行作业。

图5 U型调整座安装示意图Fig.5Installation diagram of U-shaped adjustment seat

4 支架受力分析

4.1 支架立杆稳定性计算

支架立杆在腹板下的布置为60cm（纵距）×60 cm（横距）×150cm（步距）。

∑NGK=0.6 ×0.6 ×（26×3.368+0.4+0.4+1+0.3+2.5）=33.2kN

∑NGK=0.6 ×0.6 ×6.5=2.34kN

立杆计算长度：l0=ηh=1.2 ×1.5=1.8m，l0=h′+2ka=0.5+2×0.7 ×0.65=1.41m，故l0取1.8m。

立杆长细比：λ=l/i=1800/20.1=89.6＜150，满足要求。查表得，轴心受压杆件稳定系数φ=0.554。

4.2 支架强度和稳定性计算

不组合风荷载时，N=1.2 ×33.2+1.4 ×2.34=43.2kN。组合风荷载时，N=1.2 ×33.2+0.9 ×1.4 ×2.34=42.8kN。

风荷载产生的弯矩设计值为：

满足要求。支架计算结果如表1所示。

分析可得，组合风荷载时支架受力最不利，故仅列出组合风荷载计算结果。

由表1可知：支架强度和稳定性满足要求。

表1 支架受力计算表Tab.1Stress calculation of support

5 结语

综上所述，在深水淤泥地质条件下进行超宽大跨度现浇箱梁施工时，现浇支架搭设工程量大、难度大、施工风险高，地质基础又不能满足传统满堂支架和碗扣支架对基础承载力的要求，采用盘销式钢管支架可以满足要求。广州南沙红莲大桥施工时，采用盘销式钢管支架，支架承载力和稳定性均满足要求，确保了施工的质量和安全性。