龙门大桥东引桥大跨径现浇箱梁施工关键技术

基金项目：

广西重点研发计划“超大跨径悬索桥约束体系、抗风、锚碇设计与施工技术创新与示范（自筹）”（编号：2022AB22001）

作者简介：王树华（1984—），高级工程师，研究方向：土木工程项目管理。

文章以龙门大桥东引桥第一联连续箱梁为依托，对大跨径现浇箱梁支架提出三种不同的方案并进行比选，确定采用钢管柱+桁架梁组合支架进行东引桥第一联箱梁现浇，该方案支架稳定性高，施工简便，施工作业安全风险低，支架总用钢量少，施工成本低。目前，龙门大桥东引桥第一联已完成左幅49#～50#跨箱梁施工，验证了该方案实施的可行性，可为类似大跨径现浇箱梁施工提供参考。

大跨径支架；有限元计算；施工技术

U448.21+3A561954

0 引言

预应力混凝土连续箱梁已广泛应用于桥梁建设中，一般采用落地支架作为箱梁现浇支撑结构。目前采用较多的支架方案为钢管柱+贝雷梁组合支架或盘扣式满堂支架。在地质要求方面，以上两类支架形式对于地质承载力要求高，如盘扣式满堂支架施工需对支架投影面下的地基进行处理［1］。在跨越能力方面，对于国内50 m跨的连续箱梁，钢管柱+贝雷梁组合支架的跨径一般不超过12 m。在遇到不良地质、高陡边坡等不利情况下，需要加大支架的跨越能力，传统的钢管柱+贝雷梁组合支架不能满足使用要求，故需另进行大跨径现浇箱梁支架方案的设计及比选。

1 龙门大桥东引桥工程概况

龙门大桥东引桥共47跨，分为十联。其中，第一联（48#～51#跨）为等截面连续现浇箱梁，在主桥过渡墩与锚碇横梁之间，位于擦人墩岛上，墩柱高35～44 m。箱梁为单箱单室，高3 m，顶板宽16.25 m，底板宽7.45 m，腹板厚50～80 cm，顶板厚68～28 cm。底板厚70～30 cm。箱梁断面设计图如图1所示。东引桥第一联共四跨，设计图纸内的施工顺序为逐跨施工，第一施工阶段为58 m长，第二、三施工阶段为50 m长，第四施工阶段为42 m长。

东引桥第一联采用钢管柱+贝雷梁组成的落地支架进行现浇箱梁施工，贝雷梁最大跨径为9 m。但由于49#～50#跨箱梁跨越锚碇施工区域为高陡边坡，不利于设置钢管柱作为支架支点，故需增大支架跨径至24 m以上，使现浇支架能够跨越高陡边坡，保证支架使用的稳定性。

2 大跨径现浇箱梁支架方案选择

目前，国内对于较大跨径现浇箱梁支架的设计思路主要有钢管柱+桁架梁组合支架、钢管柱+双层贝雷梁组合支架、膺架法现浇支架三种方向。

钢管柱+桁架梁组合支架方案主要利用鱼腹桁架梁以提高桁架梁刚度、降低桁架梁挠度，可以大大降低支架用钢量。桁架梁跨越能力达到24 m以上，可以减少临时基础及钢管柱的搭设。

钢管柱+双层贝雷梁组合支架方案主要利用双层贝雷梁增加跨越能力，减少中间临时基础及钢管柱，用增加的贝雷梁数量代替临时基础，结构合理，总用钢量较多［2］。

膺架法现浇支架方案为大跨桁架支架，采用斜向柱取代临时基础，并在斜向柱下设置水平拉杆，结构受力性能好，用钢量少，成本低。膺架法需设置拉杆以平衡水平力，且斜向柱不适宜设计过长，影响支架稳定性，故该方案适合矮桥墩施工。

从结构、施工难度、施工成本及施工安全四个方面对三种大跨径现浇箱梁支架方案进行对比，如下页表1所示。

对于钢管柱+双层贝雷梁组合支架方案，需要对大量的贝雷梁节点进行安装及检查，且结构变形相对较大，稳定性差，施工安全风险高，故不采用该方案。对于膺架法现浇支架，需要设置水平拉杆以平衡水平力，搭设高度较大时稳定性较差，本项目支架高度高，故不采用该方案。

故在东引桥第一联箱梁现浇施工中，选定钢管柱+桁架梁组合支架方案。该方案支架稳定性高，施工简便，施工作业安全风险低，支架总用钢量少，施工成本低。

3 东引桥第一联箱梁现浇支架设计

3.1 支架结构形式

东引桥第一联箱梁现浇支架采用钢管柱+桁架梁组合支架，支架高度39.4 m。主要由墩柱上的牛腿、扩大基础、630钢管、双拼或三拼Ⅰ63a工字钢主横梁、大跨径桁架梁、Ⅰ36a工字钢分配梁组成。现浇支架整体立面布置如图2所示。采用有限元软件Midas Civil对支架进行建模分析，现浇支架的三维模型如图3所示（图中未显示分配梁）。

桁架梁采用鱼腹梁状的倒三角形桁架形式，设计跨径为25.65 m。桁架梁采用双拼Ⅰ63a工字钢组成主框架，由双拼Ⅰ36a工字钢组成桁架梁撑杆。双拼工字钢设置连接加强钢板，保证双拼工字钢整体性。在节点处，对应工字钢腹板位置设置节点加劲板，在腹板侧面设置加强板，以增加节点连接的稳定性。桁架梁构造如图4所示。

桁架梁在箱梁横断面方向共设置4片，中间两片桁架梁布置间距为4.7 m，外缘桁架梁与中间桁架梁间距为2.5 m。

3.2 支架有限元分析

采用有限元软件Midas Civil对箱梁现浇支架进行模拟计算，支架承受荷载包括支架自重、箱梁钢筋混凝土荷载、施工荷载、风荷载。

按承载能力极限状态法对支架进行荷载组合，组合系数为：1.2×支架自重+1.2×箱梁钢筋混凝土自重+1.4×施工荷载+1.1×风荷载。支架钢材材质为Q235a，组合应力容许值为215 MPa，剪应力容许值为125 MPa。

计算结果如表2所示。由表2可知，支架结构各构件组合应力及剪应力均满足要求。

对于结构变形，按正常使用极限状态法对支架进行荷载组合计算，各荷载作用的分项组合系数均为1.0。从有限元计算结果得出，桁架梁结构整体最大下挠为36.0 mm，发生于结构跨中中心段，根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG T 3650-2020）中条目5.2.8所述“支架受载后挠曲的杆件（横梁、重量），其弹性挠度为相应结构计算跨度的1/400”，本结构弹性挠度最大值采用桁架梁25.65 m跨径的1/400，即64.1 mm，计算得出最大挠度度36.0 mm＜64.0 mm，桁架梁结构变形满足规范要求。

3.3 桁架梁焊缝计算

桁架梁承载钢筋混凝土荷载时，受力最不利的构件为双拼2Ⅰ63a工字钢主梁，故对桁架梁主梁连接节点的焊缝进行计算。

根据组合支架Midas Civil有限元模型计算结果，桁架梁主梁内力分别为：剪力Q=15 869.8 N，轴力N=2 186 878 N，弯矩M=21 114 130 N·mm。焊缝长度按设计图取500 mm，焊脚高10 mm，有效焊缝计算长度为480 mm。焊缝应力计算为［3］：

经计算，桁架梁节点焊缝强度满足要求。

4 大跨径现浇箱梁支架施工关键技术

大跨径现浇箱梁支架施工主要流程为：预埋件安装→基础施工→钢管柱安装→支架横联安装→主横梁安装→桁架梁安装→分配梁安装→支架预压→模板安装→钢筋混凝土施工→预应力施工→支架拆除［4］。

4.1 支架下构施工

支架下构包括支架扩大基础、墩身牛腿、钢管柱及主横梁。

在墩柱范围外的支架基础为混凝土扩大基础，在对基础中心放样标记后，开挖至基底承载力满足要求，再安装由钢板和钢筋组成的预埋件，使预埋钢板中心和设计钢管中心坐标一致，并用水平尺测量，保证预埋钢板顶面水平。

在墩柱范围内的支架基础选用在墩柱上预留槽口，后设置钢牛腿的形式，如图5所示。采用钢牛腿的形式可无需设置落地钢管柱，减少材料使用的同时，降低了作业风险。

随后进行钢管柱及主横梁的安装。钢管柱安装于扩大基础的预埋钢板上，并在四周焊接三角加劲板进行加强处理。钢管柱安装高度较高，需进行接长，接长接头外侧使用4块矩形钢板对钢管接头进行围焊补强。钢管柱安装过程进行垂直度监测，若有超限立刻进行整改。

随着支架的安装，需安装支架间的横联及斜联，采用双拼Ⅰ25a槽钢作为横联和斜联，加强钢管柱之间的连续性，靠近桥墩的钢管柱通过杆件焊接于墩身上的预埋钢板与桥墩进行连接，保证支架结构稳定性。

主横梁轴线和钢管柱排架轴线应安装重合，以保证钢管柱轴心受压。将钢管柱顶切割成凹状，主横梁现场吊装至钢管柱顶部凹槽内，与钢管柱焊接连接。主横梁与钢管柱之间每边采用2块三角加劲板焊接加固。

4.2 桁架梁施工

为减少高空作业风险，将桁架梁在地面工厂加工制造。制造时设置制造胎架，以保证桁架梁的线形满足要求，防止制造过程中产生形变。对于桁架梁框架拼装，为保证型钢的受力更加合理，双拼Ⅰ36a工字钢撑杆对应双拼Ⅰ63a工字钢主梁进行安装，且双拼Ⅰ36a工字钢横向不紧贴，使用连接板进行连接。在桁架梁框架焊接完成后，按设计要求进行加劲板及加强板的焊接。

桁架梁制造过程中主要焊缝分为对接焊缝和角焊缝。其中对接焊缝主要为双拼工字钢的连接焊缝，此类型焊缝应进行外观检查，焊缝表面不应该出现气孔、裂纹等缺陷。角焊缝主要为各节点处连接、双拼工字钢钢板拼接及加劲板焊接，检查内容焊缝质量及焊缝厚度。桁架梁加工完成后进行焊缝的无损检测，经检测的焊缝均合格。

桁架梁安装采用500 t汽车吊进行施工。安装前，于地面上采用50 t汽车吊辅助桁架梁进行姿态调整，并在主横梁及桁架梁上相应安装位置做好标记，设置横向限位装置。桁架梁起吊后，将其吊入设置的横向限位槽后，将安装位置与标记处对应好，进行桁架梁临时固定，即可进行下一片桁架梁的安装。

桁架梁逐片安装完成后，进行施工平台的完善，对主横梁上的焊缝进行加强，安装各片桁架梁之间的横联及斜联，增加桁架梁的稳定性。

4.3 支架预压

采用钢筋堆载进行支架预压，预压荷载分布与箱梁荷载分布一致，为便于荷载施加，在分配梁施工完成后，完善施工平台，将钢筋堆载于分配梁上，提高钢筋堆载过程的安全性。

预压荷载按0→50％→80％→100%→105%四级进行加载，持荷缓慢施加，在每级加载稳定后，再对各个监测点沉降进行采集。当支架测点连续两次沉降差平均＜2 mm，方可继续加载。荷载加载完成后，按照6 h、12 h、24 h对各监测点的沉降进行采集，要求支架弹性变形完成后的沉降趋于收敛且收敛值≤3 mm。卸载时应按四级缓慢卸载，并做好监测点变形采集后再进行下一级荷载卸载。

桁架梁沉降观测点设置3个断面，相应断面横向设置4个沉降观测点，即相应断面处的桁架梁位置均设置沉降观测点。观测点采用测量棱镜设于桁架梁底部，便于观测。

经预压过程对观测点的测量，桁架梁跨中观测点最大沉降为26.7 mm，施工效果良好。

5 结语

本文以龙门大桥东引桥第一联连续箱梁为依托，通过对大跨径现浇箱梁支架提出三种方案进行优劣对比分析，采用钢管柱+桁架梁组合支架进行东引桥第一联箱梁现浇，该方案支架稳定性高、施工简便、施工作业安全风险低、支架总用钢量少、施工成本低。

目前，龙门大桥东引桥第一联已完成左幅49#～50#跨箱梁施工，验证了方案实施的可行性，本文案例可为类似大跨径现浇箱梁施工提供参考。

参考文献

［1］李慧慧.公路桥梁的大跨度现浇箱梁支架设计与施工技术［J］.四川建材，2023，49（7）：181-183.

［2］金立丰，张其来.大跨斜拉桥混凝土主梁现浇支架设计与施工［J］.湖南交通科技，2016，42（4）：133-136.

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

［4］赵 耀.超大跨高墩无落地组合体系支架现浇箱梁施工技术［J］.工程机械与维修，2023（2）：130-133.