黃黔桂，李維安

(1.寧波市斯正項(xiàng)目管理咨詢(xún)有限公司，浙江 寧波 315100；2.寧波市政工程建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江 寧波 315100)

0 引 言

寧波杭州灣新區(qū)是海涂通過(guò)吹填造地形成的新工業(yè)區(qū)，跨越該河道的橋梁地處新區(qū)核心位置，車(chē)流量大，人行密集，周邊住宅林立，城市橋梁景觀造型要求高，經(jīng)比選橋型采用倒花瓶式橋墩和飛燕式鋼管混凝土異形拱橋較為合適。同時(shí)，為減輕上部結(jié)構(gòu)荷載，使拱梁組合體系受力更為合理，采用格構(gòu)式混凝土主梁，其中，增加拱梁結(jié)合段處主梁高度以適應(yīng)端部力學(xué)設(shè)計(jì)要求。

該橋梁在施工期間存在以下幾個(gè)難點(diǎn)。

(1)地質(zhì)條件差。吹填地區(qū)為典型的濱海相地帶，地基承載力相對(duì)較弱。

(2)凈空低。吹填地區(qū)地勢(shì)平緩，地面標(biāo)高僅高出正常水位1.0～1.5 m，橋梁兩側(cè)直接與臨河道路相接，主橋凈空極小，且為不通航水域。

(3)支架經(jīng)濟(jì)性差。傳統(tǒng)混凝土主梁支架采用貝雷桁架及碗扣式滿(mǎn)堂支架體系，期間采用密布分配型鋼(14a工字鋼)過(guò)渡[1-3]。在格構(gòu)式主梁施工時(shí)，系梁、橫梁、挑梁與期間頂板的碗扣支架相對(duì)獨(dú)立，碗扣支架材料用量高于傳統(tǒng)主梁。

因此，針對(duì)此橋梁，本文在以往工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究一套新型的支架施工方法。

1 支架特點(diǎn)

(1)采用密集式臨時(shí)鋼管樁體系，單根鋼管樁長(zhǎng)不超過(guò)30 m，入土深度不低于22 m，單樁承載力特征值以15～30 t為主，鋼管樁間距不小于2倍直徑。

(2)采用組合式支架體系，即鋼管臨時(shí)樁頂部采用貝雷桁架及H型鋼作為主支承體系，系梁、橫梁區(qū)域支架鋪設(shè)方木及模板，期間不設(shè)置其他支承結(jié)構(gòu)；頂板、挑梁及小縱梁區(qū)域，在主支承體系上設(shè)置扣件式鋼管支架體系或碗扣式鋼管支架體系[4-5]。

(3)系梁間的頂板及小縱梁采用扣件式鋼管支架體系，支承小鋼管頂部、底部均通過(guò)扣件形成縱向、橫向支撐體系，其中，鋼管支架底部的橫桿直接支承于貝雷桁架上，采用扣件將豎桿上部結(jié)構(gòu)的重量傳遞至橫桿；鋼管支架頂部的橫桿用于支承主梁頂板的方木及模板。

(4)挑梁及其頂板采用傳統(tǒng)碗扣式鋼管支架體系，其中，挑梁區(qū)域與挑梁間頂板區(qū)域相互獨(dú)立。挑梁頂板在混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)予以拆除，挑梁需在全橋預(yù)應(yīng)力體系全部完成(待梁拱組合體系形成)后方能拆除。

2 工藝原理

2.1 密集式鋼管樁基礎(chǔ)

吹填地區(qū)屬于典型的濱海相地質(zhì)，河床(海床)底部為較密實(shí)的砂質(zhì)粉土層，力學(xué)性狀良好，內(nèi)摩擦角及樁側(cè)摩阻力高。砂質(zhì)粉土層下部為40～60 m的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，力學(xué)性狀極差，樁側(cè)摩阻力僅為上層土的25%～30%。

因此，格構(gòu)式混凝土主梁支架體系設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能將臨時(shí)支承樁底標(biāo)高控制在砂土層以下5～10 m處，一方面可使砂質(zhì)粉土層發(fā)揮功能；另一方面，打穿砂土層有利于樁端應(yīng)力的擴(kuò)散，能有效避免軟弱下臥層的沉降問(wèn)題[6-7]。

密集式鋼管樁平面布位時(shí)，應(yīng)考慮其所屬區(qū)域內(nèi)混凝土自重、混凝土振搗作用及施工臨時(shí)荷載，盡可能做到單樁反力相近，反力相差較大時(shí)可采用區(qū)域群樁體系加強(qiáng)。

2.2 組合式支架體系

321型貝雷桁架以自重小、承載力高、應(yīng)用靈活、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于工程施工期間的臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)。格構(gòu)式混凝土主梁的凈空較低時(shí)，貝雷桁架與主結(jié)構(gòu)間間隙極小，故直接將系梁、橫梁支承于321型貝雷桁架上(設(shè)置方木及模板)，待梁拱組合體系形成后，通過(guò)割除部分鋼管樁的方式，完成主體結(jié)構(gòu)的落架。

貝雷桁架應(yīng)盡可能沿主體結(jié)構(gòu)跨徑方向布置，以減少分配梁(分配梁采用雙拼工字鋼，力學(xué)性能相對(duì)較弱)的計(jì)算跨徑。因此，格構(gòu)式主梁中，系梁區(qū)域貝雷桁架沿順橋向布置，橫梁區(qū)域貝雷桁架沿橫橋向布置。挑梁區(qū)域因跨徑較小，多采用密肋型鋼體系(14a工字鋼及8 mm花紋鋼板)，便于降低成本。

橫梁和橫梁間的頂板與貝雷桁架頂部應(yīng)留有近3.0 m的高差，且橫梁與頂板相交處應(yīng)設(shè)有大倒角，故采用布置靈活的扣件式鋼管支架體系。

挑梁及其頂板區(qū)域相對(duì)規(guī)則，且挑梁區(qū)域支架與其頂板區(qū)域支架彼此獨(dú)立，頂板區(qū)域支架僅需在該區(qū)域混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后拆除即可，挑梁區(qū)域支架需工作至全橋梁拱體系形成后拆除[8-9]。兩者間隙較小且便于調(diào)整，故采用可重復(fù)利用、固定規(guī)格模數(shù)的碗扣式支架體系(鋼管支架因桿件長(zhǎng)度過(guò)短、尺寸單一等不足，不利于后期重復(fù)使用)。

2.3 創(chuàng)新扣件鋼管支架體系

碗扣式鋼管支架的步距相對(duì)固定，以0.6、0.9、1.2 m為主；貝雷桁架的間距亦相對(duì)固定，以0.9 m為主，部分可采用0.6 m或1.2 m的間距。而格構(gòu)式混凝土主梁的橫梁倒角尺寸、橫梁間距很難與碗扣支架步距及貝雷桁架間距相匹配。若在拱肋桁架上設(shè)置臨時(shí)支承型鋼(如14a工字鋼)，則存在低凈空時(shí)安裝、拆除困難的問(wèn)題，且材料一次性投入較大，經(jīng)濟(jì)性較差。創(chuàng)新扣件式鋼管支架體系可很好地解決上述矛盾，其具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。

(1)鋼管截面面積小，成本較低且回收利用率高；重量較小，可直接人工搬運(yùn)，安裝、拆除方便。

(2)鋼管自身具備一定的強(qiáng)度與剛度，不僅可作為豎向受力構(gòu)件(柱)，還可作為橫向受力構(gòu)件(梁)。

(3)扣件可通過(guò)自身抗滑承載力將橫向、縱向、豎向鋼管在單一節(jié)點(diǎn)處連成整體。

3 支架施工技術(shù)

施工流程見(jiàn)圖1。

圖1 施工流程

3.1 結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)包括幾何設(shè)計(jì)與力學(xué)設(shè)計(jì)兩部分。

(1)幾何設(shè)計(jì)包括主梁支架線形確定(設(shè)計(jì)線形、設(shè)計(jì)預(yù)拱度及施工預(yù)拱度)、支承結(jié)構(gòu)的布置形式(平面及立面)確定、支承平臺(tái)間的高差處理、碗扣式鋼管及扣件式鋼管支架的位置確定等。

(2)力學(xué)設(shè)計(jì)包括鋼管臨時(shí)墩的布置及入土深度復(fù)核，貝雷桁架及H型鋼體系的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及變形復(fù)核，碗扣式鋼管支架的承載力校核，扣件式鋼管支架的承載力校核，扣件抗滑承載力校核等。力學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于各類(lèi)構(gòu)件所承擔(dān)的荷載確定——構(gòu)件本身都是簡(jiǎn)支或連續(xù)結(jié)構(gòu)，可通過(guò)計(jì)算手冊(cè)或建議的計(jì)算程序獲得結(jié)果。

(3)每部分支承體系均有模板支架系統(tǒng)、支承梁體系、分配梁體系及支承樁體系。對(duì)應(yīng)支承體系均建立midas/civil三維分析模型(圖2)，并由midas程序直接讀取應(yīng)力，作為各部分支承體系校核的標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)。

圖2 主縱梁貝雷片支承midas/civil模型

3.2 鋼管樁(立柱)基礎(chǔ)

(1)通過(guò)對(duì)組合式支架的受力分析，可得出各工況支架對(duì)鋼管樁(立柱)的支座反力。為確保工況施工安全，應(yīng)先進(jìn)行鋼管樁(立柱)承載力試驗(yàn)確定經(jīng)驗(yàn)值，再根據(jù)摩擦型樁單樁(柱)容許承載力公式與之對(duì)比得出實(shí)際值。必須保證支架具有足夠的剛度和強(qiáng)度，使地基和支架施工過(guò)程中總變形量達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

(2)對(duì)于較長(zhǎng)的鋼管樁工程，相當(dāng)一部分鋼管樁超過(guò)20 m，需在岸上分段焊接，制作成型后再插打。接長(zhǎng)采用對(duì)接滿(mǎn)焊，焊縫要求飽滿(mǎn)，焊接完成后再用鋼板加強(qiáng)，加強(qiáng)鋼板與鋼管間采用環(huán)角焊縫連接。

3.3 下部大鋼管貝雷梁支架的安裝

(1)下部大鋼管貝雷梁支架可根據(jù)工程設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工要求，分為跨徑不同或相同的連續(xù)梁形式。大鋼管分段吊裝空中采用螺栓豎向連接，每安裝12 m設(shè)置1個(gè)鋼抱箍，抱箍四面焊接以橫向、縱向、斜向聯(lián)系，聯(lián)系采用16#槽鋼，鋼管的頂部與工字鋼橫梁焊牢，以增強(qiáng)鋼管的橫向和縱向穩(wěn)定性，安裝時(shí)嚴(yán)格控制鋼管的傾斜度(小于0.1%)[10]。

(2)在鋼管柱和橫梁安裝完畢經(jīng)驗(yàn)收合格后，進(jìn)行貝雷梁的吊裝。貝雷梁的吊裝采用2種方法：在場(chǎng)地條件好、貝雷梁不長(zhǎng)且塔吊或吊車(chē)有足夠的起吊能力的情況下，可在地面先拼接貝雷片后，整聯(lián)雙排吊裝；當(dāng)場(chǎng)地條件不好，貝雷梁又過(guò)長(zhǎng)，或塔吊吊車(chē)的起吊能力有限時(shí)，可將雙排貝雷梁縱向分為幾節(jié)，分跨吊裝拼接。貝雷梁安裝完畢后，在貝雷梁上鋪設(shè)方木或工字梁，形成上部碗扣腳手支架的搭設(shè)平臺(tái)?？缰卸沃骺v梁處采用321型貝雷片作為主要支承梁，貝雷片沿順橋向布置，底板區(qū)域預(yù)留吊桿張拉空間，貝雷片間設(shè)置槽鋼支撐。

3.4 碗扣式及創(chuàng)新扣件式鋼管支架搭設(shè)

(1)支架搭設(shè)嚴(yán)格按照支架設(shè)計(jì)圖、《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 130—2011)和《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 166—2008)的要求進(jìn)行施工。

(2)創(chuàng)新扣件式鋼管支架體系豎向鋼管桿件可按橫梁間距、大倒角尺寸布置；豎桿頂部的水平桿可作為方木、模板體系的支承構(gòu)件(類(lèi)似于框架梁)；豎桿底部的水平桿直接支承于貝雷桁架上(類(lèi)似于基礎(chǔ)梁)；其余水平桿與斜桿均作為抗側(cè)構(gòu)件，提高支架體系的整體穩(wěn)定性。創(chuàng)新點(diǎn)是不用搭設(shè)滿(mǎn)堂支架與貝雷桁架間的過(guò)渡型鋼平臺(tái)，如圖3、4所示。

3.5 支架預(yù)壓

為保證支架變形符合要求，支架拼裝完成后，預(yù)壓3 d以消除支架的彈性變形、塑性變形，具體措施嚴(yán)格按照《鋼管滿(mǎn)堂支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 194—2009)的要求進(jìn)行。

圖3 中橫梁及橋面板支架縱斷面構(gòu)造

圖4 跨中支架立面

3.6 支架的拆除

橫梁區(qū)間的扣件式鋼管支架及挑梁區(qū)間的碗扣式鋼管支架在頂板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后即可拆除，挑梁區(qū)域的碗扣式鋼管支架需在梁拱組合體系形成后拆除。小鋼管支架體系完成拆除后，通過(guò)割除大鋼管的方式實(shí)現(xiàn)貝雷桁架及型鋼支架的整體落架，再依次拆除。

支架體系全部拆除完成后，安排潛水員割除河床底區(qū)域的鋼管，將其上部分的鋼管從主梁預(yù)留的孔中移除。

4 質(zhì)量控制

(1)嚴(yán)格檢查原材料，對(duì)大鋼管、型鋼等周轉(zhuǎn)材料進(jìn)行規(guī)格、銹蝕、彎曲等外觀情況檢查，不符合要求不得使用。型鋼性能應(yīng)符合《熱軋型鋼》(GB/T 706—2008)、《型鋼驗(yàn)收、包裝、標(biāo)志及質(zhì)量證明書(shū)的一般規(guī)定》(GB/T 2101—2008)的要求，其材質(zhì)性能應(yīng)符合《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T 700—2006)的規(guī)定。

(2)鋼結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)按現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》(GB 50661—2011)要求執(zhí)行，焊接材料應(yīng)滿(mǎn)足《埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑》(GBN/T 12470—2003)的要求，焊腳尺寸不低于設(shè)計(jì)圖紙要求。

(3)碗扣式腳手架及扣件式腳手架所用鋼管應(yīng)符合《直縫電焊鋼管》(GB/T13793—92)中的Q235A級(jí)普通鋼管要求，其材質(zhì)性能符合《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T700)的規(guī)定。上碗扣、可調(diào)底座及可調(diào)托撐螺母應(yīng)采用可鍛鑄鐵或鑄鋼制造，其材料性能符合《鍛鑄鐵件》(GB/T 9440—2010)及《一般工程用鑄造碳鋼件》(GB/T 11352—2009)的要求。下碗扣、橫桿接頭、斜桿接頭采用碳素鑄鋼制造，其材料性能符合《一般工程用鑄造碳鋼件》(GB/T 11352—2009)的要求。嚴(yán)禁利用廢舊銹蝕鋼板改制。

(4)碗扣架用鋼管規(guī)格為Φ48 mm，壁厚不小于3.5 mm。立桿連接外套管壁厚不小于3.5 mm，內(nèi)徑不大于50 mm， 外套管長(zhǎng)度不小于160 mm，外伸長(zhǎng)度不小于110 mm。

(5)桿件的焊接在專(zhuān)用工裝上進(jìn)行，各焊接部位應(yīng)牢固可靠，焊縫高度不小于6 mm，其組焊的形位公差應(yīng)符合規(guī)定要求。

(6)立桿上的上碗扣能上下串動(dòng)和靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)卡滯現(xiàn)象；桿件最上端有防止上碗扣脫落的措施。立桿與立桿連接的連接孔處能插入Φ12 mm的連接銷(xiāo)。在碗扣節(jié)點(diǎn)上同時(shí)安裝1～4個(gè)橫桿，上碗扣均能鎖緊。

(7)鋼管柱采用全站儀定位，以控制鋼管柱平面位置和垂直度，柱頂平面誤差不得超過(guò)5 cm?？刂聘鞑课缓附娱L(zhǎng)度、焊接質(zhì)量，按方案進(jìn)行橫向、斜向聯(lián)接。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)本支架施工結(jié)合工程實(shí)際，技術(shù)合理，有一定的創(chuàng)新，不僅節(jié)省了滿(mǎn)堂支架與貝雷桁架間的過(guò)渡型鋼平臺(tái)，而且布置靈活，材料利用率高，可靠性強(qiáng)。

(2)較目前常規(guī)的滿(mǎn)堂支架體系或組合式支架體系，縮短了支架搭設(shè)工期，節(jié)省了支架搭設(shè)費(fèi)用，綜合效益好，可為類(lèi)似工程提供借鑒。