陳林 廖健凱

紅水河特大橋為雙塔非對稱混合式疊合梁斜拉橋，邊跨廣西岸混凝土π型主梁采用支架現(xiàn)澆施工。文章介紹了該橋支架設(shè)計施工方案，并采用Midas Civil有限元分析軟件對支架進(jìn)行驗算分析，驗證了該支架結(jié)構(gòu)的可靠性。

橋梁工程;高大支架;支架預(yù)壓;Midas Civil

U445.55+4-A-23-078-3

0?引言

近年來我國西部山區(qū)橋梁建設(shè)如火如荼，“U”型峽谷、兩岸地形坡度較陡，無公路通至橋位處、交通條件差，受地形控制、施工條件不佳的山區(qū)橋梁比比皆是。跨越“U”型峽谷的橋梁往往采用無支架施工方法，紅水河特大橋橫跨紅水河，河面寬約390 m，橋梁處于封閉水域庫區(qū)，外來船只無法抵達(dá)，其結(jié)構(gòu)形式為雙塔非對稱混合式疊合梁斜拉橋，這使得其施工方法非同尋常。邊跨貴州岸鋼梁采用頂推法施工，邊跨廣西岸混凝土主梁采用支架現(xiàn)澆施工，中跨疊合梁采用纜索吊裝施工。要在施工條件如此困難、空間如此有限的位置很好地運用三種截然不同的施工方法，高質(zhì)、高效、安全地完成紅水河特大橋上構(gòu)施工任務(wù)無疑是一個需要重點研究的施工難點。本文主要針對廣西岸邊跨主梁現(xiàn)澆支架施工技術(shù)進(jìn)行探討。

1?工程概況

紅水河特大橋上部結(jié)構(gòu)為引橋（2×20） m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁+主橋（213 m+508 m+185 m）雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋。主塔處主梁采用縱向漂浮體系，塔柱采用折H型索塔，主橋5#、6#塔均為195.1 m。主橋邊跨貴州岸及中跨采用疊合主梁，邊跨廣西岸采用預(yù)應(yīng)力混凝土π型梁。邊跨貴州岸及主塔上鋼梁ZL1～ZL22采用頂推法施工;中跨鋼梁ZL23～ZL65及橋面板采用纜索吊單懸臂施工;邊跨貴州岸橋面板采用架橋機安裝;貴州岸引橋箱梁、邊跨廣西岸π型梁及主塔旁鋼混結(jié)合段采用落地支架現(xiàn)澆法施工。

2?支架設(shè)計

邊跨廣西岸混凝土“π”型截面主梁澆筑段長195 m。支架位于地勢環(huán)境復(fù)雜的陡坡地帶，且不通陸運，所有資源調(diào)運都必須通過水運，現(xiàn)場無多余的施工場地。綜合多方面

制約因素，采取一次預(yù)壓18 m、分段多次預(yù)壓，并分五段澆筑的方案，混凝土總方量達(dá)6 368.0 m3。在施工上采用梁柱式貝雷片支架設(shè)計，支架縱向長度為200 m，支架高度為2.7～62 m，支架立管標(biāo)準(zhǔn)跨徑為6 m。由于橫向預(yù)應(yīng)力張

拉可能會導(dǎo)致梁中間拱起而引起兩側(cè)主管受力增大，因此橫向兩側(cè)主管采用630×10 mm螺旋鋼管，中間主管采用530×10 mm螺旋鋼管。主管橫向聯(lián)系采用219×6 mm鋼管桁架結(jié)構(gòu)，桁架鋼管通過節(jié)點板與主管焊接連接。連桿采用軸向受力最佳的圓管，連桿圓管與立柱圓管之間的連接采用節(jié)點板焊接，圓管切割只需沿管軸向開扁平U型口，比切割相貫線要簡單容易得多。

現(xiàn)澆支架基礎(chǔ)在陡坡和松散土層區(qū)采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，樁基內(nèi)配有鋼筋籠，在開闊平坦區(qū)采用剛性擴大基礎(chǔ)。在支架設(shè)計上，將支承立管部分設(shè)計成空間桁架體系，整體支架在滿足強度和剛度要求的同時，穩(wěn)定性大大提高。

3?支架預(yù)壓

主梁形式為π型梁，根據(jù)主梁截面混凝土自重情況，預(yù)壓采用鋼筋堆載輔以水袋抽水加載的方案。根據(jù)梁體橫截面及縱斷面變化情況，每次堆載長度為9～18 m，加載順序由6#主塔往9#橋臺方向進(jìn)行，預(yù)壓荷載等于1.1倍梁體自重。標(biāo)準(zhǔn)截面一次預(yù)壓總重為1 366 t，預(yù)壓分5級加載：30%、50%、80%、100%、110%（見表1）。預(yù)壓加載到110%后，靜載需超過10 h，且沉降無繼續(xù)變化后方能卸載。

3.1?支架預(yù)壓設(shè)計

根據(jù)π型主梁標(biāo)準(zhǔn)截面的每延米重量及重量分部情況，預(yù)壓設(shè)計成π型主梁兩側(cè)鋼筋堆載，中間為9×9×1.5 m水袋4個。布置如圖1～2所示。

在預(yù)壓過程中，每增加一級荷載應(yīng)該注意觀察支架的工作情況?？v橫方向加載順序都應(yīng)遵循均勻?qū)ΨQ的原則，在預(yù)壓過程中若聽到支架發(fā)出較大響聲，或檢查發(fā)現(xiàn)焊接的焊縫開裂，必須馬上停止加載，并進(jìn)行卸載，相關(guān)人員立即對支架進(jìn)行全面排查、加固。

3.2?支架預(yù)壓計算

采用Midas Civil有限元分析軟件對支架進(jìn)行驗算。由于支架單元數(shù)量較多，因此將整個支架分成兩部分進(jìn)行建模驗算：貝雷片、分配梁及模板作為模型1進(jìn)行驗算，模型2為鋼管支架及橫縱連接構(gòu)造。主要計算構(gòu)件為：（1）530 mm鋼管立柱;（2）雙拼50a#工字鋼橫梁;（3）貝雷片縱梁;（4）10#槽鋼分配梁。

根據(jù)《橋涵設(shè)計通用規(guī)范》可知：貴州羅甸百年一遇的風(fēng)荷載取0.35 kN/m2。

鋼管支架、貝雷片及模板等自重均由Midas Civil有限元分析軟件自動生成。所有荷載均以平面荷載的形式添加到模板單元中?；炷梁奢d根據(jù)各部位高度不同而添加不同的荷載值。

3.2.1?模型1（貝雷片、分配梁及模板）驗算

廣西岸主梁總共分五次澆筑，由于第五次澆筑的梁段所屬支架大部分貝雷片直接搭設(shè)在混凝土橫梁基礎(chǔ)上，該段支架不進(jìn)行驗算。因此，廣西岸主梁分為四個工況進(jìn)行驗算：

工況一：第一次澆筑混凝土?xí)r，該段梁段支架承受混凝土荷載、施工荷載及自重，其他梁段支架承受自重;

工況二：第二次澆筑混凝土?xí)r，該段梁段支架承受混凝土荷載、施工荷載及自重，第一次澆筑梁段支架承受混凝土荷載，其他梁段支架承受自身自重;

工況三：第三次澆筑混凝土?xí)r，該段梁段支架承受混凝土荷載、施工荷載及自重，第一、二次澆筑梁段支架承受混凝土荷載，其他梁段支架承受自身自重;

工況四：第四次澆筑混凝土?xí)r，該段梁段支架承受混凝土荷載、施工荷載及自重，第一、二、三次澆筑梁段支架承受混凝土荷載。

采用Midas Civil有限元分析軟件對支架各工況進(jìn)行驗算，其結(jié)果如表2所示，均滿足要求。

3.2.2?模型2（鋼管支架及橫縱連接）驗算

根據(jù)貝雷片支架的支反力情況對鋼管支架進(jìn)行建模驗算，貝雷片支反力最大時鋼管支架最不利。采用Midas Civil有限元分析軟件對支架進(jìn)行驗算，其計算結(jié)果如圖3、圖4所示。

由計算可得，鋼管支架最大組合應(yīng)力為139.7 MPa，最大彎曲應(yīng)力為139.7MPa，最大軸應(yīng)力為68.7MPa，最大剪應(yīng)力為59.5MPa，均小于材料容許應(yīng)力[3]。最大累積位移為21.9 mm，施工中結(jié)合預(yù)壓數(shù)據(jù)做好施工預(yù)抬。最大豎向反力為132.1 t。

3.3?支架基礎(chǔ)驗算[4-5]

支架基礎(chǔ)承受最大豎向荷載F=1 321 kN。樁基混凝土自重相對荷載來說可以忽略不計，N?d=F。樁基受力簡化為素混凝土軸心受壓力學(xué)模型。C25混凝土f?cd=11.5 N/mm2。特大橋重要系數(shù)r?o=1.1。由于樁基全部埋置在地面以下，樁長較短，且根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，不考慮穩(wěn)定系數(shù)對樁基的折減，取1，按下式驗算：

r?oN?d≤0.9（f?cdA+f?cd′A?s′）（1）

r?oN?d=1.1×1 321=1 442 kN

0.9（f?cdA+f?cd′A?s′）=0.9×1（11.5×3.14×7502+0）=18 281 kN

18 281/1 442=12.6，即素混凝土單樁抗壓強度達(dá)到12.6倍的安全保證系數(shù)，滿足規(guī)范要求。

3.4?監(jiān)測結(jié)果

觀測點從預(yù)壓的起點開始，縱向每隔6 m設(shè)一排觀測點，橫向取5個觀測點。加載分5級加載，各水袋高度方向按5級加載重量分5個刻度，每級加載各水袋抽水至相應(yīng)的高度且鋼筋加載完畢后，在觀測點量測支架相應(yīng)的沉降量。同時，支架縱向每隔兩排樁（12 m）兩側(cè)各設(shè)置一個棱鏡及吊錘，用于監(jiān)控量測支架平面偏位情況。

在預(yù)壓過程中，利用全站儀、水準(zhǔn)儀等測量支架變形量，預(yù)壓結(jié)果表明支架彈性變形在1～2 cm，與計算模型基本吻合。五段混凝土主梁澆筑完畢，混凝土主梁線形誤差≤10 mm，支架偏位≤12 mm，支架根部應(yīng)力≤200MPa，監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證了支架在強度、剛度和穩(wěn)定性上都表現(xiàn)較好。

4?結(jié)語

在支架設(shè)計上，將支承立管部分設(shè)計成空間桁架體系，整體支架在滿足強度和剛度要求的同時，穩(wěn)定性大大提高。連桿采用軸向受力最佳的圓管，連桿圓管與立柱圓管之間的連接采用節(jié)點板焊接，圓管切割只需沿管軸向開扁平U型口，比切割相貫線要簡單容易得多。鋼筋堆載輔以水袋抽水加載預(yù)壓方案解決了復(fù)雜山區(qū)堆載預(yù)壓方案材料運輸困難的問題，同時由于水袋灌水加載、放水卸載容易，為項目節(jié)約了施工成本和工期。

通過對組合支架的計算，驗證了支架結(jié)構(gòu)的可靠性，量測了支架結(jié)構(gòu)的彈性和非彈性變形量，根據(jù)預(yù)壓試驗取得的數(shù)據(jù)，合理設(shè)置支架的預(yù)拱度，確保橋梁線型美觀，保證了整個支架系統(tǒng)的安全實施。

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