劉金偉

（中交路橋華南工程有限公司，廣東中山 528405）

1.工程概況

杭州市九堡大橋南接線一標(biāo)跨杭甬高速主線上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為64m+110m+64m的連續(xù)剛構(gòu)形式，連續(xù)剛構(gòu)橋0#塊高度為6.4m，長(zhǎng)度為16.0m，其中主墩墩身兩側(cè)懸臂端長(zhǎng)度為4.4m，雙薄壁墩之間長(zhǎng)度為4.8m，橫隔板厚1.2m同墩身厚度，為單箱單室結(jié)構(gòu)形式，底板寬620cm，頂板寬1240cm，翼緣板寬390cm，翼緣板邊厚均為20cm，翼緣根部厚均為55cm，懸臂端底板厚82.5cm～90cm，頂板厚均為25cm，腹板厚均為60cm[1]。

河百高速四標(biāo)K57+013.128處車行天橋上部結(jié)構(gòu)采用30m+40m+30m預(yù)應(yīng)力混凝土等截面連續(xù)箱梁，箱梁高度為210cm，底板寬350cm，頂板寬600cm，翼緣寬95cm，翼緣板邊厚均為18cm，翼緣根部厚均為40cm，單箱單室結(jié)構(gòu)底板厚22cm～42cm，頂板厚25cm～45cm，腹板厚45cm～80cm。

2.支架方案的初步比選分析

2.1 上跨杭甬高速主線連續(xù)剛構(gòu)0#塊支架方案初步比選分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，杭州市九堡大橋南接線一標(biāo)上跨杭甬高速主線連續(xù)剛構(gòu)0#塊支架的設(shè)置比選方案主要有兩種，一種為直立式的鋼管支架形式，采用此種支架結(jié)構(gòu)，共需設(shè)置Φ630mm×8mm的鋼管12根，其中6根鋼管支架均位于主墩承臺(tái)外，且該橋位地處杭州粉砂土地層，表層土壤地基承載力弱，對(duì)于位于主墩承臺(tái)外的鋼管，為確保支架基礎(chǔ)的安全，需考慮插打鋼管樁作為支架基礎(chǔ)，方案設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。

圖1 直立式鋼管支架立面及平面設(shè)計(jì)示意圖（以單幅支架為例 單位：cm）

另一種支架設(shè)置方案為斜鋼管支架形式，改第一種方案中處于主墩承臺(tái)外的直鋼管支架為斜鋼管支架形式，經(jīng)調(diào)整后，共有4根鋼管支架位于主墩承臺(tái)外，對(duì)于位于承臺(tái)外鋼管樁，考慮在進(jìn)行主墩承臺(tái)進(jìn)行施工時(shí)，外部設(shè)置鋼筋混凝土牛腿與主墩承臺(tái)進(jìn)行可靠連接，鋼管支架支撐在鋼筋混凝土牛腿上，采用此種方法可節(jié)約相應(yīng)的鋼管樁基礎(chǔ)設(shè)置費(fèi)用，方案設(shè)計(jì)示意圖如圖2所示。

圖2 斜鋼管支架立面及平面設(shè)計(jì)示意圖（以單幅支架為例 單位：cm）

綜合比較上述2種支架設(shè)計(jì)方案，直鋼管支架雖具有搭設(shè)方便的優(yōu)勢(shì)，但不能利用已有的橋梁基礎(chǔ)，需插打鋼管樁作為支架基礎(chǔ)，成本較大；斜鋼管支架搭設(shè)難度相對(duì)較大，但能利用已有的橋梁基礎(chǔ)，節(jié)約了一定的基礎(chǔ)處理費(fèi)用，但由于支架鋼管設(shè)置為斜立形式，整個(gè)支架承受一定的水平力，須做好支架與墩身的連接設(shè)計(jì)。

2.2 K57+013.128處車行天橋現(xiàn)澆箱梁支架方案初步比選分析

K57+013.128處車行天橋現(xiàn)澆箱梁同樣有直立式鋼管和斜鋼管2種支架比選方案，如支架設(shè)置為直立式形式，靠近墩身處的支架鋼管基礎(chǔ)需設(shè)置在邊坡上，邊坡開挖出來的地質(zhì)揭示為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，支架鋼管基礎(chǔ)可采用擴(kuò)大基礎(chǔ)形式，但前期主墩承臺(tái)施工時(shí)已開挖部分邊坡，邊坡遭到破壞，在條形基礎(chǔ)施工前，需對(duì)已開挖破壞的邊坡進(jìn)行支擋防護(hù)，防止后期邊坡垮塌，整個(gè)支架方案的成本較大且較不安全，方案設(shè)計(jì)示意圖如圖3所示。

圖3 直立式鋼管支架立面設(shè)計(jì)示意圖（單位：cm）

對(duì)于靠近墩身處支架，變直立式鋼管為斜鋼管的形式，將鋼管基礎(chǔ)設(shè)置在既有主墩承臺(tái)上，避開位于已開挖邊坡上，一方面支架基礎(chǔ)較穩(wěn)，另一方面不需進(jìn)行條形基礎(chǔ)的施工，節(jié)約了一定的基礎(chǔ)處理費(fèi)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)性，方案設(shè)計(jì)示意圖如圖4所示。

圖4 斜鋼管支架設(shè)計(jì)示意圖（單位：cm）

綜合比較上述2種支架設(shè)計(jì)方案，斜鋼管支架具有一定的經(jīng)濟(jì)和安全方面的優(yōu)勢(shì)，但由于支架鋼管設(shè)置為斜立的形式，整個(gè)支架承受一定的水平力，且由于墩身寬度較窄，靠近墩身順橋向兩側(cè)的支架鋼管采用了對(duì)拉連接，支架受力在確保墩身連墻件水平受力滿足要求的同時(shí)，還需對(duì)墩身兩側(cè)支架在不平衡澆筑工況下的受力進(jìn)行計(jì)算，并在過程中嚴(yán)格控制現(xiàn)澆箱梁砼的澆筑順序，確保支架受力安全性。

3.斜鋼管支架的受力分析

3.1 斜鋼管支架連墻件受力分析

斜鋼管支架的受力不同于直立鋼管的受力，由于立柱鋼管設(shè)置為與豎直方向帶一定夾角的形式，立柱鋼管不可避免地會(huì)產(chǎn)生水平方向的分力，需將支架整體采用連墻件與剛性的墩身結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，抵消掉水平分力對(duì)于支架體系的不利影響，確保支架體系的整體穩(wěn)定。連墻件宜釋放對(duì)于支架鋼管的垂直受力約束，尤其對(duì)于搭設(shè)高度較大的鋼管支架，支架鋼管在承受混凝土澆筑傳遞來的豎向力作用時(shí)，鋼管將產(chǎn)生豎直方向的壓縮變形，鋼管搭設(shè)高度越高，此種變形越大，如連墻件對(duì)支架鋼管具有垂直方向的約束，鋼管的壓縮變形得到約束，連墻件與墩身及鋼管連接處將產(chǎn)生較大的次內(nèi)力，連墻件與墩身預(yù)埋鋼板及支架鋼管均采用焊接進(jìn)行連接時(shí)，焊縫很有可能產(chǎn)生破壞，且當(dāng)連墻件的長(zhǎng)度越短、剛度越大時(shí)，次內(nèi)力越難得到釋放，破壞則越大，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致連墻件失效。對(duì)比全約束連接，鉸接連接釋放了垂直方向的位移約束及各方向的轉(zhuǎn)動(dòng)約束，連墻件不受豎直方向的反力及約束轉(zhuǎn)動(dòng)的彎矩，連墻件的受力情況得到了改善，連墻件設(shè)置為銷接形式，在墩身混凝土內(nèi)預(yù)埋錨筋及錨板，在錨板上焊接銷接耳板，耳板內(nèi)穿銷子與連墻件進(jìn)行連接，連墻件另一側(cè)與支架鋼管采用焊接[2]。

3.2 支架在不平衡澆筑工況下的受力分析

對(duì)于既與墩身采用了連墻件進(jìn)行連接，墩身兩側(cè)鋼管又采用了對(duì)拉連接的支架，其雖設(shè)置為對(duì)稱、對(duì)拉的形式，在理想的對(duì)稱澆筑工況下，支架水平分力可得到抵消。但在不平衡澆筑的工況下，整個(gè)支架的水平分力處于未抵消的狀態(tài)，一側(cè)的水平分力將導(dǎo)致另一側(cè)的支架處于反向受拉狀態(tài)，根據(jù)MIDAS軟件的分析，平衡澆筑與不平衡澆筑兩種工況條件下連墻件的最大反力差別較小，但揭示的反力顯示。由于不平衡澆筑導(dǎo)致一側(cè)支架處于反拉狀態(tài)，反拉狀態(tài)下的連墻件處于受壓狀態(tài)，可見對(duì)于這種可能處于不平衡澆筑狀態(tài)下的連墻件設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考慮拉壓受力，連墻件宜設(shè)置為焊接形式，以此來確保約束的有效性及受壓桿件的穩(wěn)定性，保證支架整體穩(wěn)定。對(duì)于焊接帶來的豎直方向次內(nèi)力過大的問題，在保證連墻件承受水平反力的同時(shí)，可通過減少連墻件剛度的方式來得以解決，連墻件具有一定的柔性，可釋放對(duì)應(yīng)的次內(nèi)力，尤其是柔性的連墻件可減少對(duì)于立柱鋼管在豎直方向壓縮變形及轉(zhuǎn)動(dòng)變形的約束，減少連墻件所受的豎向力及彎矩。實(shí)際施工過程中，減少連墻件的剛度主要通過增加連墻件的長(zhǎng)度或減少連墻件的橫截面面積來進(jìn)行解決，K57+013.128處車行天橋現(xiàn)澆箱梁支架連墻件設(shè)置為雙拼槽20a型鋼與墩身預(yù)埋件及支架鋼管進(jìn)行焊接，支架在平衡澆筑工況下及不平衡澆筑工況下的連墻件焊縫及強(qiáng)度均滿足要求，連墻件約束的有效性得到了保證。在實(shí)際施工過程中，對(duì)于斜鋼管支架的澆筑來說，盡量平衡對(duì)稱澆筑，確保連墻件的對(duì)稱受力，保證了支架承受水平荷載的安全[3]。

4.結(jié)語

斜鋼管支架較直立式鋼管支架來說，支架基礎(chǔ)利用既有的橋梁下部結(jié)構(gòu)或通過可靠的連接方式與橋梁下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進(jìn)行連接，整個(gè)支架的基礎(chǔ)剛度較大，支架基礎(chǔ)的安全性更有保障，且能節(jié)約一定的基礎(chǔ)施工成本。但對(duì)于這種非常規(guī)的支架設(shè)置形式，應(yīng)用的關(guān)鍵為支架的受力分析，需著重從斜鋼管支架承受水平力的特點(diǎn)上，進(jìn)行支架連墻件的設(shè)計(jì)。當(dāng)墩身兩側(cè)支架采用對(duì)拉時(shí)，需考慮支架在不平衡澆筑工況下的受力分析，當(dāng)支架支撐在與主墩承臺(tái)相連接的鋼筋混凝土牛腿上時(shí)，針對(duì)鋼筋混凝土承受較大豎直向反力的特點(diǎn)，需對(duì)鋼筋混凝土牛腿進(jìn)行專項(xiàng)的抗剪設(shè)計(jì)。