架高鋼支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

沈文杰 陳 輝

1. 同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院 上海 200092；2. 上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200433

目前，橋梁主橋墩承臺的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)中常常會存在這樣的問題：現(xiàn)場的自然地坪標(biāo)高低于橋墩承臺的面標(biāo)高。在常規(guī)的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)中，承臺必須要進(jìn)行二次澆筑。為使橋墩承臺一次性澆筑，從而縮短工期，降低成本，我們經(jīng)過一系列的探索與研究，設(shè)計(jì)出了一種支撐架空傳力抗傾覆系統(tǒng)——支撐牛腿，將支撐系統(tǒng)抬高。該系統(tǒng)在上海辰塔公路跨黃浦江大橋新建項(xiàng)目中得到成功應(yīng)用，解決了抬高的支撐系統(tǒng)與壓頂圈梁連接的問題，保證了橋墩承臺基坑的安全。

1 工程概況

辰塔大橋是上海市松江區(qū)辰塔公路南延伸跨黃浦江大橋，主橋?yàn)殡p塔雙索面混凝土梁斜拉橋。全長1 648 m，主跨296 m，全橋共84 對斜拉索，縱向立面采用扇形布置。斜拉索混凝土主塔總高93.7 m。主墩承臺尺寸58.2 m×9 m，混凝土5 919.2 m3。

1.1 基坑概況

南塔承臺基坑面積1 253 m2，基坑周長153 m，基坑開挖深度為5.48 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ650 mm@450 mm三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插400 mm×400 mm H型鋼，基坑安全等級為三級。

1.2 支撐布置[1,2]

南塔承臺基坑只設(shè)置1 道水平鋼支撐，采用Φ609 mm×16 mm鋼管支撐?；邮┕し秶鷥?nèi)自然地坪標(biāo)高為3.48 m，南塔承臺結(jié)構(gòu)頂面標(biāo)高為3.70 m，自然地坪標(biāo)高低于橋墩承臺的面標(biāo)高0.22 m。故考慮將支撐系統(tǒng)抬高，抬高后支撐中心標(biāo)高為4.30 m（圖1）。這樣承臺就可以一次性澆筑完成，最后再進(jìn)行拆除。

圖1 主墩承臺基坑剖面

2 支撐穩(wěn)定性驗(yàn)算[3-5]

計(jì)算采用同濟(jì)啟明星基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)專用軟件，計(jì)算工況：圍護(hù)結(jié)構(gòu)為單排SMW工法樁，Φ650 mm，基坑開挖寬度5.48 m，對撐間距8.43 m，地面超載20 kPa。

2.1 最大應(yīng)力計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，鋼支撐最大軸力N=2 025.3 kN，鋼管截面面積故鋼支撐最大應(yīng)力為66.2 MPa。

2.2 長細(xì)比計(jì)算

2.3 穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017—2013）第5.2.2條規(guī)定：彎矩作用在對稱軸平面內(nèi)（繞x軸）的實(shí)腹式壓彎構(gòu)件，其穩(wěn)定性應(yīng)按下列規(guī)定計(jì)算：

彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性：

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017—2013）第5.1.2條規(guī)定：表5.1.2-1確定軸心受壓構(gòu)件的截面分類為b類，由附錄C可以確定：φx=0.536；根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017—2013）第5.2.1條規(guī)定：γx=1.15；（3.8為最大軸力桿件的偏心位移）；Mx=Ne（e為安裝偏差）：根據(jù)上海市《基坑工程技術(shù)規(guī)范》（DG/TJ 08—61—2010）第10.2.9條規(guī)定：構(gòu)件界面的初始偏心距可取支撐計(jì)算長度的2/1 000～3/1 000，這里考慮3/1 000，故e=22 250×0.003=66.75 mm。

3 支撐架空傳力抗傾覆系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 支撐架空傳力抗傾覆系統(tǒng)的構(gòu)成

支撐架空傳力抗傾覆系統(tǒng)（圖2）是由壓頂板、扶壁板、肋板、反壓樁組成，其他部分如圖所示。

圖2 支撐牛腿連接示意

3.2 支撐架空傳力抗傾覆系統(tǒng)的施工步驟

3.2.1 處理壓頂板下的地基

施工壓頂圈梁與牛腿前，在壓頂板下施工反壓樁。因?yàn)橹蜗到y(tǒng)所承受的軸力將會作用在支撐牛腿上，而架高的支撐系統(tǒng)將會對壓頂圈梁產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)作用。反壓樁能夠提供較大的地基承載力，可以減小壓頂圈梁所承受的扭力，防止壓頂圈梁的扭剪破壞。

3.2.2 連接壓頂圈梁與支撐牛腿

施工壓頂圈梁與牛腿的鋼筋工程，將扶壁板的主筋與壓頂圈梁的縱筋進(jìn)行焊接連接，肋板的鋼筋也將與壓頂圈梁及壓頂板的鋼筋進(jìn)行焊接連接。這樣支撐牛腿與壓頂圈梁連接成為一個整體，從而能更好地承受架高的支撐系統(tǒng)的軸力。

3.2.3 連接鋼支撐系統(tǒng)與支撐牛腿

將錨板用預(yù)埋的鋼筋與支撐牛腿連接成一個整體，然后鋼支撐系統(tǒng)通過焊接與錨板連接，使鋼支撐系統(tǒng)與壓頂圈梁通過支撐牛腿連接成為一個整體。

3.3 支撐架空傳力抗傾覆系統(tǒng)的傳力系統(tǒng)

支撐系統(tǒng)的軸力直接作用在扶壁板上（圖3），由整個支撐牛腿與壓頂圈梁承受，壓頂板下的反力樁將會提供支撐力來抵抗支撐軸力對壓頂圈梁的扭轉(zhuǎn)。

圖3 支撐架空傳力抗傾覆系統(tǒng)的傳力示意

4 實(shí)施效果

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測報告，圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部位移最大為9.18 mm，基坑水平變形最大為12.8 mm，支撐最大軸力為1 612 kN，均滿足規(guī)范要求[6]。在后期橋墩承臺的混凝土澆筑過程中，采用大體積一次性澆筑，現(xiàn)場混凝土連續(xù)澆筑長達(dá)40 h，混凝土方量為5 920 m3。支撐架空傳力抗傾覆系統(tǒng)的應(yīng)用大大節(jié)省了施工工期，同時保證了混凝土質(zhì)量，避免二次澆筑帶來的施工縫處理、清理浮漿等施工工序。