現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁支架設(shè)計方案分析

簡建軍、王金宗

（1.中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100097；2.河南省路橋建設(shè)集團有限公司，河南 商丘 476000）

0 引言

以G30 賽果高速將軍溝互通B 匝道大橋為切入點，對現(xiàn)澆箱梁支架方案進行分析、研究，詳細論述了現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計的影響因素、支架方案類型、支架計算等內(nèi)容，為今后現(xiàn)澆箱梁的施工方案提供參考。

1 項目概況

將軍溝互通式立體交叉位于伊犁哈薩克自治州霍城縣果子溝鄉(xiāng)境內(nèi)，緊鄰G30 賽果高速將軍溝隧道北洞口。該互通為隧道應(yīng)急處置、危化品運輸車輛分流迂回線而設(shè)置。項目區(qū)位于高山峽谷中，地形起伏較大，相對高差超過350m。路線主要沿山坡峽谷布設(shè)，山間地形復(fù)雜，地勢陡峻，溝谷呈V 形，空間狹窄。因此，將軍溝互通立交采用由A、B 兩條定向匝道組成的不完全互通形式。A 匝道為駛?cè)隚30 賽果高速右幅上行線的加速匝道，A 匝道與原G30 賽果高速建設(shè)時預(yù)留的加速車道順接；B 匝道為G30 賽果高速左幅下行線駛出的減速匝道。A、B 匝道在將軍溝隧道北出口東側(cè)A 匝道設(shè)計起點AK0+000 處匯合，與該項目國道312 線K10+890 順接，A、B 匝道，國道312 線與G30 賽果高速既有的新二臺互通形成了往返于松樹頭和新二臺之間的環(huán)線。B 匝道自G30 賽果高速下行線接出，孔越果子溝河及高速公路，在高速公路與左側(cè)山體間空隙布線，為避免破壞左側(cè)山體，誘發(fā)泥石流隱患，且受B 匝道高差影響，路基填土較高，B 匝道盡量以橋梁代替路基。B 匝道上孔主線G30 賽果高速公路，與G30 賽果高速公路交叉樁號為BK0+907.778，交叉角度133°39′28″。G30 賽果高速公路正在運營，且不允許長時間中斷交通，將軍溝互通B 匝道為新建工程，在確定設(shè)計方案時必須充分考慮正在運營的高速交通對現(xiàn)場施工作業(yè)的影響。

將軍溝互通B 匝道大橋位于將軍溝互通B 匝道BK0+573 處，橋梁起點樁號為BK0+154.5，終點樁號為BK0+991.5，橋梁全長837m，平面分別位于半徑650m、900m、550m、130m 的緩和曲線和圓曲線上，全橋上部結(jié)構(gòu)有27 孔，分成8 聯(lián)。第1～6 聯(lián)有23 孔，采用（4×30m)+(4×30m)+(4×30m)+(4×30m)+(4×30m)+(3×30m）預(yù)應(yīng)力混凝土（后張）連續(xù)小箱梁；第7 聯(lián)、第8 聯(lián)有4 孔，位于半徑130m 的圓曲線上，因此設(shè)計采用（2×35m)+(2×35m）現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，其中第25、26 孔分別孔越G30 賽果高速下行線、上行線。下部結(jié)構(gòu)0 號橋臺采用柱式臺，27 號橋臺采用肋板臺，橋墩采用柱式墩，墩臺均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

2 現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計方案

2.1 現(xiàn)澆箱梁支架類型及特點

現(xiàn)澆箱梁支架類型主要有滿堂支架、門式支架、土牛支架以及組合式支架。

2.1.1 土牛支架

土牛支架是采用填土壓實至箱梁底板標高，以填土作為支架，簡稱“土?！?。填筑土牛時，需封閉施工路段的公路交通，確保土牛填土的整體性和施工安全。采用土牛支架時，先在現(xiàn)澆箱梁投影面周圍設(shè)置環(huán)形排水溝，將橋下原地面低洼地段回填至與高處同一平面，排水溝采用梯形斷面，表面用砂漿抹面，確保穩(wěn)定和排水暢通。

填筑土牛時，應(yīng)采用分層填筑，每層填土的松鋪厚度不得大于30cm，箱梁底板以下80cm 內(nèi)的填筑壓實度不小于97%，80～150cm 的壓實度不小于95%，150cm 以下的壓實度不小于94%，表面設(shè)2%～4%的雙向橫坡，以利于排水。

在土牛頂面設(shè)置15cm 厚的C20 混凝土墊層，墊層高程按設(shè)計要求的預(yù)拱度起拱?；炷潦┕r，要求嚴格控制標高和平整度，混凝土的橫坡嚴格按照箱梁底板的橫坡設(shè)置。土牛支架的穩(wěn)定性好，材料來源豐富。現(xiàn)澆箱梁施工完畢后，填筑土牛的砂礫可用于填筑附近的路基，大大減少了支架周轉(zhuǎn)材料的運輸成本，提高了材料的利用率，經(jīng)濟效益好，常用于地勢平坦、開闊的互通區(qū)現(xiàn)澆箱梁支架方案。

2.1.2 滿堂支架

滿堂支架是一種成本較低、可多次周轉(zhuǎn)使用的支架方案，也是一種常用的方法。施工時多點支撐，沉降容易控制，張拉時支架反彈量小，對主梁健康有利，線形同樣容易控制，一般有鋼管排柵支架、扣件式鋼管支架、碗扣式多功能腳手架等形式。滿堂支架常用于無通航和通行要求的橋梁，墩高在20m 以內(nèi)、地基條件較好、地勢平坦、起伏不大的地區(qū)以及其他施工方法不經(jīng)濟的情況下。它具有周轉(zhuǎn)次數(shù)多、時間短、使用輔助設(shè)備少的優(yōu)點，工作面大，可同時配備大量人力物資，特別適用于多跨現(xiàn)澆梁施工，有利于人海戰(zhàn)術(shù)加快施工進度，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。常規(guī)滿堂支架鋼管桿件本身承載能力有限，不適用于大噸位、大跨徑的橋梁[1]。

2.1.3 門式支架

門式支架是現(xiàn)澆箱梁與公路、通道等障礙物交叉時，為跨越障礙物而設(shè)置的支架?，F(xiàn)澆箱梁門式支架通常采用梁式結(jié)構(gòu)，只承受豎向壓力，不產(chǎn)生水平推力，結(jié)構(gòu)受力簡單。

2.2 影響現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計方案的因素

影響現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計方案的因素主要有：橋梁支架跨越障礙物的地形地貌、支架跨度、支架高度、施工條件、經(jīng)濟效益等。根據(jù)這些影響因素，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，因地制宜，科學合理地設(shè)計出能最大限度滿足結(jié)構(gòu)安全、較經(jīng)濟的現(xiàn)澆箱梁支架方案。

2.3 結(jié)合現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計方案的影響因素擬定支架方案

將軍溝互通B 匝道大橋第24 孔（23 號墩～24 號墩）、25 孔（24 號墩～25 號墩）、26 孔（25 號墩～26 號墩）、27 孔（26 號墩～27 號墩）共4 孔采用（2×35m）+（2×35m）預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁。根據(jù)設(shè)計方案、現(xiàn)場實際情況，第24 孔跨越峽谷谷底，第25、26 孔分別孔越正在運營的G30 賽果高速公路下行線和上行線，第27 孔連接路基。

第25、26 孔分別孔越正在運營的G30 賽果高速公路左幅（下行線）和右幅（上行線）時，受地形和將軍溝隧道的制約，該處匝道平面曲線半徑為130m，橋面超高為4%，跨越的G30 賽果高速左幅超高為4%，右幅超高為3%。結(jié)合匝道的超高情況，梁底最低處位于橋梁左側(cè)，對橋梁左側(cè)與G30 賽果高速主線的對應(yīng)位置路面左右幅的左側(cè)、右側(cè)的凈空進行計算（該計算凈空為現(xiàn)澆箱梁梁底與高速公路主線左右幅路面之間的高差）（見表1）。

表1 橋梁梁底與G30 賽果高速主線左右幅路面高差計算表

經(jīng)計算，匝道跨線橋與高速公路主線左、右幅路面的凈高分別為7.9m、7.99m、6.19m、6.57m，最小凈處高6.19m 位于主線右幅的左側(cè)，需滿足高速公路5.0m 的凈高要求。同時，因該橋緊鄰將軍溝隧道出口，檢修隧道內(nèi)的通風設(shè)備要求5.2m 凈高。第26 孔凈高有限，支架高度不得大于0.99m。

現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁采用單箱單室斷面，梁高2m、頂板寬10m、底板寬5m、懸臂長2m、懸臂厚度0.45m。根據(jù)以上因素，擬定第24～25 孔支架搭設(shè)采用鋼管支架+貝雷梁方案，第26 孔支架搭設(shè)采用鋼管支架+工字鋼方案，第27 孔支架搭設(shè)采用滿堂支架方案[2]。

2.4 支架搭設(shè)方案

2.4.1 第24～25 孔：鋼管立柱+貝雷梁支架

搭設(shè)支架處地基承載力350kPa，基礎(chǔ)采用14m×2m×1m 的C30 混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂預(yù)埋兩塊100cm×100cm×1cm 鋼板，作為主梁承重底座。

貝雷主梁：貝雷梁采用3m×1.5m 規(guī)格，設(shè)置8 組16 片主梁，長度為16m，貝雷架之間每兩節(jié)采用45cm花窗豎向連接，在每孔底部安裝水平花窗連接。各組貝雷桁架片兩兩組合成一幅，每兩片用支撐架連為整體，同時用10#槽鋼每隔6m 將貝雷梁兩兩連接，保證貝雷片的整體性。

平臺：貝雷桁架片上鋪設(shè)16#工字鋼，安裝鋼管支架，工字鋼間距與鋼管間距相同（均為60cm)。工字鋼與貝雷架之間采用U 形卡栓固定。

2.4.2 第26 孔：鋼管立柱+縱橫梁支架

第26 孔現(xiàn)澆連續(xù)箱梁段上孔G30 賽果高速，且支架高度不得大于119cm，經(jīng)多方論證采用搭設(shè)鋼管柱支架結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)采用14m×2m×1m 的C30 鋼筋混凝土，在基礎(chǔ)頂預(yù)埋兩塊100cm×100cm×1cm 鋼板，作為鋼管柱支撐體系的承重基座。

鋼管立柱采用φ630mm×12mm 規(guī)格，立柱高度以基礎(chǔ)頂面高程至下部雙拼Ⅰ45b 工字鋼橫梁底高程控制，支架搭設(shè)完成后最小凈空為5.29m，滿足G30 賽果高速通行及隧道內(nèi)的通風設(shè)備檢修的需求。鋼管立柱與鋼筋混凝土基礎(chǔ)采用預(yù)埋件連接固定，在鋼管立柱上布置3 根16#槽鋼水平撐，以中部槽鋼呈三角形對稱布設(shè)2 根16#槽鋼水平撐，構(gòu)成現(xiàn)澆段上下雙拼Ⅰ45b 工字鋼橫梁的鋼管柱支撐體系，鋼管立柱與16#槽鋼采用焊接拼裝固定。

支架支撐體系主要由鋼筋混凝土基礎(chǔ)及預(yù)埋件、鋼管立柱、16#槽鋼水平撐及斜撐、雙拼Ⅰ45b 工字鋼、楔形墊塊、63mm×5mm 等肢角鋼、HN700mm×300mm型鋼、模板、10#工型鋼、方木、48mm×3.5mm 鋼管支架組成。

圖1 支架橫斷面圖（單位：mm）

橋面橫坡由上下2 根雙拼Ⅰ45b 工字鋼橫梁間的砂筒高度控制（砂筒注滿細砂后，在砂筒下部兩端設(shè)置鋼螺栓，旋轉(zhuǎn)螺栓進入砂筒后，砂筒內(nèi)細砂的體積增大，發(fā)生上下位移，不斷調(diào)整砂筒高度直至符合設(shè)計橋面橫坡）。砂筒與上下工字鋼橫梁采用支座鋼板焊接牢固。

2.4.3 第27 孔：滿堂支架

先對箱梁橋下基礎(chǔ)地面整平壓實，壓實度達到93%以上，地基承載力達到250kPa 以上。滿堂支架基礎(chǔ)采用20cm 厚C30 混凝土，然后在其上用10cm×10cm 方木沿縱橋向按0.6m、0.9m 間距依次排開，方木上接支架底托。在混凝土基礎(chǔ)邊線外3m 開挖排水溝，設(shè)置不小于2%縱坡。在排水溝內(nèi)，用塑料膜或水泥砂漿封閉并設(shè)置引水槽，引水槽每3m 設(shè)置一道，防止在施工場地內(nèi)形成積水，造成基礎(chǔ)均勻沉降，引起支架失穩(wěn)。根據(jù)基礎(chǔ)頂面高程與現(xiàn)澆箱梁高程計算支架排距、頂托、底托高度。采用WDJ 碗扣式支架滿堂式布設(shè)，端部立桿縱橫間距60cm×60cm；孔中部分立桿間距60cm×90cm，縱橫水平撐桿豎向間距1.2m。頂、底托伸出長度不得超過1/3 頂緣長。碗扣式支架間用鐵錘敲擊鎖緊，支架縱向直順，橫向水平，垂直偏差小于架高的1/500。立好立桿后，及時設(shè)置掃地桿和第一步大小橫桿，橋臺與墩柱處應(yīng)按支架排距增設(shè)立桿。支架縱橫向沿全高設(shè)置剪刀撐，斜桿與地面的夾角為45°。剪刀撐須隨立桿、縱向和橫向水平拉接桿同步搭設(shè)，剪刀撐要落地，在腹板處增設(shè)剪刀撐。在箱梁支架頂托上，順箱梁方向放置φ48 鋼管作為縱梁，在縱梁上沿橫橋方向放置10cm×10cm 方木，中心間距20cm。

2.5 支架預(yù)壓

為消除支架的變形和因地基沉陷而引起的箱梁早期開裂，同時為驗證支架的安全性和預(yù)拱值的準確性，保證施工質(zhì)量，支架需進行加載預(yù)壓。在橫橋向10cm×10cm 方木鋪設(shè)完成后，按支架所承受荷載1.2倍用土袋在底模上加載預(yù)壓。

在底模上順橋向每5m 設(shè)1 組沉降觀測點，每組橫橋向設(shè)左、中、右3 個點。在預(yù)壓重量分別達設(shè)計荷載50%、75%、90%、100%、120%時，觀測和記錄支架變形情況，一旦發(fā)現(xiàn)支架變形超出允許范圍，必須立即停止預(yù)壓，并分析原因，待處理完善后方可繼續(xù)預(yù)壓。

預(yù)壓時，每天觀測3 次，測算出最終沉降量，以此來調(diào)整底模預(yù)拱度，保證連續(xù)箱梁符合設(shè)計要求的上拱度和線形。待24h 累計沉降不超過1.5mm，且預(yù)壓時間不小于7d 時方可進行卸載。

為節(jié)約時間，加快工程進度，確保支架的穩(wěn)定性，第24、25、26 孔上跨G30 賽果高速的門式支架和第27孔滿堂支架先進行場外預(yù)壓，提前獲取各項參數(shù)，檢測支架的穩(wěn)定性。同時，施工現(xiàn)場支架預(yù)壓不得省略。

3 結(jié)語

將軍溝互通B 匝道大橋第七、八聯(lián)上跨賽果高速，箱梁施工支架既要保證現(xiàn)有高速的正常運營，又要滿足匝道橋的施工空間及工期要求。因此第七、八聯(lián)現(xiàn)澆箱梁支架方案結(jié)合現(xiàn)場實際施工條件，分別采用滿堂支架和鋼管立柱+縱橫梁兩種支架方案。其中，跨高速公路段需滿足高速公路的凈空要求，擬采用結(jié)構(gòu)高度較小的鋼管立柱+縱橫梁的支架方案，其余部分擬采用滿堂支架方案，符合技術(shù)先進、安全可靠、經(jīng)濟合理的要求，充分體現(xiàn)了因地制宜、就地取材、便于施工和科學合理的原則。