趙志成

摘要 文章結(jié)合銅仁市沿河經(jīng)印江（木黃）至松桃高速公路土建TJ-10合同段九江樞紐互通B匝道大橋現(xiàn)澆箱梁施工，介紹了超高支架現(xiàn)澆箱梁支架（鋼管柱+貝雷+盤(pán)扣支架）設(shè)計(jì)及施工技術(shù)，并通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證了支架的穩(wěn)定性。解決了傳統(tǒng)施工采用滿堂支架施工因跨徑及最大橋高影響，距離地面高度超出滿堂支架及碗扣支架規(guī)范高度，支架垂直度、穩(wěn)定性難控制問(wèn)題，為同類超高支架現(xiàn)澆箱梁施工提供經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 樞紐互通;超高支架;現(xiàn)澆箱梁

中圖分類號(hào) U448.213 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）07-0142-04

0 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突飛猛進(jìn)，橋梁發(fā)展事業(yè)逐漸多元化、多種化?，F(xiàn)澆箱梁施工從以前的少量化轉(zhuǎn)變成現(xiàn)在的普遍化。但在云貴川高原地區(qū)現(xiàn)澆箱梁施工還是一項(xiàng)比較難攻克的技術(shù)點(diǎn)。云貴川所處地段屬于丘陵過(guò)度的斜坡地帶，西北高、東南低。區(qū)內(nèi)山嶺連綿、峰巒疊嶂、深溝險(xiǎn)壑，地形多陡峻，喀斯特地貌發(fā)育典型。該種地形地勢(shì)下，橋體距地面高度較高、跨徑大，如何結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選取科學(xué)、合理的支架形式及施工工藝，解決支架搭設(shè)難、易發(fā)生坍塌事故問(wèn)題，是超高支架現(xiàn)澆箱梁施工中面對(duì)的主要問(wèn)題。

1 工程概況

銅仁市沿河經(jīng)印江（木黃）至松桃高速公路TJ-10合同段位于貴州省銅仁市松桃縣九江鄉(xiāng)。九江樞紐B匝道大橋?yàn)檎w式橋梁，橋長(zhǎng)385.9 m，最大橋高58 m，其中第三聯(lián)三跨為35 m+50 m+35 m混凝土現(xiàn)澆箱梁，最大縱坡2.2%，最大橫坡4%[1]。

B匝道現(xiàn)澆箱梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土單箱雙室箱梁，梁寬10 m，箱梁懸臂長(zhǎng)2 m，梁高3 m。翼緣板橫向?qū)挾? m，外側(cè)厚度20 cm，內(nèi)側(cè)厚度50 cm，有半徑為1.5 cm滴水槽;跨中中隔板縱向長(zhǎng)度為50 cm，由中隔板向兩側(cè)依次為等厚段、漸變段和實(shí)心段。箱室等厚段縱向長(zhǎng)度為19.75 m，頂板厚30 cm，底板厚25 cm;漸變段縱向長(zhǎng)度為4 m，頂板厚55 cm，底板厚50 cm，兩端剩余部分為實(shí)心段。

2 支架設(shè)計(jì)

九江互通B匝道大橋現(xiàn)澆箱梁支架由鋼管柱+貝雷梁+盤(pán)扣式支架組成。貝雷梁下部采用鋼管柱式墩，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)。支架基礎(chǔ)采用3 m×3 m×1 m混凝土C30擴(kuò)大基礎(chǔ);上設(shè)φ609×12 mm鋼管支柱，橫聯(lián)采用組合桁架;主橫梁為雙拼工字鋼I56a，主橫梁上設(shè)貝雷片與盤(pán)扣滿堂支架，貝雷片與盤(pán)扣支架間為工字鋼雙拼I12.6分配梁過(guò)渡連接;盤(pán)扣支架上端架設(shè)I10分配梁與10×10 cm方木。

3 支架驗(yàn)算

B匝道大橋現(xiàn)澆箱梁高度為3 m，線荷載最大且離地高度最高，第二跨高度離地高度最高為最不利工況，取B匝道第二跨支架進(jìn)行驗(yàn)算。此處僅列舉荷載計(jì)算、基礎(chǔ)計(jì)算、鋼管柱計(jì)算、貝雷梁計(jì)算及盤(pán)扣支架計(jì)算。

3.1 荷載計(jì)算

3.1.1 恒荷載

（1）箱梁自重荷載。根據(jù)主要工程數(shù)量表，B匝道橋的總重為：1 176×24.4（混凝土）+ 360 649（鋼筋）+58 597（鋼絞線）=447 940.4 kg。現(xiàn)澆箱梁部分總長(zhǎng)度為35+50+35=120 m，線荷載為3 732.84 kg/m。

（2）材料荷載：

15 mm厚竹膠板自重：0.15 kN/m2;

方木自重：5 kN/m3;

I10工字鋼自重：11.2 kg/m=0.11 kN/m;

I12.6工字鋼自重：14.2 kg/m=0.14 kN/m;

I50a工字鋼自重：93.6 kg/m=0.84 kN/m;

I56a工字鋼自重：106.3 kg/m=1.04 kN/m;

盤(pán)扣支架自重：1 kN/m;

321型貝雷片自重：0.9 kN/m。

3.1.2 活荷載

（1）傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載：均布荷載2.0 kN/m2。

（2）振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載：均布荷載2.0 kN/m2。

（3）施工人員及設(shè)備荷載：均布荷載3.0 kN/m2。

3.1.3 風(fēng)荷載

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009—2012）計(jì)算，按照山谷地形，B類地面粗糙度，風(fēng)荷載垂直施加于迎風(fēng)面一側(cè)的管桁架的所有桿件上，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式為：

Wk=βz μs μzW0 （1）

式中：W——風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）;βz——風(fēng)震系數(shù)，取2.5;μs——風(fēng)荷載體型系數(shù)，根據(jù)表8.3.1計(jì)算得μs=0.6;μz——風(fēng)壓高度變化系數(shù)，查表8.2.1按每10 m一段取值;W0——基本風(fēng)壓，按0.3 kN/m2。

風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算：

Wk=2.5×0.6×1.13×0.3=0.51 kN/m2（15 m高度）;

Wk=2.5×0.6×1.23×0.3=0.55 kN/m2（20 m高度）;

Wk=2.5×0.6×1.39×0.3=0.63 kN/m2（30 m高度）。

Wk=2.5×0.6×1.52×0.3=0.68 kN/m2（40 m高度）。

Wk=2.5×0.6×1.62×0.3=0.73 kN/m2（50 m高度）。

3.2 基礎(chǔ)計(jì)算

3.2.1 持力層選取

根據(jù)設(shè)計(jì)圖詳勘報(bào)告，按分布最廣殘破積碎石層承載力計(jì)算，取[fa0]=250 kPa。

3.2.2 地基承載力計(jì)算

鋼管立柱采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，擴(kuò)大基礎(chǔ)持力層承載力為250 kPa;擴(kuò)大基礎(chǔ)尺寸為300 cm×300 cm×100 cm，基礎(chǔ)底截面積A=3 m×3 m=9 m2，則擴(kuò)大基礎(chǔ)自重為3.0×3.0×1×26=234 kN;由鋼管柱支反力計(jì)算結(jié)果得：鋼管柱承受的最大軸向力為1 691.4 kN。鋼管柱自重為1.76×48=84.5 kN。

地基所承受荷載為：1 691.4+234+84.5=2 009.9 kN，按2 100 kN進(jìn)行計(jì)算。

混凝土基礎(chǔ)底面的平均壓力：

=233 kPa<250 kPa （2）

式中，Pk——相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，立桿底部的平均壓力值（kPa）;F——上部立桿傳至基礎(chǔ)頂面的軸向力標(biāo)準(zhǔn)組合值（kN）;A——可調(diào)底座底板對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)地面面積。

地基承載力滿足要求。

3.2.3 基礎(chǔ)沖切計(jì)算

對(duì)基礎(chǔ)沖切進(jìn)行驗(yàn)算，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》公式6.5.5-1，基礎(chǔ)沖切通過(guò)下述公式進(jìn)行計(jì)算：

Ft≤0.7βh ftηumh0 （3）

式中：βh——截面高度影響系數(shù)，取1.0;ft——混凝土軸心抗拉設(shè)計(jì)值，取1 430 kPa;η——局部荷載或集中反力作用面積形狀的影響系數(shù)，取1;um——截面的周長(zhǎng)，取2 609 mm=2.6 m;h0——截面有效高度，取1 m。

計(jì)算得：

Ft≤0.7×1×1 430×1×2.6×1=2 602.6 kN>2 100 kN

基礎(chǔ)沖切滿足要求。

3.3 鋼管柱計(jì)算

3.3.1 強(qiáng)度計(jì)算

=66.3 MPa<215 MPa （4）

式中，σ——正應(yīng)力;N——鋼管柱承受最大軸向力;A——鋼管柱截面積。

強(qiáng)度滿足要求。

3.3.2 穩(wěn)定性計(jì)算

風(fēng)荷載產(chǎn)生水平荷載簡(jiǎn)化為點(diǎn)荷載作用于柱頂，按懸臂結(jié)構(gòu)計(jì)算鋼管樁產(chǎn)生彎矩，支架主要受風(fēng)結(jié)構(gòu)為貝雷片和鋼管柱，單片貝雷迎風(fēng)面面積為2.04 m2，按4片貝雷考慮，鋼管柱迎風(fēng)面寬度為0.61 m，風(fēng)荷載取0.73 kN/m2，鋼管柱受到水平點(diǎn)荷載為：0.73×2.04=1.5 kN，均布荷載為0.73×0.61=0.45 kN/m。

鋼管立柱受到的彎矩為：

1.5×5+0.45×52/2=13.125 kN·m

鋼管立柱的計(jì)算長(zhǎng)度取為5 m。則鋼管立柱長(zhǎng)細(xì)比為：24<150，長(zhǎng)細(xì)比滿足要求。查“Q235鋼管軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)”表得φ=0.936。驗(yàn)算鋼管樁穩(wěn)定性如下：

=70.8+4.0=75 MPa<215 MPa （5）

式中，σ——正應(yīng)力;N——鋼管立柱軸向力;A——立柱截面面積;M——風(fēng)荷載對(duì)立柱產(chǎn)生的彎矩;W——截面模量;φ——軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)。

穩(wěn)定性滿足要求。

3.4 貝雷梁計(jì)算

3.4.1 計(jì)算參數(shù)

貝雷梁計(jì)算參數(shù)如表1：

3.4.2 荷載計(jì)算

（1）實(shí)心部分混凝土箱梁自重荷載：3×26=78 kN/m2。

漸變部分處混凝土箱梁自重荷載：1.05×26=27.3 kN/m2。

標(biāo)準(zhǔn)部分處混凝土箱梁自重荷載：0.55×26=14.3 kN/m2。

（2）材料自重荷載：

0.15+0.5+0.11+0.2+0.2+0.1=1.26 kN/m。

（3）施工人員及施工設(shè)備荷載：3.0 kN/m2。

（4）振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載：2.0 kN/m2。

（5）傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載：2.0 kN/m2。

荷載設(shè)計(jì)值（容許應(yīng)力法）：

實(shí)心部分：[（78+1.26）+（3.0+2.0+2.0）]×0.9=78.14 kN/m。

漸變部分：[（27.3+1.26）+（3.0+2.0+2.0）]×0.9=32.01 kN/m。

空心部分：[（14.3+1.26）+（3.0+2.0+2.0）]×0.9=20.31 kN/m。

跨徑為15 m，懸挑為3 m進(jìn)行計(jì)算。

3.4.3 強(qiáng)度計(jì)算

使用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器對(duì)貝雷梁進(jìn)行計(jì)算，按照實(shí)際支撐的多跨連續(xù)梁進(jìn)行建模。

貝雷梁所受最大彎矩為457.76 kN·m<788.2 kN·m，滿足規(guī)范要求;貝雷梁所受最大剪力為200.28 kN<

245.2 kN，滿足規(guī)范要求。

3.5 盤(pán)扣支架計(jì)算

盤(pán)扣支架外徑6 cm，壁厚0.35 cm;橫桿、斜撐外徑4.8 cm，壁厚0.25 cm。

3.5.1 計(jì)算參數(shù)

（1）力學(xué)性能：W= 8.3×103 mm3，I=2.5×105 mm4，i×=20 mm，A=6.21×102 mm2。

（2）材料性能：Q235鋼材：[σ]=215 MPa，[τ]=125 MPa，E=2.06×105 MPa，密度ρ=78.5 kN/m3。

Q345鋼材：[σ]=310 MPa，[τ]=180 MPa，E=2.06×

105 MPa，密度ρ=78.5 kN/m3。

3.5.2 荷載計(jì)算

（1）實(shí)心部分混凝土箱梁自重荷載：

1.5×26=78 kN/m2。

空心部分處混凝土箱梁自重荷載：1.05×26=27.3 kN/m2。

（2）材料自重荷載：0.15+0.5+0.11+0.2=0.96 kN/m。

（3）施工人員及施工設(shè)備荷載：3.0 kN/m2。

（4）振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載：2.0 kN/m2。

（5）傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載：2.0 kN/m2。

荷載設(shè)計(jì)值：

實(shí)心部分：[1.2×（78+0.96）+ 1.4×（3.0+2.0+2.0）]×

0.6×0.9=56.45 kN。

空心部分：[1.2×（27.3+0.96）+ 1.4×（3.0+2.0+2.0）]×

1.2×0.9=47.21 kN。

（6）風(fēng)荷載取0.05 kN/m。

3.5.3 立桿計(jì)算

N=56.45 kN

MW=0.9×1.4×0.05×1.2×1/10=0.01 kN·m

最大彎矩為0.04 kN.m，最大軸力為60.7 kN。 根據(jù)《建筑施工承插型盤(pán)扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》（JGJ231—2010）中穩(wěn)定性計(jì)算公式計(jì)算鋼管的穩(wěn)定性，公式如下：

（6）

式中，N——所計(jì)算構(gòu)件段范圍內(nèi)的軸心壓力;φ——彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù);Mw——風(fēng)荷載對(duì)立桿產(chǎn)生的彎矩;A——立桿截面面積;W——截面模量。

鋼管計(jì)算長(zhǎng)度為1.7 m，鋼管回轉(zhuǎn)半徑為20 mm，長(zhǎng)細(xì)比為：。根據(jù)《建筑施工承插型盤(pán)扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》（JGJ231—2010）查表可得φ=0.692。

=181.28+2.11=183.39 MPa<300 MPa

滿足要求。

4 施工工藝

4.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備→地基處理、檢測(cè)→基礎(chǔ)澆筑→鋼管樁及平聯(lián)安裝→主橫梁安裝→貝雷梁安裝→橫、縱分配梁安裝→盤(pán)口支架安裝→底模方木及模板安裝→支架預(yù)壓→鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力施工→支架拆除。

4.2 基礎(chǔ)施工

支架基礎(chǔ)采用混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，針對(duì)陡坡和軟泥處持力層不穩(wěn)定地基，采用破碎和反開(kāi)挖換填片石進(jìn)行處理，保證地基的承載力滿足要求，澆筑基礎(chǔ)混凝土形成一個(gè)整體性結(jié)構(gòu)，混凝土一次性澆筑完畢，頂面預(yù)埋鋼管柱基礎(chǔ)鋼板和地腳螺栓。基礎(chǔ)要求澆筑完成后頂面位于同一水平面上，便于控制標(biāo)高，待強(qiáng)度達(dá)到80%后方能進(jìn)行連接鋼管柱，保證其穩(wěn)定性[2]。

4.3 鋼管柱施工

鋼立柱采用φ609×12 mm鋼管，全法蘭盤(pán)連接。B匝道跨徑為50 m，根據(jù)承載力計(jì)算將管柱布置間距分別分為縱橋向6 m和12 m，橫橋向間距為4 m，鋼管柱高度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)頂高程反推其需要長(zhǎng)度，為保證鋼管柱施工時(shí)操作方便，分別設(shè)置長(zhǎng)度為12 m、6 m、4 m、2 m、1 m、0.5 m、0.3 m幾個(gè)尺寸規(guī)格。鋼管柱底部、頂部均焊接2 cm厚法蘭板，法蘭板直徑750 mm，每個(gè)法蘭板上設(shè)置16個(gè)加強(qiáng)筋板，筋板尺寸為270 mm×70 mm×20 mm。鋼管柱之間的連接采用在法蘭板上均布的16個(gè)螺栓連接，螺栓長(zhǎng)75 mm，直徑20 mm，強(qiáng)度為8.8級(jí)，保證其穩(wěn)定性。

鋼管柱的安裝采用塔吊，使鋼管柱中心與基礎(chǔ)預(yù)埋鋼板中心對(duì)齊，沿鋼管柱底角將鋼管柱與預(yù)埋鋼板焊接，同時(shí)將加勁板與基礎(chǔ)中的預(yù)埋鋼板和鋼管柱焊接，保證焊接質(zhì)量[3]。

針對(duì)現(xiàn)澆箱梁高大高度達(dá)到58.48 m，保證其鋼管柱的垂直度、保證受力均勻是控制重點(diǎn)，具體措施如下：

（1）現(xiàn)場(chǎng)采用全站儀定點(diǎn)雙面采用吊線墜法，保證立柱的垂直度滿足規(guī)范要求。

（2）鋼管柱立設(shè)完成后采用平聯(lián)、斜撐進(jìn)行固定，平聯(lián)有1.5 m、2 m、2.5 m、3 m四種型號(hào)。平聯(lián)與鋼管柱連接采用節(jié)點(diǎn)板的方式連接，確保垂直度。

4.4 主橫梁施工

在橫橋向鋼管柱上安裝主橫梁，采用雙拼工字鋼I56a，布設(shè)按縱向工字鋼、貝雷梁與主橫梁受力位置確定，兩片工字鋼對(duì)焊成Ⅱ型。

4.5 貝雷梁施工

縱向主梁由標(biāo)準(zhǔn)貝雷片組成桁架式鋼梁，每組采用雙排、三排單層加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。橫橋中部為三排，其余為雙排，每組貝雷桁架間距60 cm。安裝時(shí)先在橋下將貝雷片用90 cm定型花窗連接，縱向拼裝至9 m長(zhǎng)后，使用塔吊將拼裝好的貝雷桁架吊至測(cè)量放樣確定出的主梁位置，全部主梁安裝就位后，用∠7.5×5 mm角鋼“門”焊接在下橫梁上來(lái)固定主梁。

4.6 橫、縱向分配梁施工

橫向分配梁采用I10工字鋼，在盤(pán)扣支架上下分別橫向布置。分配梁與貝雷之間連接采用U形卡，將分配梁與貝雷緊緊卡死?？v向分配梁采用10×10 cm方木鋪設(shè)，橫向分配梁固定好后，按照30 cm的間距鋪設(shè)。

4.7 盤(pán)扣支架施工

盤(pán)扣支架縱橫水平桿步距為1 m，每根立桿下設(shè)可調(diào)底座，可調(diào)底座的關(guān)鍵作用是用來(lái)調(diào)節(jié)箱梁橫坡，插入立桿長(zhǎng)度不得小于150 mm，絲桿外露長(zhǎng)度不大于400 mm，立桿應(yīng)垂直，以保證支架自身穩(wěn)定。

4.8 支架預(yù)壓

支架的預(yù)壓方式采用砂袋預(yù)壓，預(yù)壓時(shí)間不少于7天，預(yù)壓時(shí)，砂袋荷載為梁體自重的1.1倍[4]，具體加載步驟如下：

第一級(jí)加載：0%→60%;

第二級(jí)加載：60%→100%;

第三級(jí)加載：100%→110%。

5 總結(jié)

面對(duì)貴州山嶺重丘區(qū)，地勢(shì)地形復(fù)雜，現(xiàn)澆箱梁施工條件差，鋼管貝雷支架搭設(shè)難度大，在工期短、任務(wù)重的情況下，項(xiàng)目依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過(guò)采用鋼管柱+貝雷+盤(pán)扣支架的支架方式，解決了超高支架現(xiàn)澆箱梁施工難問(wèn)題，確保了施工安全，保證了工期計(jì)劃，為后續(xù)同類工程提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]中交一公局公路勘察設(shè)計(jì)院有限公司.銅仁市沿河經(jīng)印江（木黃）至松桃高速公路兩階段施工設(shè)計(jì)[M]. 2018.

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[3]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范： JTG/T F50—2011[S]. 北京：人民交通出版社， 2021.

[4]鋼管滿堂支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程： JGJ/T 194—2009[S]. 北京：人民交通出版社， 2009.