现浇预应力混凝土连续箱梁支架设计方案分析
时间：2023-04-07 16:40:17 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
简建军、王金宗
（1.中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100097；
2.河南省路桥建设集团有限公司，河南 商丘 476000）
以G30 赛果高速将军沟互通B 匝道大桥为切入点，对现浇箱梁支架方案进行分析、研究，详细论述了现浇箱梁支架设计的影响因素、支架方案类型、支架计算等内容，为今后现浇箱梁的施工方案提供参考。
将军沟互通式立体交叉位于伊犁哈萨克自治州霍城县果子沟乡境内，紧邻G30 赛果高速将军沟隧道北洞口。该互通为隧道应急处置、危化品运输车辆分流迂回线而设置。项目区位于高山峡谷中，地形起伏较大，相对高差超过350m。路线主要沿山坡峡谷布设，山间地形复杂，地势陡峻，沟谷呈V 形，空间狭窄。因此，将军沟互通立交采用由A、B 两条定向匝道组成的不完全互通形式。A 匝道为驶入G30 赛果高速右幅上行线的加速匝道，A 匝道与原G30 赛果高速建设时预留的加速车道顺接；
B 匝道为G30 赛果高速左幅下行线驶出的减速匝道。A、B 匝道在将军沟隧道北出口东侧A 匝道设计起点AK0+000 处汇合，与该项目国道312 线K10+890 顺接，A、B 匝道，国道312 线与G30 赛果高速既有的新二台互通形成了往返于松树头和新二台之间的环线。B 匝道自G30 赛果高速下行线接出，孔越果子沟河及高速公路，在高速公路与左侧山体间空隙布线，为避免破坏左侧山体，诱发泥石流隐患，且受B 匝道高差影响，路基填土较高，B 匝道尽量以桥梁代替路基。B 匝道上孔主线G30 赛果高速公路，与G30 赛果高速公路交叉桩号为BK0+907.778，交叉角度133°39′28″。G30 赛果高速公路正在运营，且不允许长时间中断交通，将军沟互通B 匝道为新建工程，在确定设计方案时必须充分考虑正在运营的高速交通对现场施工作业的影响。
将军沟互通B 匝道大桥位于将军沟互通B 匝道BK0+573 处，桥梁起点桩号为BK0+154.5，终点桩号为BK0+991.5，桥梁全长837m，平面分别位于半径650m、900m、550m、130m 的缓和曲线和圆曲线上，全桥上部结构有27 孔，分成8 联。第1～6 联有23 孔，采用（4×30m)+(4×30m)+(4×30m)+(4×30m)+(4×30m)+(3×30m）预应力混凝土（后张）连续小箱梁；
第7 联、第8 联有4 孔，位于半径130m 的圆曲线上，因此设计采用（2×35m)+(2×35m）现浇预应力混凝土现浇连续箱梁，其中第25、26 孔分别孔越G30 赛果高速下行线、上行线。下部结构0 号桥台采用柱式台，27 号桥台采用肋板台，桥墩采用柱式墩，墩台均采用钻孔灌注桩基础。
2.1 现浇箱梁支架类型及特点
现浇箱梁支架类型主要有满堂支架、门式支架、土牛支架以及组合式支架。
2.1.1 土牛支架
土牛支架是采用填土压实至箱梁底板标高，以填土作为支架，简称“土牛”。填筑土牛时，需封闭施工路段的公路交通，确保土牛填土的整体性和施工安全。采用土牛支架时，先在现浇箱梁投影面周围设置环形排水沟，将桥下原地面低洼地段回填至与高处同一平面，排水沟采用梯形断面，表面用砂浆抹面，确保稳定和排水畅通。
填筑土牛时，应采用分层填筑，每层填土的松铺厚度不得大于30cm，箱梁底板以下80cm 内的填筑压实度不小于97%，80～150cm 的压实度不小于95%，150cm 以下的压实度不小于94%，表面设2%～4%的双向横坡，以利于排水。
在土牛顶面设置15cm 厚的C20 混凝土垫层，垫层高程按设计要求的预拱度起拱。混凝土施工时，要求严格控制标高和平整度，混凝土的横坡严格按照箱梁底板的横坡设置。土牛支架的稳定性好，材料来源丰富。现浇箱梁施工完毕后，填筑土牛的砂砾可用于填筑附近的路基，大大减少了支架周转材料的运输成本，提高了材料的利用率，经济效益好，常用于地势平坦、开阔的互通区现浇箱梁支架方案。
2.1.2 满堂支架
满堂支架是一种成本较低、可多次周转使用的支架方案，也是一种常用的方法。施工时多点支撑，沉降容易控制，张拉时支架反弹量小，对主梁健康有利，线形同样容易控制，一般有钢管排栅支架、扣件式钢管支架、碗扣式多功能脚手架等形式。满堂支架常用于无通航和通行要求的桥梁，墩高在20m 以内、地基条件较好、地势平坦、起伏不大的地区以及其他施工方法不经济的情况下。它具有周转次数多、时间短、使用辅助设备少的优点，工作面大，可同时配备大量人力物资，特别适用于多跨现浇梁施工，有利于人海战术加快施工进度，产生良好的经济效益。常规满堂支架钢管杆件本身承载能力有限，不适用于大吨位、大跨径的桥梁[1]。
2.1.3 门式支架
门式支架是现浇箱梁与公路、通道等障碍物交叉时，为跨越障碍物而设置的支架。现浇箱梁门式支架通常采用梁式结构，只承受竖向压力，不产生水平推力，结构受力简单。
2.2 影响现浇箱梁支架设计方案的因素
影响现浇箱梁支架设计方案的因素主要有：桥梁支架跨越障碍物的地形地貌、支架跨度、支架高度、施工条件、经济效益等。根据这些影响因素，结合现场实际情况，因地制宜，科学合理地设计出能最大限度满足结构安全、较经济的现浇箱梁支架方案。
2.3 结合现浇箱梁支架设计方案的影响因素拟定支架方案
将军沟互通B 匝道大桥第24 孔（23 号墩～24 号墩）、25 孔（24 号墩～25 号墩）、26 孔（25 号墩～26 号墩）、27 孔（26 号墩～27 号墩）共4 孔采用（2×35m）+（2×35m）预应力混凝土现浇连续箱梁。根据设计方案、现场实际情况，第24 孔跨越峡谷谷底，第25、26 孔分别孔越正在运营的G30 赛果高速公路下行线和上行线，第27 孔连接路基。
第25、26 孔分别孔越正在运营的G30 赛果高速公路左幅（下行线）和右幅（上行线）时，受地形和将军沟隧道的制约，该处匝道平面曲线半径为130m，桥面超高为4%，跨越的G30 赛果高速左幅超高为4%，右幅超高为3%。结合匝道的超高情况，梁底最低处位于桥梁左侧，对桥梁左侧与G30 赛果高速主线的对应位置路面左右幅的左侧、右侧的净空进行计算（该计算净空为现浇箱梁梁底与高速公路主线左右幅路面之间的高差）（见表1）。
表1 桥梁梁底与G30 赛果高速主线左右幅路面高差计算表
经计算，匝道跨线桥与高速公路主线左、右幅路面的净高分别为7.9m、7.99m、6.19m、6.57m，最小净处高6.19m 位于主线右幅的左侧，需满足高速公路5.0m 的净高要求。同时，因该桥紧邻将军沟隧道出口，检修隧道内的通风设备要求5.2m 净高。第26 孔净高有限，支架高度不得大于0.99m。
现浇预应力混凝土连续箱梁采用单箱单室断面，梁高2m、顶板宽10m、底板宽5m、悬臂长2m、悬臂厚度0.45m。根据以上因素，拟定第24～25 孔支架搭设采用钢管支架+贝雷梁方案，第26 孔支架搭设采用钢管支架+工字钢方案，第27 孔支架搭设采用满堂支架方案[2]。
2.4 支架搭设方案
2.4.1 第24～25 孔：钢管立柱+贝雷梁支架
搭设支架处地基承载力350kPa，基础采用14m×2m×1m 的C30 混凝土条形基础，基础顶预埋两块100cm×100cm×1cm 钢板，作为主梁承重底座。
贝雷主梁：贝雷梁采用3m×1.5m 规格，设置8 组16 片主梁，长度为16m，贝雷架之间每两节采用45cm花窗竖向连接，在每孔底部安装水平花窗连接。各组贝雷桁架片两两组合成一幅，每两片用支撑架连为整体，同时用10#槽钢每隔6m 将贝雷梁两两连接，保证贝雷片的整体性。
平台：贝雷桁架片上铺设16#工字钢，安装钢管支架，工字钢间距与钢管间距相同（均为60cm)。工字钢与贝雷架之间采用U 形卡栓固定。
2.4.2 第26 孔：钢管立柱+纵横梁支架
第26 孔现浇连续箱梁段上孔G30 赛果高速，且支架高度不得大于119cm，经多方论证采用搭设钢管柱支架结构。基础采用14m×2m×1m 的C30 钢筋混凝土，在基础顶预埋两块100cm×100cm×1cm 钢板，作为钢管柱支撑体系的承重基座。
钢管立柱采用φ630mm×12mm 规格，立柱高度以基础顶面高程至下部双拼Ⅰ45b 工字钢横梁底高程控制，支架搭设完成后最小净空为5.29m，满足G30 赛果高速通行及隧道内的通风设备检修的需求。钢管立柱与钢筋混凝土基础采用预埋件连接固定，在钢管立柱上布置3 根16#槽钢水平撑，以中部槽钢呈三角形对称布设2 根16#槽钢水平撑，构成现浇段上下双拼Ⅰ45b 工字钢横梁的钢管柱支撑体系，钢管立柱与16#槽钢采用焊接拼装固定。
支架支撑体系主要由钢筋混凝土基础及预埋件、钢管立柱、16#槽钢水平撑及斜撑、双拼Ⅰ45b 工字钢、楔形垫块、63mm×5mm 等肢角钢、HN700mm×300mm型钢、模板、10#工型钢、方木、48mm×3.5mm 钢管支架组成。
图1 支架横断面图（单位：mm）
桥面横坡由上下2 根双拼Ⅰ45b 工字钢横梁间的砂筒高度控制（砂筒注满细砂后，在砂筒下部两端设置钢螺栓，旋转螺栓进入砂筒后，砂筒内细砂的体积增大，发生上下位移，不断调整砂筒高度直至符合设计桥面横坡）。砂筒与上下工字钢横梁采用支座钢板焊接牢固。
2.4.3 第27 孔：满堂支架
先对箱梁桥下基础地面整平压实，压实度达到93%以上，地基承载力达到250kPa 以上。满堂支架基础采用20cm 厚C30 混凝土，然后在其上用10cm×10cm 方木沿纵桥向按0.6m、0.9m 间距依次排开，方木上接支架底托。在混凝土基础边线外3m 开挖排水沟，设置不小于2%纵坡。在排水沟内，用塑料膜或水泥砂浆封闭并设置引水槽，引水槽每3m 设置一道，防止在施工场地内形成积水，造成基础均匀沉降，引起支架失稳。根据基础顶面高程与现浇箱梁高程计算支架排距、顶托、底托高度。采用WDJ 碗扣式支架满堂式布设，端部立杆纵横间距60cm×60cm；
孔中部分立杆间距60cm×90cm，纵横水平撑杆竖向间距1.2m。顶、底托伸出长度不得超过1/3 顶缘长。碗扣式支架间用铁锤敲击锁紧，支架纵向直顺，横向水平，垂直偏差小于架高的1/500。立好立杆后，及时设置扫地杆和第一步大小横杆，桥台与墩柱处应按支架排距增设立杆。支架纵横向沿全高设置剪刀撑，斜杆与地面的夹角为45°。剪刀撑须随立杆、纵向和横向水平拉接杆同步搭设，剪刀撑要落地，在腹板处增设剪刀撑。在箱梁支架顶托上，顺箱梁方向放置φ48 钢管作为纵梁，在纵梁上沿横桥方向放置10cm×10cm 方木，中心间距20cm。
2.5 支架预压
为消除支架的变形和因地基沉陷而引起的箱梁早期开裂，同时为验证支架的安全性和预拱值的准确性，保证施工质量，支架需进行加载预压。在横桥向10cm×10cm 方木铺设完成后，按支架所承受荷载1.2倍用土袋在底模上加载预压。
在底模上顺桥向每5m 设1 组沉降观测点，每组横桥向设左、中、右3 个点。在预压重量分别达设计荷载50%、75%、90%、100%、120%时，观测和记录支架变形情况，一旦发现支架变形超出允许范围，必须立即停止预压，并分析原因，待处理完善后方可继续预压。
预压时，每天观测3 次，测算出最终沉降量，以此来调整底模预拱度，保证连续箱梁符合设计要求的上拱度和线形。待24h 累计沉降不超过1.5mm，且预压时间不小于7d 时方可进行卸载。
为节约时间，加快工程进度，确保支架的稳定性，第24、25、26 孔上跨G30 赛果高速的门式支架和第27孔满堂支架先进行场外预压，提前获取各项参数，检测支架的稳定性。同时，施工现场支架预压不得省略。
将军沟互通B 匝道大桥第七、八联上跨赛果高速，箱梁施工支架既要保证现有高速的正常运营，又要满足匝道桥的施工空间及工期要求。因此第七、八联现浇箱梁支架方案结合现场实际施工条件，分别采用满堂支架和钢管立柱+纵横梁两种支架方案。其中，跨高速公路段需满足高速公路的净空要求，拟采用结构高度较小的钢管立柱+纵横梁的支架方案，其余部分拟采用满堂支架方案，符合技术先进、安全可靠、经济合理的要求，充分体现了因地制宜、就地取材、便于施工和科学合理的原则。
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