不对称斜拉桥现浇支架设计与施工工艺

钟祥　威林涛

（中铁24局集团福州闽龙铁路工程有限公司　福州　350013）

不对称斜拉桥现浇支架设计与施工工艺

钟祥威林涛

（中铁24局集团福州闽龙铁路工程有限公司福州350013）

原南平市桔子洲大桥采用不对称斜拉桥箱梁施工方案采用挂篮施工法，改为了钢管与贝雷梁组合支架施工以缩短施工工期。结合实例，给出了南平市桔子洲大桥主桥钢管与贝雷梁组合支架设计方案及其施工方法，并对该支架各构件进行了结构验算，经预压后观测，没有出现不均匀沉降，保证了支架稳定，主梁施工一次性浇筑成型，大大缩短了施工工期。

不对称；斜拉桥；钢管；贝雷梁；现浇支架力学检算

1　引言

钢管与贝雷梁组合支架常应用于桥梁施工便桥或水上作业平台的承重结构[1]。钢管与贝雷梁组合支架以其施工周期短、结构变形小、施工材料损耗低等特点在斜拉桥主梁施工中取得了广泛应用[2]，本文对桔子洲大桥不对称（80+60m）主桥支架钢管与贝雷梁组合支架设计方案和施工工艺进行浅析，对今后相关工程具有一定的借鉴作用。

2　工程概况

南平市桔子洲大桥主桥为80+60m独塔单索面斜拉桥，主跨80m，边跨60m，塔梁墩固结，横向布置为单幅桥。该斜拉桥采用扇形索面，梁上索距主跨为6m，边跨为4.5m，箱梁截面为单箱三室梁，为三向预应力混凝土结构，采用大挑臂等高度预应力箱梁，箱梁中线处梁高2.4m，箱梁顶板横坡1.5%，底板水平。底宽17m，顶宽29.7m，两侧挑臂各6.35m，顶板厚30～60cm，底板厚25～60cm，中腹板厚为40～60cm，边腹板厚度为60～80cm。在腹板与顶、底板连接部设腋角，以改善箱梁受力。斜拉索张拉端布置在主梁中腹板近中间箱室侧。箱梁在支点、拉索锚固处及主塔处设置横梁，主塔处横梁宽10.1m，桥台端过渡横梁1.5m，主跨拉索处横梁宽60cm，边跨拉索处横梁宽80cm。

3　支架设计

3.1设计概述

为保证主桥快速贯通，施工方法由悬臂施工法调整为钢管与贝雷梁组合支架施工。本支架施工方案采用分节段施工法，根据支架布置来施工箱梁，采用循环使用钢管贝雷梁施工。全桥箱梁共分六次施工，先施工0#块，再施工1#、2#节段；3#、4#节段；5#、6#节段；7#、8#节段；9#、10#节段。施工完0#块和第1、2节段混凝土后，增设边跨配重，拆除0#块支架，同时清除砂卵石往0#桥台和2#桥墩处填筑，作为下一施工段的平台（见支架结构横断面图1和0#块，1#、2#节段立面图2；3#、4#节段立面图3），与箱梁混凝土浇筑、预应力筋张拉、挂索张拉周期同步，以此作为循环。

以此循环，周转利用支架材料，最后施工第9#、10#节段（见9#、10#节段立面图4所示）。

支墩采用φ630mm壁厚8mm的螺旋钢管，两钢管之间用[16的槽钢连接，使支墩形成整体。贝雷片共28排，在贝雷片上按60cm的间距放置I14b工字钢，工字钢上面按30cm的间距布置纵横两层10cm×10cm的方木。然后在方木上方搭设2cm厚的箱梁底模板，箱梁底模及侧模采用高强度竹胶板，箱室内模采用木模板。贝雷片的跨度最大处为7.8m，最小处为3.1m。钢管基础采用混凝土条形基础，基础宽1.5m，厚1m，长30m，支墩高度约5m。支墩顶横梁采用两根I40b工字钢支承贝雷片，箱身下贝雷片间距为0.8m和1.0m，贝雷片采用321型，共需贝雷片20排。

图1　支架结构横断面图（单位：m）

图2　0#块，第1、2节段立面图（单位：m）

图3　第3、4节段立面图（单位：m）

3.2支架平台检算

图4　第9#、10#节段立面图（单位：m）

依据支架布置图，2#墩处支架跨度最大，每跨为7.8m，属于最不利受力状态，现根据这一跨支架进行受力分析。

3.2.1I14工字钢检算

（1）I14工字钢技术指标以及为学性能

方木下分配梁统一采用I14b工字钢。计算按照最大跨矩为1.0m的三跨连续梁荷载计算。

I14b工字钢技术指标：E=2.05×105MPa；I=712cm4；W=10.17× 104mm；A=2150mm2；自重g=16.88kg/m=0.1688kN/m；[σ]=145MPa

（2）荷载计算：工字钢荷载：q=0.34kN/m2；由前面模板分析可知转递到工字钢的面荷载如下：

又工字钢的中心间距为0.6m，故线荷载为：

（3）受力分析由于工字钢下面贝雷片的横向间距有0.8m，1.0m两种设置，按最不利分析，按三跨连续为1.0m建模如图5。

图5　

Mmax=ql2/10=40.28×103×1.02/10=40.28×102N·m；σ=Mmax/W= 40.28×105/10.17×104=39.6MPa＜[σ]=145MPa，满足要求。

Fmax=ql4/150EI=40.28×10004/150×2.05×105×712×104=0.18mm< [f]=L/400=2.5mm，满足要求。

3.2.2贝雷梁检算

（1）321型贝雷片技术指标以及力学性能，由《路桥施工计算手册》[3]中查得：E=2.05×105MPa；I=250497.2cm4；M=788.2kN·m；[Q]=245.2kN；W=3578.5cm3；g=3kN/片。

（2）荷载计算：由I14工字钢转递到贝雷片的荷载如下：Q= 62.4+0.15+2+2+0.24+0.34=67.13kN/m2；贝雷片荷载：20×3×6= 360kN（共20排，每排6片，每片3kN）；贝雷梁上总荷载：（67.13×17×16.12）+360=18756.3kN；贝雷梁上总荷载均匀分布在20排贝雷片上，贝雷片受压区长15.6m，则Q=18756.3÷20÷ 15.6=60.1kN/m。

（3）受力分析：贝雷片下面支墩的跨度为7.8m，按简支梁布置计算（如图6）。

Mmax=ql2/8=60.1×7.82/8=457.1kN·m；σ=Mmax/W=457.1×106/ 3578.5×103=127.7MPa＜[σ]=210MPa，满足要求。

图6　

Fmax=5ql4/384EI=5×60.1×78004/384×2.05×105×250497×104= 5.7mm<[f]=L/700=11.1mm，满足要求。

3.2.3钢管桩检算

I40b工字钢下支墩每排设置8根钢管桩，每根钢管长约5m，最大间距为3.4m，钢管采用φ530mm，壁厚8mm的螺旋钢管。[σ]=170MPa。

（1）荷载计算：钢管荷载=18×5×102.78=9250kg=92.5kN（共计18根桩，每根长5m），总荷载：由以上I40b工字钢荷载得知：Q= 18831.6+92.5=18924.1kN，总荷载平均分布在18根钢管上，刚每根钢管承重：R=18924.1÷18=1051.3kN。

（2）受力分析：惯性矩：Im=3.14×（534-51.44）/64=44672cm4；截面积：Am=3.14×（532-51.42）/4=131.1cm2；截面抵抗矩：W=3.14×（533-51.43）/32=1283.5cm3；回转半径r=18.45cm；长细比：=500/ 18.45=27，查表得：φ=1.02-0.55×[（λ+20）/100]2=0.89，P临界=Am× φ×[σ]=13.1×103mm2×0.89×170N/mm2=1982kN>1051.3kN，满足要求。

4　支架施工工艺

4.1支架基础处理

靠近1#墩两侧支架基础先清除主桥位置河漫滩的表层土，露出砂卵石覆盖层，充分碾压平整，必要时对上部进行50～100cm的换填，分层碾压，确保土体密实。地基处理后要求密实度达到90%以上，地基承载力达到0.2MPa以上。支架地基要比原地面高15～20cm，外侧做两条排水沟，以避免地面水流入支架区浸泡支架地基。处理完后的平台上浇筑C20混凝土条形基础（长×宽×高=30m×1.5m×1.0m），钢管立柱间距按照（5+3.2×6+5）m布置。其余支架基础，由于此处岩层裸露。因此采用冲击桩成孔，孔深1m，支架钢管植入孔内，然后再回填2m厚碎石土。

4.2支架立柱施工

钢管立柱施工时在钢管和基础之间设置厚14mm的钢板，进行水平调平及增加受力面积。先将承台顶面清理干净，在承台顶面按设计尺寸放出钢管位置。然后在承台面上铺一层厚2cm的高标号细石混凝土，放上尺寸为1m×1m、厚14mm的钢板。再用水准仪抄平，保证钢板四角标高一致，将钢板和承台之间的空隙填满、捣实，确保钢板安放牢固。在找平混凝土上强度后，开始安装钢管。按钢板顶标高和梁底标高，扣除模板厚度、方木高度、贝雷架高度、工字钢高度及砂箱高度，最后计算出钢管长度。先在钢板上将钢管位置用粉笔画出，然后借助吊车将钢管按设计位置就位，用电焊将钢管和钢板焊牢，并用6块尺寸为20cm× 20cm、厚14mm的三角钢板作为加劲板，对称焊在钢板和钢管之间。钢管安装好后，用[16槽钢通过焊接将钢管连接成整体。

4.3支架拆卸

支架拆卸时，由于斜拉桥为不对称结构，塔两侧箱身重量不平衡，拆卸支架时确保重量比较重的一端箱身底支架有一连支架未拆卸。其余支架拆卸时通过钢管顶设置的钢管砂箱临时支座的沉降来拆除，使用汽车吊拆除贝雷梁及钢管等支架。拆除顺序严格控制从上往下进行。

5　结束语

（1）与挂篮施工法，钢管与贝雷梁组合支架施工工艺简单，各施工环节的可预见性较强，风险较少，对施工质量的影响较少。

（2）可以充分利用公司自有贝雷梁设备及钢管立柱，不用重新设计及加工制作挂篮设备，加上重复周转使用，经济性比较好，降低了施工投入成本。

（3）可一次性浇筑成型极大地缩短了施工工期，能够满足快速施工要求。

[1]刘志峰.浅海多类型规模化箱梁现浇施工新技术[J].公路，2011（11）：79～85.

[2]姜勇.大跨多连拱桥梁高支架设计与施工[J].铁道建筑技术，2013（8）：68～71.

[3]周水兴.《路桥施工计算手册》.人民交通出版社，2001（5）：432～439.

U448.27

A

1673-0038（2015）08-0133-03

2015-2-5

钟祥威（1982-），男，工程师，大学本科，毕业于武汉科技大学，土木工程专业。