跨石油管廊钢箱拱桥主梁现浇支架方案研究

曾 利 刘建武 胡尧庆

(1.浙锚科技股份有限公司 杭州 311400； 2.中国铁建大桥工程局集团有限公司 天津 300300)

支架法[1]现浇主梁施工方法在新建城市桥梁中得到广大施工者的青睐，支架体系设计不仅需要对支架本身的强度、刚度、稳定性进行验算，还需结合施工场地实际情况(地质条件、交通、地下管线、周围建筑)合理运用，为此，根据施工场地实际情况设计一种满足施工要求的支架是桥梁得以顺利施工的前提。

1 工程背景

跨石油管廊拱桥总长200 m，桥型为35 m+130 m+35 m的三跨一拱钢筋混凝土系杆拱桥结构(见图1)，为下承式单肋拱桥，与管廊斜交，交角约66°。

图1 主桥桥型布置立面图(单位：m)

主梁为钢筋混凝土现浇连续梁，130 m中跨上跨管廊桥，主梁底距管廊桥面6.94 m。管廊桥共2跨，总长40 m，总宽度42.5 m，采用钻孔桩(桩长25 m)基础，横向布置3排，桩顶设墩盖梁和台盖梁，梁体采用空心板梁，桥梁两侧设浆砌块石挡墙。管廊内外布设多条管道，主要有：工业用油管、高压天然气管、污水管、自来水管、10 kV电力管、工业管等，共计21条。

根据地质资料，管廊桥基础桩顶以下20 m范围内为淤泥质黏性土，桩端以上5 m为中密粉砂(桩在粉砂层侧摩阻为65 kPa，桩端阻力为3 500 kPa),桩径1.2 m，由沉桩承载力容许值计算得单桩竖向承载力特征值[Ra]=2 590 kN。

现浇主梁荷载包含：主梁自重7 696 kN、模板自重1 875 kN、人机料及施工荷载4.5 kN/m2。

2 跨石油管廊支架方案比选

主梁跨石油管廊支模架是主梁施工的重点，拟采用的支架方案[2-5]有4种，分别是：①满堂碗扣支架；②钢管柱+贝雷梁支架；③钢管柱+新型组合杆件支架；④新型组合杆件+碗扣支架。下面分别对这4种支架型式进行分析比较。

2.1 满堂碗扣支架

满堂碗扣支架图见图2。

图2 满堂碗扣支架

主梁跨2跨石油管廊，使用满堂碗扣支架将主梁施工期荷载附加在管廊顶板上，管廊桥顶板为2×20 m跨径布置的连续板，顶板能否承受满堂碗扣支架传过来的混凝土自重及施工荷载是该方案应用的关键。

1) 桩承载力。

Ra=2 590×16=41 440 kN>1.2×9 571+1.4×4.5×12.2×40=14 559.6 kN

(1)

式中:Ra为16根桩桩基竖向承载力特征值总和，kN。

2) 管廊顶板按单向连续板受弯配筋。

(2)

(3)

式中:M支为中墩支座弯矩，kN·m；As为钢筋截面面积，mm2；fy为钢筋抗拉强度设计值，MPa；h0为板截面有效高度，mm；n为钢筋根数。

调查发现，管廊顶板实际配HRB400主筋210根，不满足承载要求。因此，满堂碗扣支架方案不可行。

2.2 钢管柱+贝雷梁支架

钢管柱+贝雷梁支架图见图3。

图3 钢管柱+贝雷梁支架

为了达到对比效果，贝雷梁的横向布置间距与后几种支架类型保持一致。在1.2倍主梁自重+1.4倍施工活载作用下做静力分析，贝雷梁Z方向变形见图4，贝雷梁梁单元应力见图5。

图4 贝雷梁Z方向变形图(单位：mm)

图5 贝雷梁梁单元应力图(单位：MPa)

分析结果显示跨中最大竖向位移值为98 mm>跨径/400=20 000/400=50 mm；梁单元应力最大值为889 MPa，远远超过贝雷梁的屈服强度；综合变形及梁单元应力，说明该支架类型不满足要求，无法使用。

2.3 钢管柱+新型组合杆件支架

钢管柱+新型组合杆件支架见图6。

图6 钢管柱+新型组合杆件支架

该支撑体系后期拆除极为困难，且拆除过程中有极大安全隐患。因此，钢管柱+新型组合杆件支架方案也不可行。

2.4 新型组合式杆件+碗扣支架

新型组合式杆件+碗扣支架见图7。

图7 新型组合杆件+碗扣支架

同样在1.2倍主梁自重+1.4倍施工活载作用下做静力分析，Z方向变形见图8，梁单元应力见图9。

图8 新型组合杆件Z方向变形图(单位：mm)

图9 新型组合杆件梁单元应力图(单位：MPa)

分析结果显示跨中最大竖向位移值为28 mm<跨径/400=20 000/400=50 mm；梁单元应力最大值发生在中间支座处为353 MPa，小于375 MPa设计强度，跨中的梁单元应力为126 MPa；综合变形及梁单元应力，说明该支架满足要求，可以使用。

相较于其他3种支撑体系，该新型组合式杆件搭设简单、安拆方便[6]，且能确保管廊安全稳定。

汇总跨石油管廊支架方案优缺点见表1。

表1 跨石油管廊支架方案比选汇总表

综上，通过方案比选最终确定采用新型组合式杆件+碗扣支架形式跨越石油管廊。

3 新型组合式杆件+碗扣支架应用

3.1 总体布置

支架纵桥向间距为0.6 m，纵向布置立面图见图10，采用1.2 m标准步距。中墩加厚实心段横桥向间距组合为0.6 m+0.9 m×2+0.6 m×2+0.3 m×20+0.6 m×2+0.9 m×2+0.6 m，底腹板采用0.3 m小横杆加密。其余部位横桥向间距组合均为0.6 m+0.9 m×2+0.6 m×14+0.9 m×2+0.6 m，见图11，底腹板采用0.6 m标准间距。所有翼缘板下支架横向间距均为0.9 m，翼缘板外侧设通道，宽度为0.6 m。

图10 主梁支架纵向布置立面图(单位：mm)

图11 跨石油管廊支架横向布置图(单位：mm)

3.2 跨石油管廊支架

采用新型组合式杆件上部接碗扣支架的支架结构形式跨越石油管廊桥，新型组合杆件单件长4.0 m，高2.0 m，共计布设21榀，每榀设10片，单榀长度40 m，榀间距布置组合见图11,总宽度为12.6 m。

3.3 控制要点

沿管廊墩台中心设置3座钢筋混凝土条形基础(见图12)，条形基础截面尺寸为0.8 m×0.8 m，长约20 m。根据支架设计图在条形基础上标记新型组合杆件中心位置，安放钢垫板，从中间条形基础依次吊装。吊装完成后及时进行底、竖花窗安装连接，并在下弦杆两侧安装限位杆，防止杆件横向移动。组合杆件支架底部设置横联，顶部利用工字钢分配梁加强横梁，横联与组合杆件弦杆均采用U形卡扣连接，见图13。

图12 条形基础上组合杆件布置图

图13 弦杆与工字钢U形卡扣连接要点图

4 结论

1) 既有连续管廊空心板承载不足，无法满足现浇主梁恒载与施工荷载作用。因此，满堂碗扣支架方不可行。

2) midas有限元计算结果显示，贝雷梁弦杆强度不足，故否定了钢管柱+贝雷梁支架方案。

3) 根据搭设、拆除方便与否，否定了钢管柱+新型组合杆件支架方案。

4) midas有限元计算结果显示新型组合杆件强度及刚度均满足要求。

5) 在跨度、支架横向布置、用钢量、荷载及边界条件相同的情况下，新型组合杆件的承载能力约为贝雷梁的2倍。

从主梁施工结果来看，新型组合杆件+碗扣支架方案的成功运用，保证了跨石油管廊施工安全，同时有效保证了主梁线形。