软土地基现浇箱梁少支架法施工技术研究

姚福拴

（中国水电基础局有限公司，天津 301700）

1 工程概况

1.1 设计概况

526 国道岱山段改建工程PPP 项目江二村跨线桥全桥长1 350 m，双幅设计，全桥左右幅各14 联，上部结构设计采用现浇箱梁和预应力砼T 梁结构。其中第4 联上部结构采用预应力砼变截面连续箱梁，第8～11 联上部结构采用预应力砼等高连续箱梁，其余各联上部结构采用预应力砼T梁，先简支后连续。

1.2 工程地质

该桥所在地区为海积平原区，表部为灰黄色、粉质黏土（硬壳层），可塑状为主，一般厚约1 m～2 m 不等；下为厚层的淤泥、淤泥质黏土及软流塑状黏性土，厚度为16 m～40 m 不等，中下部为冲洪积、冲湖积、坡洪积和残坡积的粉质黏土、粗砂、含黏性土角砾（碎石）、含砾粉质黏土等，底部为含黏土角砾（碎石），中密状，下伏基岩为凝灰岩。

2 支架方案选择

根据以往施工经验，现浇箱梁施工常用的支架结构形式有满堂支架体系和少支架体系。

采用满堂支架体系，即在梁下满布盘扣式脚手架，模板直接支撑在立杆顶的方木或型钢上。该方案适用于地质情况较好、桥墩高度不高（一般不超过8 m）的陆域现浇箱梁施工。由于该工程桥墩高度为10 m，淤泥层较厚，地质情况较差，地基处理难度大，经济效果差，因此该工程不适合采用满堂支架法施工。

采用钢管桩和贝雷梁组成的少支架体系，即在桥下设置钢管桩立柱，桥上设置设贝雷梁，贝雷梁上设置模板系统，根据现浇箱梁跨度大小，设置2 跨或者3 跨支架，该方案适用于地质情况较差、桥墩高度较高的现浇箱梁施工。根据该工程的特点，钢管桩和贝雷梁组成的少支架体系适用于该工程施工。

该工程部分桥梁下部结构为单桩单柱的结构形式，钢管立柱无法设置在承台上，且支架分跨设置也需要考虑支架基础类型。因此，选择何种支架基础类型是少支架体系的关键。

根据地质情况，支架基础类型一般包括混凝土扩大基础、打入桩基础以及钻孔桩基础等，由于该工程地质情况较差，沿线均为较厚的淤泥质地层，通常采用打入钢管桩基础，结合地质情况，钢管桩的平均入土深度约为30 m，由于桥梁底部净空较低，现浇箱梁施工完成后，钢管桩无法拔出回收，施工成本高，经济性差[2]。

为了确保施工质量，降低工程成本，本项目提出采用预应力管桩+桩帽系梁的施工方案，通过采用预应力管桩进行支架基础处理，在管桩上设置桩帽，管桩与管桩之间通过系梁连接成整体，提高整体稳定性，在桩帽内设置法兰盘预埋件，支架钢管立柱通过法兰盘预埋件与预应力管桩可靠连接。

3 支架结构计算

3.1 支架结构

以江二村跨线桥第4 联现浇箱梁为例，采用拱形贝雷梁少支架体系进行施工，支架结构布置如图1 所示，支架具体结构如下。1）分配梁。支架横向分配梁为12.6 的工字钢，纵桥向布置间距为75 cm。2）纵梁。支架纵梁为双排或三排单层的321 型贝雷梁，采用90 和45 花架，截面共布置21 道贝雷片，各组贝雷梁间采用75mm×50mm×6mm不等边角钢进行横向联系，贝雷梁与分配梁间采用“U”形限位板连接，与承重梁间采用U 型限位槽钢连接。3）横梁。支架横向承重梁为双拼56b 的工字钢，横梁与钢管立柱间采用限位钢板焊接固定。4）钢管立柱。钢立柱采用630mm×10mm 圆钢管，平联采用325mm×6mm 钢管，斜撑采用245mm×6mm 钢管，墩身两侧的钢管立柱均用平联进行横向联系。5）支架基础。支架的钢管立柱大部分设置在桥梁的承台上，少数无法设置在承台上的钢管立柱，基础采用600mm×130mm 的AB 型PHC 预应力管桩，预应力管桩顶部设置桩帽，钢管立柱通过桩帽与预应力管桩连成整体。

3.2 荷载计算

根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG T F50—2011）中的相关计算要求，现浇箱梁支架设计计算时考虑的主要设计荷载如下。1）模板支架自重。该次计算采用有限元软件ANSYS 进行辅助计算，计算时支架结构的自重通过软件自行加载，其重力加速度为10 m/s2，模板荷载为1.5 kN/m2。2）新浇筑的箱梁混凝土自重：箱梁混凝土荷载分解计算时，分别按照翼缘板、边腹板、顶、底板及中腹板4 个区域进行荷载分解计算，各区域对应的荷载分别加载于对应位置投影下方的贝雷梁上。3）施工人员和施工材料、机具等行走运输或堆放的荷载为2 kN/m2。4）振捣混凝土时产生的振动荷载为2 kN/m2。5）新浇筑的混凝土对侧面模板的压力：支架计算时不考虑该部分荷载。6）倾倒大方量混凝土时产生水平方向的冲击荷载：支架计算时不考虑该部分荷载。7）风荷载,见下式。

式中:W0为基本风压值（Pa），K1为桥墩风载体形系数，K2为风压高度变化系数，K3为地形、地理条件系数。

3.3 荷载组合

对支架结构的受力计算按照承载能力极限应力状态法设计，结构的强度和刚度计算分别取基本组合和标准组合2 种荷载组合形式进行加载计算，其效应组合表达式如下：

图1 支架结构布置图

式中: SZ是组合荷载，rJi是恒载的分项系数，SJi是恒载分项荷载，rDj是活载分项系数，SDj是活载分项的荷载。

基本组合：用于强度、稳定性及抗倾覆性计算（6 级风荷载），风荷载组合系数为0.6。

标准组合：用于刚度（变形）计算。

3.4 支架结构验算

支架结构采用ANSYS 有限元软件辅助计算。单元选定为梁系结构，型钢间连接均采用共节点，钢管桩底端按固接进行[1]。根据计算，支架各构件受力计算统计如下。1）支架整体竖向变形最大值为17.84mm＜L/400=37.5mm，满足设计规范要求（L 为计算跨径）。2）贝雷梁最大竖向变形为17.84mm＜L/400=37.5mm，弦杆最大轴力为301.84 kN＜560 kN；贝雷梁竖杆最大轴力为131.67kN＜210kN，贝雷梁斜杆最大轴力为145.26kN＜171.5kN，满足设计规范要求。3）支架横梁最大等效应力为102MPa＜215MPa，满足设计规范要求。4）钢管立柱及平联斜撑最大等效应力为154MPa＜215MPa，满足设计规范要求。

4 施工工艺

4.1 工艺流程

施工工艺流程：平整场地→振动打桩锤打入预应力管桩→管桩桩帽系梁施工→支架钢管立柱搭设→安装卸荷砂箱→桩顶承重梁安装→贝雷梁安装→横向分配梁及纵向分配梁安装→安装方木和竹胶板→现浇箱梁施工[4]。

4.2 支架基础施工

现浇箱梁少支架体系基础，在承台范围内，钢管立柱可以借助承台形成共同承载的受力体系，承台施工时，安装法兰盘预埋件，利用承台作为钢管桩支架基础，满足现浇箱梁钢管桩支架基础承载要求。在承台范围以外，采用D80 型柴油锤打桩机进行预应力管桩沉桩施工，施工时采用打桩机上专门设置的起桩重钩及卷扬机吊桩就位，采用线坠或靠尺检查桩身的垂直度，接桩采用钢端板焊接法，接桩时桩顶端高出地面0.5 m～1 m，接桩前先将下段桩顶清除干净，加上定位板，然后将上段桩吊放在下段端板上，依靠定位板将上下桩段接直，施焊完成的桩接头应自然冷却后才能连续沉桩。当贯入度达到设计要求，且桩的入土深度与计算深度相差无几时，可以停止施打。当贯入度达到设计要求而入土深度与计算深度相差太大时，应停止施工，进行研究处理。

管桩施工完成后，进行桩帽及系梁基坑开挖，并按设计要求绑扎桩帽及系梁钢筋，支模浇筑C30 混凝土。该段预应力管桩桩帽尺寸为90cm×90cm，厚度为80 cm，系梁截面尺寸为60cm×60cm，管桩深入桩帽内部10 cm，下部用 5 mm 厚的圆薄钢板作为托盘。

4.3 钢管立柱安装

支架基础桩帽系梁施工完成，混凝土满足设计要求后，复核基础中心位置的准确性，测定基础顶面高程，计算出标高误差。钢管立柱通过法兰盘与桩帽和承台预埋的法兰盘采用螺栓连接。钢管立柱安装完成后进行测量复核，复核合格后安装水平横向连接，增加钢管立柱的整体稳定性。

4.4 贝雷梁安装

钢管立柱安装完成后，在桩顶安装卸荷砂箱，用于支架的卸荷拆除，在施工过程中确保砂箱高度适中，放置稳固。在卸荷砂箱顶安装双拼56b 工字钢承重梁，承重梁上安装贝雷梁，贝雷梁拼装后整体吊装，贝雷梁片与片之间采用花架连接，组与组之间采用联系撑连接，用角钢把一组和一组贝雷片连接起来，确保贝雷梁整体稳定。

4.5 支架预压

采用混凝土预压块模拟箱梁混凝土对支架进行预压，预压块重量为该孔现浇箱梁钢筋混凝土重量的1.1 倍。通过预压检查支架的整体稳定性及支架基础的实际承载能力，消除混凝土浇筑过程中支架和基础由于非弹性变形引起的不均匀沉降，避免箱梁混凝土因支架不均匀沉降而出现裂缝，收集支架的弹性变形值，为施工立模标高提供依据。在支架预压过程中，除了对支架进行观测外，还须重点对支架底部的桩帽系梁基础进行重点观测[3]。

5 结语

该文以实际工程为例，对软土地基现浇箱梁少支架体系进行了分析和研究，提高了支架结构安全，降低了施工成本，该支架体系的成功应用，为后续同类型同条件的支架施工提供了参考和借鉴。