立体交叉互通超高支架现浇箱梁施工技术探讨

李建凯

（贵州省公路工程集团有限公司，贵州贵阳 550000）

0 引言

钢管支架法因施工简便、性能可靠而在现浇梁板中广泛应用，但是当支架搭设高度超出8m 后仅通过钢管支架便无法确保现浇梁板施工强度、刚度及结构稳定性，必须通过搭设组合支架增强钢管支架结构的稳定性与可靠性。此外，超高现浇支架施工过程也面临各种质量及安全隐患，必须从施工方案设计、施工过程控制等角度出发，保证工程施工及运行的安全稳定。

1 工程概况

某高速公路起讫桩号为K200+045—K285+565，公路全长85.52km，其中KE15 合同段起讫桩号K278+000—K285+565，长度7.565km，主要包括的桥梁构造物为互通立交主线桥，A、C匝道1#和2#桥，B匝道及D匝道桥，以上桥梁构造物上部均采用普通钢混现浇连续箱梁设计。匝道桥现浇连续箱梁共17 联，78 孔，跨径最大为20m。该立体交叉互通桥梁位于山区，地面起伏，且地势南高北低，河谷幽深，河谷两侧山势陡峭，山峰呈尖棱状、山脊呈刀状。

该互通立交依托河流展线，地形地势较为复杂，匝道多次穿越河流两侧，且所在流域于6～9 月间洪水频发，增大了互通立交现浇连续箱梁施工难度。结合现场踏勘及所取得的工程资料，根据墩柱高度设计出两种现浇箱梁底模支撑方案：当墩柱高度小于15m且地形地势较为平坦的区域，应采用满堂碗扣支架；而当墩柱高度不小于15m且地势陡峭复杂、跨越河道时，应采用贝雷梁支架。考虑到该互通立交超高支架现浇箱梁施工工期紧、施工难度大、质量要求高，故采用φ609钢管立柱、贝雷梁片与盘扣式支架相结合的组合支架施工方案[1]。

2 超高支架现浇箱梁施工

2.1 地基处理

以钢筋混凝土条形基础为钢管桩底座，跨中及墩身处基础尺寸分别为11m×4m×1m和11m×1.2m×0.8m（长×宽×高），将Ф20、Ф12纵向筋和Ф10箍筋分别设置在混凝土基础中。考虑到该桥梁工程所处地区地表以素填土为主，必须通过60t振动锤在基础中打设加强钢管桩。通过在混凝土基础顶面堆放钢筋的方式进行基础静载预压，以检验地基承载力，并消除因基础沉降所引发的非弹性变形。在预压前通过I36工字钢在混凝土基础上铺设预压施工平台，以确保所堆放钢筋的荷载全部作用于扩大的混凝土基础上。结合设计要求，跨中墩钢管桩反力均不超出345t，通过重量345t的Ф32钢筋按照12m×6m的堆放面积及1.0m的堆放高度预压；边墩钢桩反力之和不超出270t，则通过重量270t的Ф32 钢筋按照12m×6m 的堆放面积及1.0m的堆放高度预压。若持续3d的预压结果显示的总沉降量不超出1mm，则可判定地基沉降稳定。

支墩基础采用C25钢筋混凝土形式，并在基础底面增设厚度10cm、襟边宽10cm 的C15 混凝土垫层，浇筑过程中顶面必须与法兰盘准确连接，以起到固定钢管立柱的作用。

2.2 钢管立柱施工

待所浇筑的支墩基础达到设计强度后，通过全站仪进行钢管立柱中心线校核，校核无误后借助30t 起重机分节段起吊安装钢管立柱。最底面钢管立柱节段吊装完成后，通过螺栓和预埋法兰盘连接；其上节段吊装时，均应及时拧紧螺栓，保证结构的稳固性和整体性。支墩安装过程中必须同步搭设双排支架，并搭设操作平台，完成立柱安装后再吊装L160剪刀撑，并通过操作平台将其与钢管立柱焊接。考虑到钢管立柱支墩具有较大高度，为保证支墩体系稳定，应事先加工相配套的抱箍，并按设计要求设置抱柱连接（见图1），抱箍和钢管立柱之间的连接仍通过L160剪刀撑实现（见图2）。

图1 钢管立柱抱柱连接示意图

图2 支墩剪刀撑连接示意图

2.3 分配梁和贝雷梁安装

在钢管立柱顶部利用全站仪测量定位出分配梁两侧边线，并按设计位置焊接限位钢板。横向分配梁通过30t 起重机吊装。吊装过程中，为避免发生滑移等安全问题，应在每根工字钢端头1.5m 处设置两个吊点固定钢丝绳；起吊后的工字钢直接吊运至事先设置好的限位钢板内，牢固焊接。完成分配梁安装后还应测量定位出贝雷梁安装位置，1 榀贝雷梁包括6 片梁片，2榀贝雷梁通过花架连成一组，组件通过设置于下弦杆处的L160 剪刀撑连接。贝雷梁组装工作在地面完成，并通过30t起重机吊装至设计安装位置后按要求组装。

2.4 盘扣式支架安装

将双I12 作为盘扣式支架立杆底部支撑设置在贝雷梁片纵向分配梁顶面，结合箱梁结构设计及盘扣式支架受力特性，应按照150cm确定支架立杆纵向间距，腹板下方以及翼缘板下方横向间距分别按120cm 和150cm设置。以第一层水平横杆为扫地杆，设置在与地面距离35cm处；横纵向立杆均按照150cm步距设置，并局部加密；为用作施工平台，应将横向外侧立杆搭设于翼缘板外延120cm处，并比作业面高出1.2m，同时在操作平台外布置密目防护网。可调顶托反向设置于贝雷梁顶立杆底部以及顶部，立杆底部通过12号槽钢加强支撑。以满布方式设置支架竖向斜杆和两道钢管扣件式水平剪刀撑，并通过专用扣件连接盘扣式立杆。为确保支架结构稳定性，柱箍通过Φ48×3.5扣件式钢管搭设，并连接相邻侧支撑体系，将连接横杆深入侧支撑内的尺寸控制在3.0m以上，同时保证扣件连接的稳固性。

2.5 侧模与内模安装

利用截面尺寸6cm×8cm的方木将侧模背面全部包边处理，并按照纵向40cm的间隔距离拉撑加固，用玻璃胶将底模和侧模、侧模和侧模之间的缝隙填充密实平整，防止发生漏浆。内模主要采用竹胶板材料。在内模制作时先完成节段长度1.4m 的方木骨架的制作及组合拼装，并将内模板顶面和侧面均通过骨架钉入竹胶板固定。待底模板、腹板及横隔梁钢筋安装后，再将其结构整体吊入指定位置并安装加固处理。顶板混凝土浇筑前，还应在顺桥向箱室零弯矩处增设尺寸120cm×80cm 的人孔天窗，便于施工操作以及混凝土浇筑结束后拆模。

2.6 钢筋安装

在预制场集中进行钢筋制作，完成后运输至施工现场，通过汽车吊提升至设计高度后绑扎成型，为保证结构的完整性，应同时进行底板钢筋和腹板钢筋骨架的绑扎安装；安装过程中如遇钢筋骨架和普通钢筋位置冲突，则应适当调整普通钢筋位置，保证钢筋骨架准确安装和定位。绑扎钢筋前应安排专业的测量技术人员进行模板高程及平面位置复测，核对无误后再进行绑扎，绑扎过程应按照普通钢筋→横隔梁→腹板钢筋骨架的次序绑扎并焊接，内膜钢筋绑扎安装结束后再进行顶板钢筋绑扎。

2.7 混凝土浇筑及养护

该立体交叉互通超高支架现浇箱梁混凝土浇筑采用二次浇筑技术，即先检查底板、腹板钢筋及模板，无误后首次浇筑，结束后进行内模顶板安装，顶板钢筋绑扎，混凝土顶面标高点设置，检查合格后再进行顶板混凝土浇筑施工。混凝土材料通过拌和站集中制备，罐车运输至施工现场后通过输送泵泵送入模，为保证施工质量，应按照30～40cm 的层厚分层浇筑，对称进行，通过振捣器振捣密实。对于钢筋设置较为密集的区域，应改用直径30mm 小型插入式振捣器振捣。浇筑结束后按照设计要求覆盖土工布保湿养护。

3 超高支架受力分析

在完成立体交叉互通超高支架现浇箱梁施工后，采用Midas 有限元分析软件构建箱梁最高现浇跨有限元模型，并通过预压荷载计算模型结构刚度、强度及稳定性，在全面分析影响因素的基础上评估支架受力的稳定性与安全性。

该立体交叉互通式贝雷梁采用16Mn钢材，抗拉、抗压及抗弯应力均为295MPa，剪应力170MPa；其余部件均采用Q235A钢材，抗拉、抗压及抗弯应力215MPa，剪应力125MPa。采用1.2×恒荷载+1.4×可变荷载组合进行结构强度验算，同时采用混凝土结构自重+模板、支架结构重量进行结构刚度验算。荷载组合情况具体见表1。

表1 该立体交叉互通超高支架荷载组合情况

盘扣式支架应力绝对值最大取150.8MPa＜[σ]=215MPa，剪应力绝对值最大取13.8MPa＜[σ]=125MPa，均符合设计要求。贝雷梁应力绝对值最大取150.8MPa＜[σ]=295MPa，剪应力绝对值 最 大取115MPa＜[σ]=180MPa，符合要求，在组合应力作用下，贝雷梁位移最大值为13.2mm，且主要分布在跨中区域。该桥梁工程贝雷梁通过插销方式连接，销孔间设计间隙较大，当桁架受载的情况下销孔所发生的相对位移引发非弹性变形的可能性较大，但根据公式所分析的非弹性变形值及总变形值均符合结构稳定性方面的要求。

分析该立体交叉互通超高组合模架十阶整体模态特征值发现，其特征值均在6.15以上，且结构弹性屈曲稳定安全系数在4.0以上，结构整体稳定性符合相关规范[2]。

4 支架预压

为消除支架结构非弹性变形，并进行立体交叉互通超高现浇支架实际变形量以及安全性、稳定性的检验，必须进行支架预压。通过预压试验，得到支架模板实际弹性变形，并据此绘制荷载-挠度曲线，进行预拱度调整，验证超高支架现浇箱梁施工参数，并进行原设计方案施工参数的调整优化。根据预压变形程度描绘沉降曲线和模板弹性变形曲线，并结合支撑变形实际值及设计预拱度值，通过调整模板支撑顶托的方式达到调整支架模板预拱度的目的[3]。

结合工程实际及有限元分析，应在支架预压开始前，在其前后两支点以及每跨向1/4、1/2 及3/4 处布置预压观测断面，同时沿横向在各断面对称布置三个观测点，构成观测网。布置好测点后按30%、100%及120%的设计荷载值进行预压操作，每加载一级，均应间隔2h 实施观测，直至沉降速率降至1.0mm/d 及以下。在观测过程中，主要通过水准仪进行支架、模板、地基等结构沉降变形程度的观测，同时通过全站仪进行支架位移观测。根据预压试验结果，弹性变形量最大值出现在跨中，越往墩位方向则弹性变形量越小，据此将跨中预拱度按照10mm 设定，其余各观测点和观测断面以此为基准，按照二次抛物线进行预拱度设置。

考虑到立体交叉互通现浇箱梁临时墩支架高度较大，且施工过程正好处于多台风季节，为保证支架结构整体抗风稳定性，在临时边墩处增设与墩身的连接，并在支架两侧钢管柱2/3 高度的临时中墩处拉设斜向风缆，每排设置4根Ф28mm钢丝绳实现钢管桩缆风索。

5 结语

应用本研究提出的施工方案后，该立体交叉互通匝道箱梁混凝土浇筑施工顺利完成，且混凝土浇筑过程中进行的支架结构变形及稳定性监测结果显示，支架结构十分稳定，沉降及位移变动均位于可控范围，也验证了采用超高组合支架施工方案的合理性，采用的组合支架方案有效降低盘扣式支架搭设高度，拆除更加方便，通过调整支架顶托升降以调整模板标高及平整度的操作效率也较高。总之，本工程施工方案适用于超高支架、梁长及路线平面半径较小、纵坡坡度较大的现浇箱梁施工，取得的社会效益和经济效益较好。