特殊工况下的拱桥施工承重支架体系

张文贵

上海市政建设有限公司 上海 200126

1 工程概况

1.1 桥梁总体概况

上海市大芦线航道整治工程Y8桥位于大芦线航道新团芦港段，与大芦线航道法线交角7°。主桥采用斜桥正做，桥梁横断面布置为双幅桥，主桥全宽45.15 m，单幅桥宽22.525 m。主桥上部结构由哑铃形钢拱肋、预应力混凝土系梁与中横梁、柔性吊杆及整体化桥面系组成[1-6]。

主桥系梁采用箱形预应力混凝土结构，端横梁现浇箱形预应力混凝土结构，中横梁采用T形预应力钢筋混凝土结构，中横梁为厂家预制，在现场安装。

主桥拱肋跨径99.2 m，采用哑铃形钢管拱肋。拱肋钢材采用Q345qd桥梁用结构钢。拱肋成形后，钢拱肋内和拱脚段腹板内要灌注C50微膨胀缓凝混凝土。拱肋顶设吊杆张拉端，系梁底部设吊杆固定端。

本工程采用先梁后拱法施工。总体施工程序为：中横梁吊装→拱脚、端横梁施工→系梁混凝土浇筑，分阶段张拉预应力束→钢拱肋安装；钢管拱内填充混凝土→中横梁湿接缝施工→吊杆安装及张拉→落架及桥面铺装。

1.2 工程区域情况

Y8主桥桥跨的北侧区域跨越1条待拓宽改造的团芦港河道，现状宽度为35～39 m，河床最低处标高为－0.2 m，拓宽后的新河面宽为85 m。主桥桥跨的南侧区域东幅为陆岸，西幅跨老万彭河，工程实施期间需对老万彭河进行回填处理。

主桥主跨共1跨，主跨南端桥墩墩位P10，P10东墩位于现有马五公路上，P10中墩位于万彭河东侧河岸上，P10西墩位于万彭河西侧河岸上；主跨北端桥墩墩位P11，P11的3个墩位均位于河岸陆上。东半幅桥梁的东侧系梁跨团芦港的长度约为38 m，中间系梁跨团芦港的长度约为36 m，西幅桥梁的西侧系梁基本上都位于团芦港上和万彭河上（图1）。

图1 Y8桥柱墩位置和现场条件平面示意

1.3 工程地质条件

该工程场地地面水系发育，浜塘较多，周围地形较平坦，地面标高在4 m左右，属河口、沙嘴、沙岛地貌类型。根据地质勘察报告说明，该场地浅层地基土构成主要为填土及淤泥，其中填土层底标高1.50～4.03 m，厚度0.4～2.7 m，松散，以耕土为主，含植物根茎，局部为素填土，局部厚度达2.7 m。淤泥层底标高－0.29～－0.19 m，厚度2.4～2.5 m，含有机质、腐殖物等，分布于河塘底部。

2 支架体系搭设的思路与选型

2.1 总体支架搭设思路

拱桥施工支架体系的选择需结合现场实际情况与支架租赁采购市场情况进行综合分析，需考虑特殊地形地貌、团芦港河道通航情况、水文地质条件以及现场材料库存条件，市场上对钢结构平台、贝雷梁等各部件的采购租赁情况等各类因素。针对本工程的拱桥施工支架体系选择，我们考虑了以下几点：

1）施工支架体系的选择更重要的是结合该工程特征进行分析研究。该工程中横梁采用厂家预制，现场吊装。现场显示，部分中横梁支撑点位于河道范围。每片中横梁吊装就位后，采用两端型钢斜撑及两两中横梁预留钢筋焊接连接，若发生支架变形或不均匀沉降导致中横梁倾斜，易发生中横梁连锁倾覆后果。故对支架体系的承载能力、抗变形能力以及中横梁两端的不均匀沉降要求极高。

2）拱桥有东西幅桥拱4道主纵系梁，箱形截面，长度逾100 m。西幅桥西侧系梁基本位于万彭河及团芦港河道范围，西幅桥东侧系梁也有23 m位于万彭河，36 m位于团芦港河道范围。而且系梁施工长度范围内一次性浇筑，对系梁支架的强度、刚度及整个支架体系的不均匀沉降要求高。

3）工程位置万彭河需要清淤后做回填处理。清淤后河道深度预计有3 m，若采用一般形式支架支撑体系，需要对万彭河进行素土分层回填，而且压实度须达到92%以上，并要对支架体系范围内进行厚10～15 cm的钢筋混凝土整平硬化处理。河道回填过程中，由于要保证回填质量需采取井点降水、重型机械分层压实、石灰土处理等措施方能保证地基的强度及承载力要求。若采用钻孔灌注桩进行地基处理，则需要使用挖机等大型机械在河道回填过程中适当压实，预计压实度达到85%以上，以保证河道回填部分桩基的摩擦力及整桩的承载力和钻孔过程中土方不发生坍塌。

4）由于该项目前期动拆迁问题，致使工程南北岸引桥完成后，停工1年。1年后复工时，本标段东西相邻航道及桥梁标段均已经全部完工，团芦港已被拓宽成85 m的标准航道。航道疏浚深度为原河床泥面线下1 m，这无疑增加了桥梁施工的风险。团芦港航道日常来往货运船只较多，船只航行时激起的水浪不断地对桥梁施工范围的地基进行冲刷，故需沿河岸在比桥梁投影线宽1 m范围处，全部采用密打钢板桩围护，保证支架安全。考虑河船只航行激起水浪对土质冲刷影响，故一般的浅埋基础不能满足要求，而采用钻孔灌注桩，规避这一风险因素。

5）团芦港为通航航道，经和当地海事部门沟通，需保证通航净宽16 m、净高5 m的要求。为此，跨团芦港航道部分的支撑支架需要考虑大跨度钢桁架体系。

6）拱桥施工中横梁、主纵系梁施工完成后还要进行后续拱肋安装、钢拱内混凝土填充、吊杆安装及张拉和桥面系施工，施工工期近1.5年。支架体系在长时间施工期间的安全是桥梁顺利完成的关键。

7）选择桥梁中横梁、主纵系梁承重支架时，需考虑钢拱分段的钢支架具体位置。

综合上述分析，并结合工程特点、结构特征、地域现状，地形地貌等及施工技术、施工专业化，装配化水平和为营造文明、整洁、美观的现场环境等因素，通过进一步技术分析及技术论证，决定了该桥施工关键结构承重支架体系设计。

2.2 支架体系的选型

1）拱脚段与端横梁支架体系。拱脚段与端横梁混凝土同时浇筑，通过搭设钢结构作业平台来实现。钢作业平台支撑靠近端横梁处通过设置在桥墩混凝土承台上的钢立柱完成，其余部分由中横梁、系梁一体化支架承重完成。

2）中横梁支架体系。从P10中墩起的约38 m陆域范围采用钻孔灌注桩基础及钢立柱、型钢组合钢平台支撑中横梁。考虑到钢拱分段支撑点及团芦港航道，其余约58 m范围采用钻孔灌注桩基础及钢立柱、组合贝雷梁钢绗架组成的钢平台支撑中横梁。

3）主纵系梁支架体系。与中横梁支撑体系相对应，陆域部分系梁采用钻孔灌注桩基础及钢立柱、型钢组合钢平台支撑系梁混凝土现浇作业；其余水域部分采用钻孔灌注桩基础及钢立柱、组合贝雷梁钢桁架组成的钢平台支撑系梁混凝土现浇作业。

3 支架体系设计

3.1 航道跨T形中横梁支架设计

为保证团芦港航道通航要求，中跨按照18 m（航道净跨16 m）进行设计。

水中桩基础采用φ1 000 mm钻孔灌注桩，钢筋笼长9 m，入土深度25 m。东幅桥与西幅桥采用6桩群桩承台，中间幅采用10桩群桩承台。立柱采用φ400 mm钢管柱，对应桩中心布置。采用双拼50b#工字钢作为连接φ400 mm钢管柱的盖梁。跨河段主纵梁采用6排上下加强型贝雷桁架，2排贝雷架以45 cm支撑架连接为1组桁架片之间采用支撑架连接；贝雷桁架梁上铺设4根20b#工字钢（4根16#槽钢），以及H型钢组合支墩，作为T形横梁搁置基础。为保证T形中横梁端部标高的调整，采用不同厚度钢板进行标高调整（图2、图3）。

图2 中横梁平台纵断面示意

图3 中横梁平台横断面示意

经模型验算得出，组合贝雷梁桁架的变形预计有2 cm，为进一步减小变形，同时为和陆域段的支架体系变形基本一致，采取组合贝雷梁桁架中增加1片加强型贝雷梁，在主纵梁组合贝雷梁中横梁支点处增加2根16#槽钢作为竖向杆件加强，依据预压结果在中横梁支点处用钢板调整搁置标高等3个方面措施，以保证桥梁主系梁的线性和外观质量。

3.2 陆域跨T形中横梁支架设计

陆域基础采用φ800 mm灌注桩，钢筋笼长4.5 m，系梁侧桩长15 m深，T形中横梁侧桩长28 m深，对应T形梁底腹板打设。混凝土承台基础1.25 m×1.25 m×0.5 m，桩端深入承台10 cm。立柱采用φ400 mm钢管柱，对应桩中心布置。

采用双拼32b#工字钢作为连接φ400 mm钢管柱的盖梁；5 m陆域跨主纵梁采用双拼28b#槽钢组合；双拼28b#槽钢主纵梁上铺设4根20b#工字钢（4根16#槽钢），以及H型钢组合支墩，作为T形横梁搁置基础。为保证T形中横梁端部标高，采用不同厚度钢板进行适时调整。

经验算陆域T形中横梁钢结构支加体系，400 mm钢立柱、双拼32#工字钢盖梁、双拼28#槽钢主纵梁强度、刚度均满足承载要求。φ800 mm钻孔桩中横梁侧桩深28 m、系梁侧桩深15 m，承载力、沉降均满足要求。

3.3 航道跨箱形系梁支架设计

为保证团芦港航道通航要求，中跨按照18 m（航道净跨16 m）进行设计。

水中桩基础采用φ1 000 mm钻孔桩，钢筋笼长9 m，入土深度25 m。东幅桥与西幅桥采用6桩群桩承台，中间幅采用10桩群桩承台。立柱采用φ400 mm钢管柱，对应桩中心布置。采用双拼50b#工字钢作为连接φ400 mm钢管柱的盖梁。

跨河段主纵梁采用6排上下加强型贝雷桁架，桁架间距45 cm（30 cm），桁架片之间采用支撑架连接。贝雷桁架梁上铺设10#槽钢，间距50 cm，作为小横梁分配传力。搭设纵向和横向间距50 cm的钢管扣件支架。模板体系采用间距20 cm的5 cm×10 cm方木楞和厚18 mm的九夹板。

经验算，取中间幅跨度最大18 m贝雷梁桁架，主纵梁采用6排上下加强型贝雷桁架、双拼50#工字钢盖梁、φ400 mm钢立柱强度和刚度均满足承载要求，深25 m的φ1 m钻孔桩承载力满足要求。

主纵梁组合加强型贝雷梁桁架挠度有1.5 cm，为减小变形，同时为和陆域段的支架体系变形基本一致，采用在组合贝雷梁桁架中增加一片加强型贝雷梁，系梁混凝土浇筑时分底腹板和顶板2次浇筑，系梁安装模板时根据预压结果调整底模板标高等3种方法，以保证桥梁主系梁的线性和外观质量。

3.4 陆域跨箱形系梁支架设计

陆域基础采用φ800 mm灌注桩，钢筋笼长4.5 m，系梁侧桩长15 m，中间系梁部位桩长25 m，T形梁侧桩长28 m深，对应T梁底腹板打设。混凝土承台基础1.25 m×1.25 m×0.50 m，桩端深入承台10 cm；立柱采用φ400 mm钢管柱，对应桩中心布置。采用双拼32b#工字钢作为连接φ400 mm钢管柱的盖梁。5 m陆地跨主纵梁采用双拼28b#槽钢；双拼28b#槽钢主纵梁上铺设10#槽钢，间距50 cm，作为小横梁分配传力。搭设纵向和横向间距50 cm的钢管扣件支架。模板体系采用间距20 cm的5 cm×10 cm方木楞和厚18 mm的九夹板。系梁实腹位置，在双拼28b#槽钢主纵梁上铺20b#工字钢，间距50 cm，作为小横梁分配传力。

经验算，陆域段系梁承重支架体系双拼32#工字钢、双拼28#槽钢、φ400 mm钢立柱等构件强度、刚度、稳定性均能满足承载要求，中横梁侧深28 m的φ800 mm钻孔桩、系梁侧深15 mφ800 mm钻孔桩，沉降基本接近为4 mm和6 mm，承载力满足要求。

3.5 钢支架平台布置技术要求

1）本工程主桥与河道斜交7°，主桥与河道采用斜交正做，支架同样与河道斜交正做。通航孔支架支墩桩横轴线也同样与河道斜交正做。为确保通航净宽不小于16 m，通航孔两支墩中心间距设为18 m。

2）本工程河道上支架采用组合贝雷桁架梁，根据贝雷梁技术特性，支架合理支承点设在贝雷梁的竖杆位置，即支架跨径设为1.5 m整数倍。个别局部节点支撑点不在贝雷梁竖杆位置时，须在贝雷梁上下弦增加竖向形钢杆件加强。

3）陆上支架采用双拼28b#槽钢组合，跨度5 m，为保证陆上支架与河道上支架结合部的受力合理性，需将水陆交接位置桩基础做成群桩基础，设置成整体混凝土承台。

4）团芦港南岸近拱脚第1段陆上支架由于考虑避让防汛墙的需要，钻孔桩基础不能对应T形中横梁腹板打设，将产生过大的跨中弯矩，则考虑在部位使用32b#工字钢替换双拼28b#槽钢作为主梁。

5）钢平台设计构件中，双拼型材之间必须采用钢板连成整体，在集中力作用点位置需设置加劲板，钢管立柱端部需做加强处理。

3.6 支架预压和沉降观测

1）支架预压设计。支架搭设完成后在进行安装钢筋前需要进行支架预压。预压荷载为施工荷载（结构恒载与模板质量之和）的1.2倍。采取砂袋全断面堆载预压，确定支架体系的稳定性及变形是否满足要求，并根据支架变形量（弹性变形部分）确定底模板的预抛高值。施工中选择通航孔（支架跨度大）、万彭河区段拱脚段区域（施工荷载大并且地基稳定性差）2个代表性区段进行支架预压。

2）支架预压加载。支架预压采取3级加载，3级加载依次为预压荷载值的60%、80%、100%。荷载布置纵桥向从支架跨中向支点处对称布载，横桥向从系梁纵桥向轴线向两边对称布载。每级加载完成后每间隔12 h对支架进行沉降量监测，当支架顶部监测点12 h的沉降量平均值小于2 mm时，可进行下一级加载。

3）支架预压监测。支架沉降观测点纵向采取5个断面，即支墩、1/2跨、1/4跨处。每个观测点断面上的监测点不少于5个。沉降观测时间分别为堆载前、分级加载过程（跟踪观测，当分级加载为预压荷载值的60%、80%时每隔12 h小时监测1次。当分级加载至100%后每隔24 h沉降观测1次）、卸载6 h后。通过支架预压，基本消除支架非弹性变形量，弹性变形量要满足支架刚度要求。

4）预压结果。预压结果显示，支架稳定，变形满足支架设计要求和规范要求。陆域段采用型钢支架，跨度5 m，刚度比较大，变形较小，非弹性变形3 mm，弹性变形4 cm；航道段采用组合加强型贝雷梁桁架，最大跨度18 m，刚度较弱，非弹性变形5 mm，弹性变形为18 mm。

4 结语

目前，跨航道、河道施工的桥梁项目越来越多，通常都采用在水域和陆域搭设承重支架进行桥梁现浇混凝土结构或钢结构的施工。经过多座桥梁的施工实践，根据现场不同工况和地形、地貌进行承重支架的技术分析、设计显得尤为重要。其中型钢贝雷梁组合结构承重支架施工安全，结构受力简单，强度、刚度均能满足承载要求，变形能得到有效控制，保证了桥梁外观线性和施工安全。同时装配式专业化程度高，施工速度快；外形整齐美观，文明施工管理的水平也进一步提升，广泛应用于同类型工程的建设，为危大工程的风险管控提供了技术保证。