龙吉风雨桥0#块钢管桩支架设计与施工探讨

谢韦敏，梁家心

(广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530200)

0 引言

在当前大跨度连续刚构或连续梁桥施工中，0#块因其结构复杂，混凝土浇筑方量大等原因，其支架施工工艺一直是该类型桥梁施工的重难点。在满足施工安全的前提下，同一桥梁结构类型的0#块支架有多种可选方案(如三角托架、钢管满堂支架、钢管桩支架等)，而不同的设计方案将直接影响到0#块施工成本、进度及线形和安全控制的难易程度。本文以广西三江县龙吉大道龙吉风雨桥3#墩0#块为工程案例，对0#块钢管桩支架作了一些讨论和总结。

1 结合现场施工条件选择支架方案

三江县龙吉风雨桥全长349 m。本桥共分为两联，桥跨组成为(30+52.5+85+52.5)m+(4×30)m。其中，第一联为主桥，上部结构采用(30+52.5+85+52.5)m的预应力混凝土变截面连续箱梁；第二联为引桥，上部结构采用4×30 m的预应力混凝土等截面连续箱梁。0#和1#节段共长13.0 m，底板宽9.0 m，顶板宽18 m，箱梁在墩中心线两侧各2.5 m为直线段。详见图1。

图1 主墩0#块和1#块构造图(cm)

龙吉风雨桥3#墩位于寻江河道中，水位较深，0#块到河床底的距离为24 m左右，建筑常用的φ48 mm满堂支架因钢管构件较多，水流阻力过大，施工过程中有被水流冲垮的危险，故不做考虑。受下一步工序挂篮拼装所需空间影响，需将0#块(长8 m)和1#块(长5 m)同时浇筑施工，结构悬臂较长，在墩身埋设型钢或钢板做托架的施工工艺也不适合本项目。而钢管桩支架具有结构简单、搭设快捷、对水流阻力小，自身稳定系数高等特点，非常适合作为本项目3#墩0#块施工托架。

2 支架方案设计

钢管支架的钢管桩采用φ609 mm壁厚10 mm的圆形钢管；钢管立柱之间用16#槽钢进行联结，保证钢管支架的稳定性。钢管顶部使用双拼40#工钢作为主受力横梁，横梁上铺设32#工钢作为纵梁，在32#工钢上面铺设16#工钢作为横向分配梁。箱梁翼板混凝土使用φ48 mm钢管搭设支架支撑。底板模板采用8 mm的钢模，模板直接铺设在横向分配梁上，底模板分别用方木、槽钢调整高度、角度。箱梁外模板采用挂篮钢模板。龙吉风雨桥0#块支架结构如图2所示。

图2 龙吉风雨桥0#块支架结构示意图(cm)

支架主要材料统计如表1所示。

表1 龙吉风雨桥0#、1#块主要工程材料统计表

3 支架受力荷载计算

3.1 静荷载g1

(1)支架自重、支架管自重和模板自重：荷载大小及作用点由分析软件按照单元的物理几何关系自动计算，方向为竖直向下。

(2)取箱梁的面荷载进行施加，先在CAD图形中得到各个部位梁所承受混凝土的横截面面积，再乘以混凝土容重，即可得到所求的面荷载。混凝土的容重取26 kN/m3，详细计算见表2。

表2 0#、1#块支架荷载分配计算表

3.2 可变荷载

(1)施工人员及施工机具运输或堆放的荷载q1：

12人×70 kg=840 kg，焊机、泵管、振动棒约2.3 t

G总：8.4+23=31.4 kN，Ai：3.7 m×5.25=19.425 m2

q1=G总/Ai=31.4 kN/19.425 m2=1.61 kN/m2

竖直作用于顶板之上。

(2)风荷载q3：

设风压作用在支架所在平面的法线方向，主要施加于模板之上。基本风压取0.35 kN/m2，数据来源于全国各气象站台基本风速和基本风压值——设计风压为百年一遇，则q3=0.35 kN/m2。

4 支架安全性验算

钢管支架使用Midas Civil结构分析软件进行受力分析。在建模过程中，0#块支架的主要杆件采用梁单元模拟，模板采用板单元模拟；各杆件以中性轴的空间位置代表相应模拟单元的几何位置，尽可能地采用实际的截面形状和尺寸。对于在截面库中所没有的截面，采用等效的截面形式，以力求等效。

经过以上几何、物理、边界条件等的模拟，建立支架、模板模型图，如图3所示。

图3 支架Midas模型图

经计算，由图4～6可知，根据最不利荷载工况，整个支架钢管桩最大反力为270.3 kN，构件的最大组合应力为144 MPa，位于顶板模板中部模板肋位置上。构件最大的剪应力为43.7 MPa，位于顶板横向分配梁位置上。模板的最大板单元应力为131.3 MPa。整个支架挠度最大的位置在翼缘板模板上，其挠度为12.3 mm。支架结构各项应力及变形数值均满足规范要求。

图4 支架构件组合反力云图

图5 支架构件组合应力云图

图6 支架构件板单元应力云图

5 钢管桩支架施工

5.1 钢管支架安装的步骤

施工准备→钢管桩运至工地→清理承台顶面预埋件→安装钢管桩(同时水中打桩)→焊接第一道横向连接系梁→焊接第二道横向连接系梁→安装钢管桩桩帽、桩顶横桥向分配梁→安装纵桥向分配梁→安装分配梁上横桥向小分配梁→支架预压→预压完成卸载→进行0#节段施工→支架拆除。

5.2 钢管桩安装、连接系、分配梁安装的要求

钢管桩使用前应严格检查管壁厚度及锈蚀情况，由于0#节段和1#节段重量大，不符合要求的钢管桩坚决不能投入使用。钢管桩与承台预埋件、桩帽、分配梁之间一定要固结牢固。

连接系梁的主要作用是将各个钢管桩连接起来，形成整体，保证支架的整体稳定性，施工时一定要按设计图纸安装，保证焊接质量。

分配梁应严格按图施工，特别是分配梁的连接应按钢结构规范进行等强度连接，质量检查人员需认真检查并做好记录。

6 支架荷载预压论证

支架安装完成后，需要通过现场荷载预压加以检验。通过荷载预压，可以及时发现钢管支架可能存在的安全问题，并及时采取措施加以处理；还可以消除支架的非弹性变形，监测支架的实际弹性变形，为0#块立模标高提供数据。龙吉风雨桥0#块预压采用张拉钢绞线进行等载等效压重，压重荷载按0#块和1#块设计重量的110%进行。荷载试验分50%、80%和110%三个阶段来完成，观测点布置在0#块前后纵向工字钢各3个点和0#块前后横向工字钢各3个点。预压试验后经测量，各观测点位置挠度最大值是5～7 mm，支架容许的变形量为：y=L/400=4 500/400=11.25 mm。整个钢管支架顶部的最大位移7 mm

图7 0#块支架预压试验示意图(cm)

7 结语

0#块混凝土施工是预应力混凝土连续梁桥施工的一道关键工序，需要选择合适的0#块支架设计方案。一个合适的0#块支架方案需要适应0#块结构及桥墩结构的特点，同时，支架能够满足强度、刚度及稳定性要求，并且安装搭设方便，施工成本、施工进度及施工安全能够得到有效控制。本文以广西三江县龙吉风雨桥为实际工程案例，针对该工程中的0#块方案在支架形式的选择、支架设计、支架受力验算、支架搭设、支架预压试验验证等方面进行了详细阐述，认为钢管桩支架方案很好地适应了现场的施工技术条件，所采取的安全控制措施确保了该桥0#块施工的安全有序进行。