双层叠合桥现浇箱梁同步施工支架体系设计

包 珍

(中国铁建港航局集团有限公司，广州 511442)

0 引言

广东佛江高速公路和顺至陈村段工程FJ-S03合同段季华路立交H匝道桥第1～2联分别为3×30m、30m+2×25m预应力混凝土连续箱梁。起点与平胜大桥左拼宽桥连接，终点与第三联现浇梁跨佛山涌连接。E匝道桥位于佛山一环西侧，第1联为上下层分阶段施工，平面位置重叠。H匝道第1～2联均下穿E匝道桥，为9.07～10.50m宽的预应力混凝土现浇梁，梁高1.6m，翼缘挑臂为1.8m，采用单箱双室结构，顶板厚25cm，底板厚22cm，腹板厚45～75cm。第1～2联纵坡为-1.97%～2.00%，横坡为-2%～6%之间。设计标高至地面标高约17m。E匝道桥第1联设计标高至地面标高约2m。

原施工方案为先施工H匝道再施工E匝道，但业主方节点工期要求提前， H、E匝道上下交叉部分必须同步阶段性施工。

图2 桥梁平面布置

1 地形、地质条件

1.1 地形、地貌

桥址位于珠江三角洲平原区，地层较简单。其中覆盖层厚度约19.30～25.10m，上部为填筑土，其下主要由海相交互相沉积的淤泥质粉砂、淤泥质粉质粘土、粉细砂、中粗砂组成，局部夹粉砂质淤泥、粉质粘土等；下部基岩岩性主要为钙泥质粉砂岩，局部夹炭质页岩、泥岩、砂岩，其中承载力较高、层位稳定的中、微风化岩岩面埋深一般为18.4～32.0m，岩面标高-17.95～-27.47m，起伏变化不大，承载力较高。

1.2 不良地质特性

场地内不良地质现象主要表现为：基岩风化带内不均匀风化形成的“软弱夹层”、软土、饱和砂土液化、人工填土等。

2 施工方案

为了保证H匝道桥、E匝道桥同步施工，先搭设H匝道现浇梁支架体系，后搭设E匝道桥支架体系。H匝道支架采用大空间钢管支架，E匝道支架在H匝道支架内部搭设满堂式支架。

混凝土浇筑顺序：先浇筑上面H匝道桥现浇箱梁，后浇筑下面E匝道现浇箱梁。

2.1 支架

H匝道桥第1～2联分别为3×30m、30m+2×25m预应力混凝土连续箱梁，上跨季华立交E匝道桥，位于佛山一环西侧。考虑上下同步施工，采用钢管贝雷片+盘扣组合支架体系。

支架设计原则：以下层E匝道现浇梁走向中心线来布置上层支架，以上层H匝道现浇箱梁的荷载来计算支架体系，以大空间、少占地为原则设计钢管支架平台。

从下到上组成形式为：钢管桩基础(φ630mm、δ10mm)+螺旋钢管支墩(φ630mm、δ10mm)+ I45#工字钢(或贝雷片)+贝雷片主梁+I25#工字钢+承插式盘口支架+I14#工字钢+方木(10cm×10cm)+竹胶板。

图3 支架平面布置

2.2 现浇梁重叠段支架体系

H匝道第一联第二跨、第三跨为上跨E匝道部分。钢管桩横桥向根据E匝道平面位置每排墩设置2根或3根钢管桩支墩，钢管桩纵桥向间距为5m，立柱之间采用I10槽钢连接。钢管墩顶横梁采用12m 三排贝雷片横梁，其最大跨度为9m。主梁按纵桥向均匀布置4组2排贝雷片纵梁，顶面横向铺设I25a工字钢分配梁，间距90cm。在工字钢上搭设承插式盘扣支架，盘扣支架横桥向间距组合为2×90cm+60cm+7×90cm+60cm+2×90cm，盘扣架体水平标准步距为150cm。支架打设后铺I14工字钢纵向主龙骨，工字钢长度为6m一条，采用搭接的方式，搭接长度不宜小于40cm。然后横向铺设中心间距25cm的10cm×10cm方木，顶面铺设15mm厚的模板。

图4 三根柱上下箱梁叠合段支架布置横断面

图5 两根柱上下箱梁叠合段支架布置横断面

贝雷片横梁之间采用[20槽钢做横向连接,保证其整体稳定性。由于受场地限制，部分贝雷片支点位置无竖杆，为优化支点位置受力情况，在支点位置采用[10槽钢作为加强竖杆。加强竖杆结构如图6所示。

图6 贝雷片加强竖杆构造

2.3 现浇梁未重叠段支架体系

H匝道与E匝道平面未重叠地段支架钢管桩立柱每个墩横桥向设置3根钢管，间距为4.0m，钢管顶部采用12m长双拼I45工字钢作为分配主梁。其余支架设计与现浇箱梁重叠段支架体系相同。

图7 标准段支架布置横断面

2.4 支架体系验算

采用midas civil进行受力验算，受力模型如图8所示。

图8 支架体系受力结构模型

除贝雷片采用16Mn钢外，其他材料均采用Q235钢材，材料设计强度和弹性模量见表1。

表1 钢材设计强度及弹性模量(单位：MPa)

荷载组合见表2。

表2 荷载组合

计算结果见表3。

图9 钢管桩组合应力

图10 贝雷片组合应力

表3 计算结果

计算结果表明，各构件最大组合应力和最大剪应力均在允许范围内。

3 施工技术

3.1 施工工艺

3.1.1 测量放样

根据设计钢管桩平面布置图坐标放样，在震动下沉过程中，要求测量监控钢管桩的垂直度。

3.1.2 支架基础施工

(1)组合支架基础为(φ630mm、δ10mm)螺旋钢管，参照此区域桩基的地质资料及计算结果，采取设计桩长及贯入度双控模式，钢管拟打入土体内的设计长度为18.6m。

(2)钢管沉放的工艺流程：导向架安装定位→首节钢管入导向架→测量校核→首节振动下沉→测量校核→第二节接长、焊缝检验→第二次振动下沉→移走上导向架→继续振动下沉到位。

(3)沉桩：采用汽车吊起吊单夹头的90kW振动锤振动沉桩工艺。吊车就位后，吊装导向架至待插打桩位处，导向架精确定位后，吊装待插打钢管桩就位。吊车吊装振动锤与桩顶连接，将钢管桩吊至设计桩位后，检查桩的垂直度。确定桩位与桩的垂直度满足规范要求后，开动振动锤进行振动沉桩，每次振动持续时间不超过10～15min。每根桩的下沉一气呵成，不可中途停顿或者较长时间停顿，以免桩周土恢复造成下沉困难。

(4)施工注意事项：

①振桩开始时，可吊装振桩锤和夹具与桩顶连接牢固，先利用桩的自重下沉，然后开动振动锤使桩下沉。

②振动锤与液压夹具必须可靠连接，无间隙或松动，否则振动力不能充分向下传递，影响钢管桩下沉，同时也易振坏。在振动锤振动过程中，如发现桩顶有局部变形或损坏，应及时恢复。

③悬臂导向支架应固定，以便打桩时稳定桩身。单桩在导向支架上不应钳制过死，更不允许施打时，导向支架发生位移或转动，使桩身产生超过许可的拉力或扭矩。

④测量人员现场指挥精确定位，在钢管桩搭设过程中要不断地检测桩位和桩的垂直度，并控制好桩顶标高。下沉时如钢管桩倾斜，应及时牵引校正，每振1～2min要暂停一下，并校正钢管桩一次。

⑤如发现钢管桩下沉时有倾斜趋势，须及时采取相应措施调整垂直度。

3.1.3 立柱

支架体系立柱采取钢管桩基础接长的方式。

钢管焊接严格按《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)进行施工，钢管立柱接长至设计标高后顶面2cm厚钢板封堵，钢管之间用14#槽钢进行横向连接。

3.1.4 横梁

钢管桩顶部与E匝道叠合段设置3排单层贝雷片做横梁，叠合段横桥向采用双拼I45b工字钢做横梁，横梁顶面必须水平。

3.1.5 主梁

主梁纵桥向布置，贝雷梁横向为四组8片单层贝雷片，每组贝雷片之间用花窗连接，间距为90cm。每组贝雷片之间的间距为1.8m，贝雷片在地面拼装成整体后，用50t汽车吊车吊装到位。

贝雷片主梁安装完成后，在贝雷片顶部铺设一层安全防护网，防止支架施工过程中坠物砸伤人员。

3.1.6 分配梁

在贝雷梁上按照盘扣支架的间距铺设横向I25工字钢，在工字钢顶部按纵桥向每4m焊接8#槽钢连接成整体，防止工字钢倾覆。

3.1.7 满堂支架

承插式盘扣支架横桥向间距为0.6m及0.9m，纵桥向间距按照1.2m及0.9m间隔布置，与I25工字钢间距匹配，步距为1.5m，严格按《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》(JGJ231-2010)进行搭设。

支架顶部根据现浇箱梁横坡设置横坡度。

3.1.8 底模龙骨

盘扣架体施工后铺设主龙骨，考虑箱梁截面尺寸，横桥向盘扣间距为0.6m及0.9m，纵桥向间距为120cm及90cm。为保证结构安全以及材料重复利用，可搭设纵向I14工字钢作为现浇箱梁的主龙骨，工字钢长度为6m，两根工字钢间采用搭接，搭接长度不小于40cm。

3.1.9 方木铺设

主龙骨铺设后，横向铺设10cm×10cm方木作为次龙骨，方木中心间距为25cm。

3.2 叠合梁段实施难点及注意事项

(1)对每根钢管桩基础建立平面坐标，精确放样后振动沉管施工，保证支墩位置准确。

(2)钢管桩沉管采用送桩工艺，桩顶需高于地面一定高度，便于焊接钢管立柱，钢管连接工艺严格按相关规范要求执行。

(3)下层现浇箱梁翼板施工时，钢管立柱侵入翼板位置预留10cm间隙，翼板可与防撞护栏一起浇筑。

(4)钢管打设前需提前处理下层匝道现浇梁支架基础，防止下层现浇梁支架基础处理时影响上层现浇梁质量体系。

(5)上层现浇梁支架体系中需缩短卸落支架高度，为下层现浇施工提供足够空间。

(6)施工中机械设备需专人指挥，严禁碰撞钢管立柱及上层现浇梁贝雷梁等支架体系，需做好防撞措施及监控措施。

(7)上层支架搭设完成后底部铺设防落平台及挂设安全网，防止施工过程中掉物至下层现浇箱梁施工范围内。

4 组合支架检查、验收项目

(1)钢管立柱垂直度偏差小于5/1 000，绝对值不得大于100mm。焊接要饱满，保证平整，钢管接口处要加加劲板。在钢管桩与基础锚板相接四周焊接8块加劲板。

(2)支架钢管桩横向连接采用槽14，纵向用双拼槽20，平联和立柱焊接时应满焊。

(3)桩帽由一块20mm厚方形钢板,安置8块加劲板组成,加劲板12mm。

(4)贝雷梁双排单层布置,间距1.8m。

(2)双拼45a放置于钢管桩顶部，每个钢管桩顶部两侧各使用3块加劲板焊接固定。加劲板接触部位焊缝要求全部满焊，焊缝高度不小于8mm。

(6)卸荷木楔在分配梁下方与贝雷梁相接处均需要放置。

(7)钢管立柱和工字钢如有严重锈蚀、变形或裂缝的，不得使用。

(8)检查盘扣支架斜杆的销板是否打紧，是否平行于立杆，横杆的销板是否垂直于横杆；检查各杆间的安装部位、数量、形式是否符合设计要求。盘扣支架的所有销板都必须处于锁紧状态。

5 结语

(1)佛江高速公路和顺至陈村段工程季华路立交H匝道桥与E匝道桥上下叠合桥现浇箱梁施工中以下层现浇箱梁中心线布置上层现浇箱梁支架，实现了垂直重叠现浇箱梁同步施工的目标(图11～图12)，安全、质量可控，总工期缩短了2个月，效果良好。

图11 上层现浇梁施工

图12 下层现浇梁施工

(2)该支架体系具有以下特点：

①以下层现浇箱梁中轴线为中心设计上层现浇箱梁支架体系，并以上层现浇箱梁的荷载计算支架体系受力，为下层现浇箱梁施工提供了较大的空间。

②实现了上层现浇箱梁支架未拆除的前提下，可施工下层现浇箱梁，满足上、下层现浇箱梁同步施工的要求，缩短了整体施工工期。

③采用钢管桩、柱连体受力体系，克服了软土地基不良条件，受力保障，降低成本投入，且少占用空间，施工便捷。

④根据支墩不同断面特点设计双柱式、三柱式支架体系，既保证了支架空间体系又保证了支架受力体系。

(3)在互通立交桥相互交叉段，现浇箱梁施工时采用钢管支架体系，可为下层桥梁施工提供足够空间，满足双层或多层桥梁同时施工的需求。与上下两层现浇箱梁先后施工比较，具有不需增加成本、缩短工期等优点。