摘要：出精品工程，出优质工程，是新一代路桥建设者所追求的目标。水中墩台工程因其施工的隐蔽性，以及水深与航运情况等制约因素，施工存在较高的难度，若处理不好，就会造成断桩，一旦出现问题很难控制和处理。反吊支架施工方法较围堰筑岛、抱箍支架等传统方法而言，具有十分显著的优势，抵抗侧压能力强，经济上十分合算，能够解决水下安装与拆除抱箍等较难实施的项目难题，最大限度地降低工程质量事故。本文结合工程实例，对水中墩台反吊支架法施工的应用进行分析探讨。
关键词：水中墩台；反吊支架法；施工工艺；应用
1、工程概况
本工程主要包含道路工程和桥梁工程，396根φ800钻孔灌注桩，轻型桥台、桥墩立柱+盖梁。该桥P8、P13两个临岸浅水墩台，P8墩台临岸边约4m，P13临岸边约2m，考虑采用在墩台位置设置U形围堰挡水，然后抽干围堰内河水，清淤后间隔回填至墩台顶标高，形成陆上平台，见图1。
图1 桥工程立面图
2、工程施工难点分析
2.1航道要求及明水太深
该桥河道有通航要求且河道水深较深，经测量，河水平均水深约6.5（现状河底标高约-4.5米，常水位约2.0米）米。
2.2墩台自重大，对支架承载能力要求高
墩台类型分两种：P9、P12单只墩台混凝土方量160立方，自重400吨余。考虑到施工附加荷载，支架承载力必须在520吨左右，方可确保安全；P10、P11单只墩台混凝土方量219立方，自重547.2吨余。考虑到施工附加荷载，支架承载力必须在711.36吨左右，方可确保安全。
2.3施工对航道运行的安全与通畅影响较大
在进行桥下水中段墩台施工，P8、P13墩台采用双层钢板桩围堰，P9～P12搭设施工平台施工压缩了河航道宽度，从而加大了船舶操纵难度及不安全因素，因此必须采取相应的航道配合措施。
3、工程施工难点解决措施
3.1水中墩台施工方案的选优比选择——反吊支架法
该桥水中墩台共有6个，其中2个墩台P8、P13为临岸浅水段墩台；4个墩台P9、P10、P11、P12为水中墩台。河道宽度达到140m，现场实测水位标高2.0（枯水期水位预计在1.8m左右），河道深度最深处约为7m，平均深度约为6.5m，临岸浅水段深度约在2m以下。河道通航宽度为40m，最高通航水位标高3.9。水中墩台为矩形带圆角形式，其中P8、P9、P12、P13类型相同，尺寸为29.6m×3.6m×1.5m，单个墩台重量约为400t；P10、P11类型相同，尺寸为30.4m×3.6m×2.0m，单个墩台重量为547.2t。
水中墩墩台施工，通常不外乎围堰筑岛、抱箍支架等几种形式。如上节述及，因河水深，为抵抗侧压力，围堰壁厚必须加大，则势必堵塞航道；且围堰施工时填入物与围堰拆除时回填物清理工程量均较大，经济上也不合算，所以围堰法施工先被排除。至于抱箍法，因钻孔桩桩头不如预制桩规则，表面不平整，摩擦力不易控制；加上水下安装与拆除抱箍均较难实施，也被排除。经反复比选，最后决定采用墩台底模反吊方法施工水中墩台。
图2 承台施工反吊底模平面图
反吊法的主要思路是：首先在钻孔灌注桩施工完成后，利用平台对称钢管桩桩顶焊上型钢扁担。然后在型钢扁担上打孔穿挂圆钢吊杆，再在吊杆上放置4道型钢纵梁。最后在型钢纵梁上放置方木隔栅与竹胶合板底模并固定。至此，水中墩台反吊支架体系完成。其反吊支架布置图以P10墩台为例，如图2。
3.2水中墩台反吊支架承载荷载的计算分析
施工中所用型钢等材料经力学计算确定，确保结构绝对安全。水中墩台施工完成，待混凝土强度达70%以后方可拆除此反吊支架系统。
3.2.1反吊支架的荷载分析
P10墩台砼219m3，计重547.2t，考虑结构自重与施工荷载，乘以附加荷载安全系数1.3，总荷载711.36t（合7114KN）。钢管桩共计30根，每根长23m，经前文计算单根设计承载力为25t，共计可承受7500KN总荷载，满足荷载要求。
3.2.2反吊支架的许用应力取值计算
钢材取屈服强度235Mpa，取安全系数1.6，得许用应力为145Mpa。
3.2.3墩台的顶部扁担计算
每墩台设15根扁但，为简化计算，假定荷载均匀分布，则每根承重47.43t，经4根吊杆悬挂在扁担上，每根吊杆为集中荷载11.85t（合118.5KN），则A—A断面扁担受力情况如图3。
图3 A—A断面扁担受力情况
经受力分析（两端为绞结点）知在跨中产生最大弯矩0.70p+2.12p=334.17（KN.m）。
按最大弯矩为M=334.17KN.m验算扁担：
δmax=M/Wx≤167Mpa，得Wx≥334.17KN/145Mpa=2305cm3。
因采用双拼槽钢，则只需槽钢抗弯截面模量Wx≥2305/2=1153cm3即可，查表知40c槽钢满足要求，故采用双拼40c槽钢作A-A断面类型扁担。
3.2.4吊杆强度计算
如上所述，每根吊杆承重11.85t（合118.5KN）：
δmax=N/A=11.85/π.d2/4≤167Mpa，得d≥32.5mm，故取φ34圆钢作吊杆。
3.2.5底部纵梁计算
由图4知：墩台施工全部荷载由四根槽钢纵梁承担，其中中间两根承担荷载较多，两侧两根承担荷载相对较少。故验算以中间纵梁为依据。
如图4示，中间纵梁由两根搭接而成，可分别看作等跨距三跨连续梁，按最不利情况计跨距为2.6米。
均布荷载的大小q=2.5×2.0×（0.72+0.5）×1.1=6.71t，合67.1KN/m。
如图3，三跨等跨距连续梁最大弯矩出现在边跨，数据值为：
Mmax=3/40ql2=3/40×67.1KN/m×2.62=34.02KN.m。
δmax=M/Wx≤145Mpa，得Wx≥34.02KN.m/145Mpa=235cm3。
故采用25b槽钢做纵梁。
图4 底部纵横梁荷载分析
3.3反吊支架法的施工工艺及其质量控制措施
在钻孔桩施工完成后适当插入若干Φ48钢管作为支撑短柱托起扁担梁，增加扁担梁的稳定性；本反吊支架体系中纵梁采用单根25c号槽钢，为非对称结构，为防止其受力后发生扭曲等形变（俗称“单边”），在穿吊杆的两端双拼25b槽钢，上下各焊接钢垫板提高稳定性；穿越墩台台身的圆钢吊杆以Φ50PVC塑料管套裹，以便墩台达到要求强度后，拆除支架时将吊杆从套管中顺利抽出。套管留下的孔洞以同标号细石混凝土填实。
围堰及栈桥、施工平台上设施及其他附属物，在台风、寒潮大风来临前，予以捆扎、固定，以防被大风吹落江中。围堰上吊机设施能经受一般的抗风要求，当风力超过吊机设施的抗风能力时，立即停止作业，并予固定或撤离现场。
以下游围堰伸向江中最远端的端角处为基点，以此点为中心，方位45°、距离15m处，设立一组四周设有橡胶护舷的簇桩以防止小型船舶撞击临时防汛墙。簇桩由4根Φ600mm钢管桩组成，用30#槽钢联结，簇桩顶部，白天显示“方形”黄底黑色“×”字的警示牌；夜间显示红色环照灯一盏。详见图5。
图5 围堰防撞簇墩示意图
4、结束语
本文探讨反吊支架施工方法很好地解决了该桥航道要求及明水太深，墩台自重大，对支架承载能力要求高，影响航道运行的安全与通畅等施工难题，同时极大地节省了时间、降低了费用成本，并保证了工期。本文的探讨希望能为今后此类工程提供一定的借鉴与参考。
参考文献：
[1]谢让碌，崔迎红.水中墩承台施工中的反吊支架计算.市政技术.2007年04期.
[2]刘明，贾大宾.市政工程柱式墩施工及质量控制[J].技术与市场.2013（07）.
论文作者:钟吉星
论文发表刊物:《基层建设》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/8
标签：支架论文; 荷载论文; 围堰论文; 吊杆论文; 扁担论文; 槽钢论文; 水中论文; 《基层建设》2017年第19期论文;