摘要：近年来，随着高速公路、高铁等基础设施的迅猛发展，对桥梁的施工安全、质量的保证措施提出了更高的要求，尤其是山区高速公路互通区匝道段，很多桥梁面临跨河道、跨已有高速公路、高墩、弯道、大纵坡、大变弧、地势起伏变化大、现浇连续箱梁等组合式难题。本文以贵州省凯里至雷山高速公路项目下长坡互通现浇箱梁工程的应用实践，通过“新型复合装配式支架体系”，有效解决了山区跨河高大弯道现浇箱梁的技术难题。
关键词：山区跨河高墩 现浇箱梁 支架设计 施工技术
1.工程概述
贵州省凯里至雷山高速公路项目位于凯里市三棵树镇，路线全长21.916km，双向四车道，设计速度80km/h。其中该工程下长坡互通区匝道桥是整个工程施工难度最大项目，也是全线的控制性工程。
下长坡互通区匝道桥由匝A、匝C、匝D桥组成，匝A上跨沪昆高速公路，匝C、匝D桥与沪昆高速公路平交。桥位横跨巴拉河，两岸地势陡峭， 覆盖层较厚，桥轴线通过段地面高程为685.0~764.0之间，相对高差79.0m，属中度切割区，地貌类型为侵蚀构造低山峡谷地貌。匝A桥第四联、匝C桥、匝D桥均采用预应力砼（后张）现浇连续箱梁结构，其中匝D桥连续箱梁下最大墩高达44m。
由于下长坡互通匝道桥横跨巴拉河，地势起伏变化大，高差达79m，箱梁下最大墩高达38m，受工期影响，需跨汛期施工，因此跨河高墩曲线变坡现浇箱梁施工难度较大。
2.现浇箱梁新型支架方案简述
凯雷高速采用盘扣满堂支架与独立钢管支架组合形成的复合式支架体系，实现了箱梁纵向变弧和桥面高差调整，可以适应跨河或地势起伏大等复杂地形。复合支架体系组合形式为：独立桩基础+钢管立柱+贝雷梁+纵横工字钢+满堂调坡脚手架。
支架的下部基础采用桩基础，基础上部设置承台，承台内预埋法兰盘，便于上部钢管构件精确定位。钢管柱采用沿桥向双钢管型式，利用双钢管支架间隙调节上部桥面支架的玄弧差。整套钢管支架系统全部采用标准节设计，法兰盘拼装，螺栓群对接。钢管设置为6m标准节，高差调节增设3m、1.5m、1m、0.5m钢管标件。钢管规格为D630mm*8mm，上层立柱与下层立柱及水平连接件之间通过1500mm节点进行连接。钢管竖向、横向采用法兰盘对接、螺栓群连接、斜向连接采用端头钢板对接，螺栓群连接，对于杆件间歇采用1mm厚垫板垫实。墩顶部采用在墩柱两侧预埋三角托架挑梁设置为贝雷梁支撑提供点。双侧钢管立柱与三角托架上部铺设贝雷梁，贝雷梁采用标准件，同向两片贝雷梁间距根据桥面内外玄弧差调节，调节玄弧差值位于双钢管间歇内。贝雷梁上部铺设桥横向分配梁，便于桥梁上部重量平均分配与立柱上。分配梁上部铺设纵向H型钢，上部再设置满堂调坡脚手架，调坡脚手架采用盘扣支架体系，盘扣支架的上下螺杆式顶托可上下调节，便于调节上部模板的内外高差。至此，整套可变弧式现浇桥梁落地支架系统完成，其特点是利用双钢管立柱的纵向间距调整桥梁内外玄弧差，利用上部调坡脚手架的上下顶托调整桥面左右高差。
3.支架设计
3.1新型复合装配式支架体系设计
新型复合装配式支架体系利用钢管落地支架及贝雷梁型式解决了因桥梁所处范围内地势起伏大，河道过流、墩高较高、不利于满堂支架搭设的问题。钢管落地支架在支架下部体系中由于钢管立柱占用地面面积极少，基本不影响过流。只需要几个支撑点，采用承台桩基础可最大限度的解决地势不平整造成的影响，同时，桩基础也可成功解决地基承载力不均的问题，桩基均深入中风化岩层2m及以上，地基承载力满足要求。
钢管落地支架的双钢管型式与上部单侧3片贝雷梁的组合型式，每两片贝雷梁端部搭接的部位为顺桥向钢管立柱的双柱两顶端，这两片贝雷梁之间的距离根据搭设的设计要求可在双管之间顺桥向调节距离，每相邻两贝雷梁之间距离越短说明支架的玄弧越短，反之，玄弧越长，这样就利用双管型式解决了桥梁内外玄弧差问题。
盘扣脚手架的杆件上下两端均设有上下调节螺杆，调节上下螺杆就可实现调节支架的顶部高程，也就实现了模板上下高差的调节，因此利用调坡盘扣脚手架的上下顶托型式解决了桥梁左右高差问题。
3.1.1 基础
钢管立柱对地基的承载力要求较高，一般采用独立桩基础和帽梁的结构形式作为钢管立柱的基础。凯雷高速匝道桥采用φ1500mm桩基础，桩基嵌入承载力不小于2.5MPa岩层至少2.5m，柱顶设置帽梁，帽梁尺寸设计为1.2m×3m×7.8m，并预埋地脚螺栓，以便与支撑立柱连接。
满堂支架的基础一般采用场地硬化进行处理，首先对场地进行开挖回填并进行夯实处理，之后进行地基承载力试验，根据跨高及负重，根据计算得出凯雷高速的地基承载力要求不小于0.2Mpa。回填及夯实处理完毕后，浇筑20cm厚C20混凝土进行整平处理。地基填筑处理宽度每侧应宽出支架范围至少0.5米，对于高度超过15m或者高宽比大于1.5m的支架，两侧各加宽一排支架，相应地基处理范围外延增加支架整体稳定性。在地基两侧顺桥向各设排水沟一道，以保证排水系统要畅通，避免雨水浸泡地基。
3.1.2 钢管支架
支架立柱采用钢管立柱，规格为D630mm*8mm，标准节每节长度6m，非标准节根据每跨支架搭设高度与标准节长度之差加工。上层立柱与下层立柱及水平连接件之间通过1500mm节点进行连接。水平横向连接杆采用D229*4.3mm钢管，水平纵向连接杆采用D229*7.5mm，斜向采用双［20槽钢进行加强。
满堂支架采用盘扣脚手架；在工程具体施工设计方案中，支撑系统的承载力和稳定性，两者之间系统的稳定性尤为重要。满堂支撑系统，立杆的横桥向间距为1.2 m、1.5 m、1.8 m、顺桥向采用0.9m、1.2m、 1.5 m间距布置，配以水平剪刀撑和竖向斜杆，分别组成几何不变体的稳定塔式结构。不同的塔架间以横杆相连成一个整体。立杆的步距主要为 1.5m，顶端加强为1m或 0.5 m步距，并相应配竖向斜杆以增加架体顶端的稳定性和承载性能。
3.1.3 三角托架
墩顶部为贝雷梁支撑提供点采用在墩柱两侧预埋三角托架挑梁设置，三角托架下端采用斜口预埋钢板，水平梁采用墩体内预埋精轧螺纹钢，预应力对称张拉，确保支撑稳定，满足应力要求。（见图3-1）
图3-1 墩柱两侧预埋三角托架示意图
3.1.4 贝雷梁
贝雷梁采用国产“321”公路钢桥桁架（3×1.5m),顺桥向根据箱梁跨度分跨布置，横桥向布置3组，每组5片贝雷片，每组中间一片贝雷梁的中线与钢管立柱中心重合。纵梁横向放置于横梁上，将调坡支架传递下来的力均匀分散到支座横梁整个截面上，保证支座横梁受力方式为均布荷载。
3.1.5 满堂调坡盘扣脚手架
箱梁整体横坡由满堂调坡支架来进行调整，调坡支架同时将箱梁荷载通过立杆均布传递到纵梁上。调坡支架按照满堂脚手架标准进行搭设，高度在2m左右，材料为一般钢管及扣件。
支架自上而下受力传递依次为：C50箱梁→底模→10×10方木→双I20a分配梁→贝雷梁→双I32b墩顶支撑梁→沙箱→钢管柱体系→下部基础。
3.2 支架受力计算
考虑结构自重、模板自重、混凝土荷载、施工荷载及风荷载，荷载组合系数：箱梁混凝土荷载、模板自重、支架自重荷载取1.2，施工荷载取1.4；对满堂支架考虑风荷载作用，落地支架除考虑风荷载外，也考虑流水压力作用荷载。
3.2.1 钢管支架受力验算
钢管支架整体建模，采用φ48mm×3.0mm的普通钢管，材质为Q235钢材。计算模型中，桥梁纵向长考虑30米，横桥向宽度取8.5米（同桥面宽8.5m），高度按30米考虑。由于该桥横坡较大，满堂支架建模时考虑6%的桥面横坡。
利用Midas2006结构计算软件建立三维空间模型进行分析计算，按空间整体结构建模，包括顶层支撑模板层（其中包括木板、方木、顶托）和满堂支架，其中受压面（5mm厚钢面板，只作为加载单元，不计其自重）采用板单元，其余均采用梁单元。偏安全考虑，计算时未考虑斜撑的作用。
经验算满堂支架最大组合应力发生在腹板下立杆上，σmax=93.86Pa <[σ]=215MPa，最大剪应力Τmax=2.59MPa<[τ]=125MPa，最大支反力Nmax=28.97KN＜[N]=61.97kN，满足要求；满堂支架稳定性屈曲分析，第一模态屈曲系数为4.75，整体稳定满足要求。
3.3.2 落地支架受力验算
落地支架取D匝道桥第五跨进行计算，支架高约38m（含贝雷梁等）,承受其上钢管支架下传的荷载，为便于计算，本计算书考虑将贝雷梁上满堂钢管支架自重及以上荷载，按面荷载（压力荷载）直接加载于贝雷梁上分配梁。
经验算贝雷梁顶双I20a分配梁、贝雷梁、贝雷梁间工字钢加强联系梁、钢管柱顶I25a、I32a加强横梁、钢管柱及横连、整体稳定性、桩基、帽梁等均能满足稳定要求。
4.支架体系施工方法
4.1 支架搭设方法
支架搭设按照“由下而上、逐层逐跨、对称安装”的顺序进行搭设。
第一步：对支架搭设区域进行地基夯实处理。
第二步：桩基础、帽梁施工，在其上部安装支撑立柱柱脚预埋件。
第三步：利用6015型塔机将首层支架立柱竖向吊装，对准基础预埋螺栓后进行螺栓拧紧初固定。
第四步：利用6015型塔机安装立柱间纵横向剪刀撑，使立柱连为整体。
第五步：重复第三步至第四步，直至整垮立柱安装完成，然后利用6015型塔机或汽车吊将支墩顶分配梁、三角托架进行安设。
第六步：然后利用6015塔吊将贝雷片吊至横梁上端安设，形成贝雷梁，在贝雷梁上安设横向分配梁。
第七步：利用贝雷梁作为平台在其上搭建满堂调坡脚手架作为箱梁横坡的调整系统。
4.2 桥面调坡及变弧设置方法
水平梁支撑选用结构简单、适应性强、互换性好、拆装方便、安装速度较快、承载力大的装配式321贝雷片。
⑴ 变弧装置：钢管立柱设置为沿纵向桥双钢管型式，利用双钢管之间的间距进行变弧调节，沿桥纵向内外弧可调的范围全部在这两段钢管柱之间产生的范围内进行消除。上部贝雷梁为标准节，其占据钢管范围的长短决定了调整玄弧差的长短，占据越长，弧长越短，占据越短，弧长越长。
⑵ 桥面高差调节装置：高差调节装置根据盘扣调坡脚手架上下的螺杆调节装置进行调节，螺杆调节后可将路面结构的纵横坡按照设计要求全部调节成型。
⑶ 整体高差调节可利用下部桩基础的高程进行大面调整。
可变弧式现浇桥梁落地支架系统，设计巧妙，结构简单，施工快捷，可工厂化批量生产，实用于现浇梁体的支架变弧、调坡问题，施工效率高、周转次数多、可重复利用，成本低，取得效果显著。
5.新型复合装配式支架体系与常规支架施工优点分析
进行了盘扣式满堂支架与盘钢立柱贝雷梁在山区枢纽互通大型现浇箱梁中各有优劣，互为补充，两种支撑体系在山区枢纽互通中都具有较高的实用性，与传统常规的支架相比，新型复合式装配支架体系均采用标准件，组合结构，使支架体系安装拆除更为便捷简单，重复利用率极高，其独有的调节性能和自锁装置，确保了施工质量和安全，大大节约施工成本，工程经济效益显著。
6.结论
新型复合装配式支架体系能很好的解决了现浇箱梁面临跨河道、地势起伏大、变截面、变弧、变坡及对基础要求高的问题，这套支架体系适应的范围极广，极大的丰富了现浇梁体支架体系问题。新型复合装配式支架体系在大型桥梁工程中对进度控制、质量控制、成本控制等方面的作用及贡献，它与传统施工技术相比，拥有技术可靠、安全保证，强度低、简单快速、准确、高效、重复利用率等多重特点，具有广泛的应用价值。
参考文献：
[1]中交第一公路工程局有限公司.JTG/T F50—2011公路桥涵施工技术规范[S].人民交通出版社，2011.
[2]陈志勇.钢管桩和贝雷梁组合支架现浇箱梁施工技术[J].铁道建筑，2013（2）.
[3]张东山，光明.现浇箱梁大跨度钢管贝雷与碗扣组合支架设计与分析[J].施工技术，2016（17）.
论文作者:刘少辉
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/24
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