波形钢腹板超宽矮塔斜拉桥0号块支架设计分析

 倪志根

 （上海隧道工程股份有限公司，上海200032）

摘要：钢管桩支架是超宽箱梁施工中常用的大型临时支撑结构之一。结合南昌朝阳大桥0号块支架施工实例，介绍波形钢腹板超宽桥面斜拉桥0号块支架的方案比选、结构设计及验算。该支架方案已投入使用，并取得良好效果，验证支架设计的合理和安全可靠性。

关键词：波形钢腹板；斜拉桥；支架设计；钢管桩

中图分类号：U448.27  文章编号：1004-4655( 2016) 02-0027-03

1工程概况

 南昌市朝阳大桥位于南昌大桥与生米大桥之间，距上游生米大桥约3.5 km，距下游南昌大桥约2.5 km。主桥为六塔单索面波形钢腹板斜拉桥，跨径布置为(79+5×150+79)m，塔墩同结，主墩位于赣江河道深水区，下塔柱高24.417 m。主桥通航孔断面为单箱五室六道腹板，桥面设置2 010双向横坡。

 0号节段长33.2 m，混凝土顶板宽36.8 m，厚0.26 m，承托处高0.9 m，悬臂长3.9 m，底板宽29.8 m，厚0.25 m，承托处高0.8 m。人非通道挑臂长7.02 m，为钢结构，与底板预埋件焊接（见图1）。塔梁结合段腹板一共六道，沿桥梁中心线对称布置，外侧腹板厚0.8 m，中腹板厚0.8 m，内腹板厚1.5 m。波形钢腹板内衬混凝土设置于过渡墩横梁及塔柱横梁附近区域，顺桥向长度分别为5.6 m和5.73 m，与波形钢腹板同高。

2 0号块支架总体设计

2.1施工条件

 主桥段一般水深10～13 m，河床覆盖层为砂砾，层厚0～10m，下伏基岩为强一中风化泥质粉砂岩，强度0.2～5.0 M Pa。0号块下主塔顶面外轮廓尺寸宽14.5 m（顺桥向），长为26 m（横桥向）；主墩承台平面尺寸为六角形结构，高6.5 m，上下游侧圆弧包角，宽18 m（顺桥向），长30 m；围堰为双壁钢围堰，内壁尺寸比承台每边大10 cm，外侧大170 cm，高17 m。0号块长33.2 m，桥面顶板宽36.8 m，底板宽29.8 m，高4.7 m，总重量6 293 t，其中混凝土重6 038 t，钢结构重255 t。

2.2施工方案确定

 在0号块施工中，常采用支架法及托架法2种施工工艺。考虑到0号块超长、超宽而承台相对较小的特点，本着尽量不破坏下塔柱墩身及对墩身后期处理简单的原则，确定主桥0号块选择钢管桩法施工。根据现场施工条件，钢管支架施工按立柱受力点分为3种情况：一是采用河道内插打钢管桩，二是采用钢套箱作为承力点，三是利用承台及封底混凝土作为承力点。通过明确支架受力体系传递方式的总体原则，对不同施工方案的可操作性、安全性、综合效益进行比较分析，推荐采取“钢管桩+立柱（支承在承台及钢套箱内，扇形）+型钢

支架”结合形式。

 主梁0号节段支撑系统采用钢管柱（桩），支撑在承台上的采用西609 mm×16 mm钢管，河床内采用ɸ820 mm×12 mm钢管打入岩层，钢管之间采用工25b钢作为连接系。

 钢管支架上顺桥向布置顶分配梁，分配梁采用HN700×300型钢，在两端悬臂部分采用20b槽钢连接，分配梁上横桥向布置工25b钢，间距400 mm（混凝土横梁处200 mm）。顶分配梁与钢管立柱焊接，以抵抗支撑系统的水平力。

 两侧翼板支架采用ɸ48 mm×3.5 mm小钢管排架，间距400 mm×900 mm，支架水平方向设置水平剪刀撑，底部及顶部各设一道，中间每两步设置一道；支架四边与中间每隔四排支架立杆设置一道纵向剪刀撑，由低至顶连续设置，剪刀撑的构造满足规范要求。

 图2为0号块H型钢、钢管布置平面图，图3为0号块顺桥向支架立面及断面图。

3支架构造设计及验算

3.1支架构造设计

 朝阳大桥水中15号~ 20号主墩0号块施工需搭设大型现浇支架，下塔柱两盖梁以外范围为扇形钢管支架，底部支撑在承台和围堰上，两盖梁范围内采用纵横向分配梁，直接支撑在塔柱顶面。支架长35.2 m，宽39 m，高23~26m。支架平台分为上部和下部结构两大部分，上部结构包括底模、纵横向分配梁、栏杆等；下部结构包括钢管柱（桩）、桩帽（座）、平联、垫座等。

 底模采用12 mm厚优质竹胶板，下设6 cm×8 cm木方，间距25 cm支撑在工25b钢分配梁上。支架纵向（顺桥向）每排钢管桩顶设置单根HN700×300型钢纵梁，纵梁放置在桩顶凹槽内特制垫座上，纵梁间设双工25b钢或双槽20连接系，在支点处腹板两侧设置加劲肋，中间每隔2m在腹板两侧设置加劲肋。H型钢纵梁顶横桥向设置工25b分配梁，间距40 cm，混凝土横梁下间距20 cm，通过U形卡与纵梁连接牢固。

 支架基础采用ɸ609 mm钢管柱，全部支撑在承台顶面或封底混凝土顶面，在原混凝土顶面植锚固钢筋，安装斜钢管柱后，锚同钢筋与钢管焊接，并焊接水平方向的工25b钢支撑，浇筑基础垫石混凝土。

 围堰外侧30根ɸ820 mm×10 mm钢管桩打入基岩顶面，围堰以内均为ɸ609 mm×16 mm钢管，支撑在混凝土垫石上，钢管柱（桩）间采用双工25h钢（长度>3m时）连接。

3.2支架受力验算

 以20号主墩支架平台为例，计算支架平台的基础及上下部结构承载能力，主要包括：顶面底模—’25b钢分配梁~HN700×300纵梁—'钢管柱（桩）斗基础。

 根据结构尺寸和支架布置，0号块荷载分别按横梁、横梁之间、横梁外侧悬臂结构三部分计算，按线荷载集度( k N/m)和均布荷载(k N/m2)计算相应支架结构受力，同时考虑0号块底板和顶板分块浇筑施工的情况。支架结构自重按结构实际重量计算，考虑施工期间6 k N/m2的施工荷载。

 根据JTG D60-2004《公路桥涵设计通用规范》中4.3.7，风载计算公式：F w h=K0K1K3WdAwh本次计算取桥位处50 a-遇风速为36.4 m/s，对应风压值Wd为800 Pa。结合本支架平台的结构特性，设计风速重现期换算系数K0取0.8；风载系数K1取值1.9；地形、地理条件系数K3=1.08；A w h为横桥向迎风面积，m2。可得：风力横桥向时对平台的作用力最大，其值F w h=65.4 k N；支架风载传递到纵向分配梁，再由纵梁传递至纵梁中间的槽20连接系斜撑，偏保守计，假定由单组槽20斜撑承担，通过直角三角形斜边换算，得斜撑轴力N= 112.5 k N；槽20斜撑应力σ= 34 M Pa<[σ]= 140 M Pa；风力计算亦满足规范要求。

4结语

 通过0号块支架方案设计分析，结合朝阳大桥工程的具体施工效果，使用钢管柱支架作为0号块的施工支架变形在容许范围内，方案合理、安全可靠，满足施工需要。对于超宽梁结构．承台较小、且周边环境复杂条件下施工0号块现浇箱梁，通过方案的设计分析、实际施工得出以下结论：根据下部结构形式，在0号块荷载分布情况下，设计承重支架形式；因地制宜选取支撑点的布置位置，应在围堰、承台施工过程中充分考虑，设置需要的相关预埋件；波形钢腹板桥梁自重较轻，如果采用混凝土结构，应考虑荷载需求，需采取其他措施，合理选取支撑点。