陈宏宝 苏小龙

中交二航局第四工程有限公司

摘 要：沙埕湾跨海大桥主桥采用单侧不对称混合梁斜拉桥，其北边跨Z3#～Z6#墩(长168m)采用混凝土现浇箱梁。该现浇箱梁为单箱四室结构，施工时采用纵向分段及全断面浇注，其具有预应力复杂、混凝土方量大及变形控制要求高的特点。根据该箱梁结合结构的特点，在优化混凝土施工工艺的基础上，采用了钢管桩少支点支架系统设计，并减载预压，有力地保证了现浇箱梁支架的稳定性，对类似大桥现浇箱梁支架设计和施工具有较大借鉴意义。

关键词：斜拉桥;现浇箱梁;多箱室结构;少支点支架;支架预压;沉降控制;

随着国家经济的日益发展，跨江跨海大桥的修建技术也日趋成熟，采用的整体现浇具有刚度大、整体性能好、适应性强、外观优美、行车舒适等优点，整体现浇施工一般采用满堂支架体系，但特大桥施工工作面受限制因素较多，采用满堂支架并不现实，因此本项目采用少支点支架施工。少支点支架一般采用钢管支架、门式支架和碗扣支架，以及槽钢或工字钢等作为支撑系统，在支架上安装纵横向龙骨(型钢或方木)，进行预应力混凝土箱梁现浇施工，具有良好的经济和安全效益。

1 工程概况

沙埕湾跨海大桥主桥采用单侧不对称混合梁斜拉桥，桥跨布置(见图1)为(49+58+61)+535+168+60=961m。其中位于温州侧北边跨全长168m，采用现浇预应力混凝土箱梁与钢箱梁结合结构，现浇段伸入主跨侧12.5m，全长179.87m(扣除0.63m伸缩缝，不含2m钢混结合段)，箱梁底面与墩身承台顶面高差约50m，混凝土主梁采用C55混凝土，总方量8330.8m3，箱梁含支架系统总重约257226kN，折合成线荷载约1425kN/延米。主梁截面为整体箱型，桥梁中心线处梁高3.204m，桥面带风嘴截面全宽40.5m，采用单箱四室结构，设计要求采用横向水平整体浇注，纵向共分14段(见图2)进行浇注，其中3.0m为后浇带。

图1 沙埕湾跨海大桥主桥桥跨布置图/cm 下载原图

图2 主桥北边跨现浇段分段布置图/mm 下载原图

Z3#-Z6#墩均地处沙埕湾北岸陆地区，其中Z3#-Z4#墩为岸滩，施工期间用杂填土回填，Z5#墩位于山顶，Z4#-Z5#墩，以及Z5#-Z6#主墩均为陡坡地段，地势起伏较大。支架施工，Z3#-Z4#墩采用钢管桩基础;Z4#-Z6#根据地质情况采用扩大基础(或挖孔桩基础)。

2 支架设计

钢管桩支架体系在混凝土浇注完成至斜拉索挂设之前，需要承受混凝土箱梁、支架结构自重，以及施工荷载。为保证支架具有足够的刚度及安全性，同时兼顾经济性和可操作性，支架设计考量了以下关键因素。

2.1 支架结构选型

(1)支架基础

一般陆地区具有较好承载力的现浇箱梁矮支架可以采用扩大基础，承载力较差的软土地段可以采用钢管桩和钻孔灌注桩基础。本项目箱梁线荷载较大，支架高度高，一旦出现不可预测的不均匀沉降，结构的安全风险更大。通过综合比选，覆盖层较厚的3#～4#墩范围内决定采用钢管桩基础;4#～6#墩范围内陆地区，均采用扩大基础;仅靠6#主墩开挖形成的边坡碎落台上，受其宽度限制，采用挖孔桩基础。实际施工阶段，3#～4#单桩承载力最大达到了3891kN，基础采用两根φ800×10mm钢管桩进行分配，提高了基础沉降的协调性。

(2)支架整体结构

支架自身的纵桥向长度(168m)、横桥向宽度(40.5m)和高度(50m)均较大，其中紧靠墩位的钢管桩立柱，支撑在刚性基础承台顶面，跨中支撑在相对较柔的钢管桩基础(或扩大基础)顶面，两者变形具有不一致性，若支架钢管桩立柱各自相对独立，因其沉降的不均匀性，增加了现浇箱梁整体线型控制的难度。为此，将Z3#-Z6#墩三跨内所有钢管桩立柱均通过纵横向平联和斜撑连成整体，靠承台一侧立柱附着在墩(塔)身上，显著提高了钢管桩支架的整体稳定性。

(3)卸荷装置

对于重载支架，卸落砂筒容易产生不均匀压缩沉降量;采用其他刚性构造，拆除费时费力，不利于根据监控指令分批次快速卸荷需要。最终，卸荷块采用内侧空心、外侧加劲和上下封板的钢管鼓结构。卸荷时，直接气割环切割除。

支架最终设计参数简述如下:打入钢管桩基础均采用“2φ800×10mm钢管桩基础+3HM5888×300型钢垫梁”形式，扩大基础为4 m×4 m×1 m钢筋混凝土，边坡碎落台上则为直径φ1.2m挖孔灌注桩;顶部设置φ1000×12mm钢管桩立柱，立柱设置4～6层平联、斜撑和附墙进行加强;支架主横梁为2HM900×300型钢;纵梁为国产321型贝雷梁;主分配梁为I22a型钢(详见图3和图4)。

图3 现浇支架纵立面布置图/mm 下载原图

2.2 支架结构分析计算

支架结构计算采用MIDAS软件建模，其约束边界条件如下:立柱在3#～6#墩(塔)身承台预埋件处固结;基础钢管桩在嵌固点处固结;附墙在墩身预埋件处铰接;主横梁与钢立柱/钢管桩铰接;贝雷梁与主横梁铰接;分配梁与贝雷梁铰接;其余节点均为固结。按最不利原则，主要考虑以下工况:

工况1:支架搭设完成。设计风速(35.2m/s)条件下，支架安装到位，还未浇注混凝土。

工况2:浇注混凝土。工作风速(13.8m/s)条件下，进行混凝土浇注。

每个工况考虑2种荷载组合形式，即标准组合和基本组合。其中，标准组合计算结果用来评价刚度指标，基本组合计算结果用来评价结构强度及稳定性指标。计算结果显示，最不利工况2结构变形竖向、横桥向和顺桥向分别为47mm、16mm和4mm;主横梁应力最大，达到了178MPa(<205 MPa);贝雷梁最大弯矩502kN·m(<788 kN·m)，最大剪力229kN(<245kN)。均满足设计要求。

图4 现浇支架典型横断面布置图/mm 下载原图

3 支架施工

支架施工按照基础钢管桩插打→桩顶垫梁安装(或扩大基础现浇，或挖孔桩施工)→钢立柱安装→钢立柱平联和斜撑钢管焊接→钢立柱桩顶加强→主横梁安装→纵桥向贝雷梁组安装→主分配梁安装→现浇箱梁底模安装和支架整体预压等工序进行，最后进入上部结构钢筋混凝土施工。

3.1 支架安装精度和质量控制

(1)基础承载力控制

钢管桩基础采用“履带吊+振动锤”进行沉桩。为确保承载力，钢管桩沉放以贯入度(0)控制为主。对未能达到设计标高的钢管桩，进行分析标记，在支架预压时，重点关注其沉降变形值。扩大基础重点控制开挖整平的地基承载力控制，对不满足要求的必须继续开挖或换填;对于边坡平台上的挖孔桩基础，必须控制桩长达到设计要求，且桩底的持力层为强风化岩层或中风化岩层。

(2)立柱倾斜度控制

钢管桩倾斜度超标，尤其是高支架，对其水平方向稳定性不利。钢管桩在施工过程中，现场全程测控校核，单节钢管桩或钢立柱垂直度偏差不应大于高度的L/1000，且不应大于10mm。钢立柱或钢管桩整体垂直度偏差≤(H/2500+10.0)mm，且不应大于50mm(H为钢管桩整体高度)。

(3)主横梁和纵向贝雷梁弯曲矢高控制

因为支架钢结构大多为周转使用材料，新旧程度导致力学性能差异较大，关注的焦点一般是其表观质量(锈蚀程度)，以及结构尺寸和厚度等内容。施工中最容易被忽视的是型钢梁的侧向弯曲和扭曲，以及贝雷梁的侧向弯曲。其中，主横梁及其他型钢侧向弯曲矢高不大于L/1000，且不大于10mm(L为梁的跨度)，扭曲不大于h/250(h为型钢高度)，且不大于5mm;贝雷梁侧向弯曲矢高应小于跨度的1/1000且不得大于20mm。

3.2 支架预压与沉降观测

(1)支架预压

为了检验现浇支架受力安全性，得到支架的沉降量、非弹性变形以及承台区支架与陆地支架不均匀沉降数据。按规范规定，须对现浇支架进行压载试验，试验荷载取支架对应主梁重量的1.1倍。压载通过预制混凝土块来实现，通过预压结束后和卸载后两次测量数据比较，得出弹性变形及非弹性变形实测数据，设置支架预抬量。

对大直径钢管桩而言，可先开展多接头单桩承载力试验，通过试验得到消除非弹性变形的荷载比例。当单次浇注的混凝土重量超出该比例时，支架可不预压。由于本项目箱梁线荷载较大，不预压安全风险大。经与设计和监理沟通，分每一个浇注段分别进行预压，相邻浇注段必须在交界的桩顶重叠，且通过一个中间过程(65%荷载比例)的数据观测，为后续减载预压做准备。

(2)沉降观测

支架预压前，单根钢立柱基础在桩顶和桩底分别布设1个沉降观测点(见图5)。

图5 3～4墩现浇支架预压沉降观测点位布置图 下载原图

加载前测出点位标高初始值H1，然后分级加载进行支架变形观测，当相邻两次检测位移平均值不大于2mm时继续加载，荷载加载完成后，应连续观测(间隔2h/次)不少于12h，平均值不大于2mm时，方可卸除预压荷载，此时标高为H2;卸载后需复测标高H3。非弹性变形=H1-H3;弹性变形量=H3-H2。首个浇注跨(3～4墩)支架预压节选数据见表1。

表1 纵向C和D排架预压沉降观测成果表 下载原图

从上表预压成果可以看出，基础钢管桩顶弹性和非弹性沉陷均小于5mm，可见钢管桩基础的设计与施工是安全可靠的;预压荷载达到设计值的65%，弹性变形值23mm,23/65%=35mm，较110%荷载预压的34mm基本一致，可见支架整体刚度与设计基本吻合;根据经验取值，非弹性变形贝雷梁考虑2mm，其他构件及其间隙考虑5mm，累计7mm，大于预压得出的非弹性变形最大值5mm，可见重载箱梁预压自重的65%完全可以消除非弹性变形。实际施工过程中，后续分段预压，均按照减载预压予以实施，相关沉降参数也与设计计算高度吻合。可见，重载高大支架，在一定范围内减载预压是安全可靠的。

4 结语

沙埕湾跨海大桥主桥北边跨预应力混凝土箱梁现浇，采用少支点钢管桩支架结构形式施工，结构设计合理，各施工阶段得到可靠优化，在地质气候条件复杂的施工背景下和施工工艺繁琐、施工条件一般及施工工程量大的情况下，施工安全和质量得到了有力保证，并取得了明显的经济效益。目前现浇箱梁已施工完成接近一半，经外观检验，结构尺寸精度高，线型平顺流畅。为类似工程实施积累了一定的施工经验。

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