南憩亭大桥主跨箱梁支架设计与施工
2017-09-04
1 工程概况及特点
南通市江海大道西段南憩亭大桥跨越通扬运河，为三幅单联变截面连续箱梁，桥梁长140m，主墩顶处梁高3.8m，边墩顶及跨中位置梁高2m。桥面横宽75.5m（21m+33.5m+21m），桥梁纵向跨径为40m+60m+40m。
桥位处箱梁施工期间地面标高在+5.0m左右，地下水位+2.0m左右，桥位处通扬运河水深约4m，水位在+1.5～3.0m之间，河水流速较小，河床以下土层主要为粉砂、粉质粘土、细沙等土层。
本桥施工重难点主要如下：
（1）跨运河箱梁施工过程中受航道交通的影响大，水上支架结构防撞安全及水上通行安全风险高。
（2）桥梁总宽度大，作业点集中，相互干扰大。
（3）为满足通航要求，支架跨度较大，支架刚度要求高，而通航净高受到严重限制。
（4）本桥施工工期极为紧张且根据设计要求箱梁分两次进行浇筑（先浇筑底腹板，在浇筑顶板），施工工艺复杂，质量控制难度高。
2 支架设计
2.1 设计考虑因素
箱梁现浇支架需考虑以下因素：
（1）支架本身应具有足够的强度、刚度、整体稳定性。
（2）支架门洞尺寸应满足通航要求及能满足支架防撞要求。
（3）有可靠的落架措施及方便拆除。
2.2 支架荷载取值
参照《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011相关要求，支架设计荷载取值如下：
（1）钢筋砼容重：26kN/m3
（2）模板荷载：1kN/ m2
（3）施工荷载：2.5kN/m2
（4）碗口支架自重：1.5kN/m2（碗扣支架高度按3m考虑）。
2.3 支架结构计算
综合现场实际情况，拟定采用钢管桩+分配梁+贝雷桁结构作为南憩亭大桥60m主跨支架，40m边跨位于河堤两侧，采用常规碗扣式支架。本文着重介绍主跨支架设计。主跨支架布置见下图：
（1）支架支墩
本支架采用打入式钢管桩基础，在进行支墩设计计算时，需考虑以下两个方面因素：①钢管桩自身承载能力，计算时按照轴向压杆考虑，②管桩与土层摩阻力，根据各土层桩侧摩阻力按照规范公式计算。
通过计算，支架立柱最大受力1265kN，支架立柱采用φ820×10钢管桩，入土深度18m。
（2）分配梁及主梁
本支架钢管桩上方设置横向分配梁，横向分配梁上方设置纵向贝雷桁主梁。在进行分配梁设计选型时，分配梁在荷载作用下强度（正应力及切应力）、刚度需满足规范要求。
通过计算，横向分配梁采用2H588型钢，通航区域上方贝雷跨度较大，为保证支架满足刚度要求，同时为避免侵占通航净高，采用加强型贝雷桁。
（3）落架装置
为方便箱梁施工完成后顺利拆除模板及支架，支架需有可靠的落架装置。
本支架在边孔贝雷桁上方设置高度约3m高的碗扣支架，拆模时通过调整顶托螺杆就可实现模板与梁体分离。另外，在通航区域两侧管桩桩顶设置砂筒。在砂筒内填充干燥均匀细砂并进行压实。在进行落架时，只需从砂筒预留孔中将细砂漏出即可顺利落架。
（4）防撞结构设置
支架防撞结构需自成体系，不可与支架受力构件或其他结构（如栈桥）相连。
本支架在管桩立柱外侧（靠近河道中心方向）设置一排管桩，并在管桩中填充砂石以提高防撞能力。
3 支架施工
3.1 支架搭设
（1）管桩插打
钢管桩插打采用震动打桩锤振动下沉，钢管桩打入深度以入土深度和贯入度双控制。桩在入土前应在桩架或桩上做好尺寸标注，以便在施工中观测、纪录。
钢管桩下沉过程中，应随时观察其贯入度，当贯入度小于5cm/锤时停振分析原因，或用其它辅助方法下沉，禁止强震久震桩。插入一定深度后如打不进或桩有回弹现象，可能是桩碰到孤石等障碍，这时应慢慢往下打，等穿过障碍后再恢复到正常速度。打桩工程中安排专人观测和检查桩的垂直度，发现倾斜应立即纠偏。停锤时，以桩尖标高为控制依据。若钢管桩达到设计标高，但贯入度异常时，则须连续沉桩。为防止“假极限”或“吸入”现象，沉桩时，应休息一天时间再复打。现场应确保钢管桩的入土深度，并视设计桩尖处的贯入度适当调整钢管桩桩底标高。
（2）管桩桩帽、连接系及桩顶分配梁安装
钢管桩插打到位后，将钢管桩桩顶打桩锤咬卡部分整齐切除至设计位置。桩帽与钢管桩紧密对接，校正直线度与垂直度，对口的间隙为2mm。桩帽顶面要修理，保证其平整度。桩间连接系按图纸设计进行安装焊接，位置准确、焊接牢固，保证施工质量。分配梁居中平放与桩帽上，分配梁与桩帽间三角板满焊连接，焊缝高度大于8mm，焊缝饱满。
对于中间通航孔支架，每根钢管桩桩帽中央设置一个砂筒，砂筒要求在桩帽居中放置，与底部桩帽和顶部横向分配梁均临时焊接固定。砂筒安装前进行预压，以保证砂筒内砂密实，从而减少压缩变形量。
桩顶分配梁安装完成后，吊装摆放纵向加强贝雷桁架。贝雷桁架在吊装之前预先组拼好，贝雷桁拼装时可用枕木搭成拼装平台。为便于吊装，贝雷桁分段预拼，杆件的拼装和销子的连接均须严格按照图纸施工。拼装完毕后，应仔细检查贝雷片数量及销子的连接情况，合格后方能架设。贝雷桁安装时利用测量仪器在桩顶分配梁上精确标示出中心线，准确摆放。为保证贝雷桁架的横向稳定性，需在桩顶分配梁处贝雷桁下弦设置限位槽钢，并在贝雷桁外侧设置斜撑，对贝雷桁进行横向限位。
