随着跨江桥梁的大规模兴建,桥梁建设领域面临着更加复杂的施工环境和更多的施工技术难题。跨江大桥的引桥多为预应力混凝土箱梁结构,并且以现浇法施工为主。由于水上作业条件有限、地质条件复杂、气象环境多变等因素,该类桥梁现浇支架的设计、施工比一般桥梁更复杂。如何保证现浇支架在水中的稳定性及现浇梁施工的质量与安全是跨江桥梁施工中的重点和难点。

　　 目前,我国已有丰富的水上现浇桥梁建设的实践经验,其所应用的施工方法中,贝雷组合体系支架法较普遍。代晓东通过广东省某跨海现浇桥梁工程,对基于双层贝雷梁支架的现浇施工技术进行研究,总结一套安全可控且适用于海上桥梁施工的现浇施工工艺。邱官发结合福平铁路长乐站现浇箱梁工程案例,介绍了贝雷梁在桥梁快速施工中的应用,并对贝雷梁设置了加强竖杆、弦杆以保证其抗弯剪性能。舒大勇等依托瓯江南口大桥98跨30m跨径现浇箱梁工程,总结了单跨双层贝雷梁整体下放、横移及提升的施工工艺。该工艺缩短了全桥的施工工期、节约了成本。然而,既有的技术成果中,大多对单层现浇梁的施工方法进行研究,关于水上双层现浇主梁的工程案例和技术成果总结均较少。

　　 本文在以上实践的基础上,系统分析了道庆洲大桥南接线公轨双层桥梁结构特点,设计了单跨双层加强型贝雷梁支架组合体系,并通过有限元法进行结构仿真,在确保安全符合规范的前提下,形成稳定的水中支架体系。

　　 福州市道庆洲大桥是福州主城与长乐连接的一条快速通道,为公轨两用桥梁,项目总长约6.82km,公轨共线长约4.4km,上层公路为6车道城市主干道兼一级公路,下层为双线地铁6号线。

　　 南接线桥梁全长约1 365.5m,共设10联,首联跨过闽江延伸至陆地(见图1)。上层公路梁采用等高现浇连续箱梁,标准段梁宽25m,采用单箱三室结构,梁高2.3m;下层轨道梁均为预应力简支箱梁,采用单箱单室结构,梁高2.4m,下部结构与公路桥梁共用桥墩,如图2所示。

　　 现浇支架除应满足自身的强度、刚度及稳定性等技术指标外,还需考虑上、下主梁的施工顺序,现场水文地质条件及工期要求等因素。此跨度现浇主梁可供选择的支架形式有多跨式、斜腿三跨式、单跨式等,如图2所示。

　　 1)多跨式支架结构需现场施工嵌岩桩基,而鉴于现场水深较大且覆盖层较少,该方案无疑会增加额外成本,影响工期。

　　 2)斜腿三跨式支架可将支撑基础布置在承台上,但本工程承台位于围堰内,且要求双层主梁支架共用1套支撑,斜腿支撑柱难以实施。

　　 3)单跨式现浇支架以既有承台为基础,无须在水中打桩,可实现上、下层主梁支架共用临时支撑,但大跨径支架对承重主梁的刚度要求较高。

　　 通过以上对比分析可看出,单跨式现浇支架简化了施工程序,使结构安全和质量控制点更明确,是本工程现浇主梁施工的最佳方案。

　　 支架采用单跨双层加强型贝雷的高桩梁板体系,结构自上而下由模板系统、分配梁、加强型贝雷梁、主横梁、钢管立柱、承台基础等构成。上层公路梁架体顶面距承台顶高度28.5m、宽度26.0m,下层轨道梁架体顶面距承台顶高度18.5m、宽度12.9m。支架净跨径均为33.0m。支架结构布置如图3所示。

　　 箱梁模板选用18mm厚竹胶板,模板下方设置2层分配梁,第1层纵向分配梁为方木,第2层横向分配梁为I12.6型钢,间距为60cm。

　　 支架纵梁净跨径为33.0m,施工过程中,对其强度、刚度及稳定性要求较高,因此选用加强型双层贝雷梁作为主纵梁单元。贝雷梁单元数量及横梁间距根据现浇混凝土荷载分布合理布置,其间通过定制花架连接,保证贝雷纵梁结构整体稳定(见图4)。

　　 为提高贝雷纵梁的抗弯剪强度,下层贝雷梁做弦杆加强,同时,在贝雷梁支点处的竖杆进行局部加强(见图5)。

　　 主横梁选用双拼HN700×300型钢,并焊接加劲肋以提高其局部稳定性。

　　 竖向钢管立柱规格为1 000×14,立柱通过法兰节长。横向共布置4根,通过平联和剪刀撑连接。平联选用426×6钢管,利用哈佛接头与立柱对接(见图6),剪刀撑选用[20a,通过节点板与立柱连接。

　　 两侧立柱焊接斜撑牛腿630×10,以扩大其支撑范围,二者呈30°夹角。为保证主管的局部强度,节点处布置厚度为12mm套管进行补强,主管与套管间通过塞孔焊连接。斜撑牛腿节点结构如图7所示。

　　 架体纵向稳定通过立柱与墩身间的扶墙件来保证。扶墙件竖向共布置4道,利用销轴将立柱水平耳板与墩身预埋件上的耳板穿孔连接,具有连接牢固、施工简便的优点。立柱与墩身间扶墙件结构如图8所示。

　　 围堰拆除后,柱脚便浸没在水位以下,除了承受较大的立柱传递荷载外,还会长期受到江水的侵蚀作用,因此,柱脚的合理设计尤为重要。柱脚结构如图9所示,立柱与承台通过地脚螺栓连接,并通过外包混凝土做防腐蚀处理。

　　 本结构采用MIDAS Civil有限元软件空间整体模型,各构件均采用梁单元模拟,立柱在柱脚刚接,贝雷梁与主横梁和分配梁均为铰接。整体计算模型如图10所示。

　　 支架结构按2种工况进行计算:(1)工况1浇筑混凝土工况,对支架强度、刚度和稳定性进行计算;(2)工况2模板安装完成后、梁体钢筋安装前工况,应组合风荷载对支架整体稳定性进行计算。

　　 各工况分别考虑2种组合即基本组合与标准组合,其中,基本组合计算结果用于评价强度与稳定性指标,标准组合用于评价刚度指标。各工况荷载组合分项系数如表1所示。

　　 在现浇混凝土荷载、施工荷载、风荷载等组合作用下,各构件强度计算结果如表2所示。

　　 由表2可看出,除贝雷梁外,各构件中最大组合应力设计值为171.4MPa,均小于强度设计值215MPa,故强度满足要求。贝雷弦杆最大轴力标准值为368.0kN,小于其强度容许值560kN;竖杆最大轴力标准值为134.8kN,小于其强度容许值210kN;斜杆最大轴力标准值为130.0kN,小于其强度容许值171.5kN,故贝雷梁各杆件强度满足要求。

　　 工况1条件下支架纵梁挠度为49.5mm,挠跨比为1/667,满足规范要求。

　　 1)主墩施工完成后,以承台为基础,搭设上层主梁临时支架,并进行预压试验。

　　 2)施工上层现浇主梁,并预留支架吊装孔。

　　 3)上层主梁施工完成后,安装竖向千斤顶,通过精轧螺纹钢起吊和下放贝雷体系。

　　 4)贝雷体系下放就位,调节贝雷间距和数量,完成下层主梁支架搭设,并进行预压试验。

　　 5)施工下层现浇主梁。

　　 1)主桥跨度、高度均较大,单跨现浇支架各指标性能要求高,故对多个构件进行特殊设计。

　　 2)根据公轨双层主梁的特殊构造,采用单跨双层加强型贝雷梁共用支撑立柱的方案,避免了水中打设临时支撑,减少了施工工序,加快了现浇箱梁施工进度。

　　 3)现场水深最高达17.0m,机械设备仅在钢栈桥上作业,吊装范围有限,故支架的安拆难度均较大。施工中主梁采用先上后下的施工工序,借助已施工完的上层主梁整体下放贝雷体系。

　　 结合道庆洲大桥A2标段引桥的水上公轨双层主梁的实际情况,设计了单跨双层加强型贝雷梁组合支架,并对各施工工况的支架结构进行了有限元分析,确保工程安全高效实施,为今后类似水上现浇箱梁施工提供了一定的实践经验和参考价值。