自锚式悬索桥上横梁支架方案
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【摘 要】自锚式悬索桥索塔较高，顺桥向很窄，支架横向刚度不易控制，常用大型钢管支架，结合京杭运河大桥上横梁支架方案，通过各种方案比较，重点介绍上横梁贝雷支架方案。
【关键词】自锚式悬索桥上横梁;贝雷支架方案
1.工程概况
宿淮高速公路淮安南互通连接线II合同项目京杭运河大桥位于江苏省淮安市，全长502.29m，由主桥和南北引桥组成，主桥为自锚式悬索桥，南北引桥分别为5孔和4孔30m预应力混凝土组合箱梁。主桥为自锚式悬索桥，采用钢-混迭合、塔梁分离的全漂浮体系;主塔为＂门＂式钢筋混凝土框架结构，全高42.16m，桥面以上高27m，塔顶设空心暖色花岗岩装饰，索鞍以下为矩形混凝土实心截面，尺寸为280cm×200cm，塔根横向渐变到280cm×340cm，上横梁为弧形变高度形截面，高度从跨中300cm，渐变到根部470cm.下横梁是弧形变高度矩形箱式截面，边腹板支点处厚70cm，中部厚60cm，高度从跨中320cm，渐变到根部560cm。每个索塔下设13.7m×13.7m×3.5m的承台，每个承台下设9根φ2.0m的钻孔灌注桩，桩长52m。
2.京杭运河大桥主塔上横梁支架方案的优化
2.1实际状况分析
京杭运河大桥索塔上横梁支架必须搭设在下横梁上，上横梁根部标高为是40.159m，下横梁顶标高为17.221m，上下横梁间距离为22.938m，而且上横梁根部与跨中的高差为1.7m。上横梁混凝土为142.63m3，钢筋为36T，总重约396T。模板、碗扣支架、钢枕、贝雷横梁及支架自重约84T合计总重约480。索塔上横梁支架施工方案是直接将上横梁支架全部放在下横梁上。首先必须完成索塔下横梁的预应力钢绞线的张拉与压浆。而且在下横梁上预埋钢板，临时支点与下横梁上预埋钢板采用焊接的方式连接。由于主桥边跨现浇箱梁还没有施工，考虑到现浇箱梁及主塔处横梁的预应力钢束的布置，临时支点以桥梁中心线为对称轴向两侧塔柱对称布置，临时支点从一侧塔柱到另一侧塔柱的间距为565cm、650cm 620cm、650cm、565cm。临时支点的横向中心间距为180cm。常规的采用大直径钢管焊接而成，该种上横梁支架不仅施工工期长，而且造价很高。由于业主要求工期很紧，从施工现场实际情况、施工工期，经济指标等各方面进行了仔细研究后，拟定了二种上横梁支架方案。
2.1.1上横梁支架施工方案一：大直径钢管与型钢焊接支架。
2.1.1.1 施工方案
此方案同样是利用已经完成的下横梁，首先完成索塔下横梁的预应力钢绞线的张拉与压浆。下横梁的顶面尺寸为3050cm×280cm。在已经完成的下横梁顶面同样预埋8块尺寸为100cm×100cm×1cm的钢板。预埋钢板的横向中心间距为180cm。竖向受力大直径钢管80cm×1.6cm竖在预埋钢板上，并且与预埋钢板满焊连接。上下横梁之间的间距为22.938m，大直径钢管同样分两节制作，两节钢管之间设置法兰盘用螺栓连接，同时将法兰盘满焊连接。竖向受力钢管之间及竖向受力钢管与索塔预埋钢板之间用尺寸为20cm×20cm的方桩横向连接，上下横梁之间均匀设置三道横向水平支撑。竖向受力钢管与横向水平支撑钢管也采用坡口焊接而成，同时横向水平支撑钢管与索塔预埋钢板采用满焊连接，为保证真个支架的横向稳定性，在竖向受力钢管横桥向和顺桥向钢管之间均采用[12的槽钢进行焊接连接。这样一来，整个上横梁支架就与索塔和下横梁连成一体了。这样的支架整体刚度和强度均较高，但是费用也很高。
2.1.1.1.1大直径钢管与型钢焊接支架现场拼装如图1所示：
2.1.1.1.2下横梁上临时槽钢支点如图2所示：
2.1.1.2 施工进度
临时支点的搭设、横向水平支撑和钢管之间的切割和焊接、竖向受力钢管之间斜撑的切割和焊接，这样的工作量也很大，20个施工人员也需要一个月的时间。但是，该方案利用了公司现成的80cm×1.6cm钢管和方桩，使用费用按租赁价格200元/吨.月计算，较购买新的钢管和方桩节省了部分费用。
2.1.1.3 该方案费用计算
2.1.1.3.1 大直径钢管需要111.27T，横向支撑方钢11.49T。钢管的费用为：
（111.27+11.49）T×200元/T.月×4个月= 98208元;
2.1.1.3.2 钢管之间的[12槽钢斜撑费用（按40%摊销）：
12.31/m×800m÷1000kg/T×4500元/T×0.4=17726元;
2.1.1.3.3 氧气和乙炔等施工辅助材料费为：30000元;
2.1.1.3.4 施工人员的工资为：20人×70元/人.工×30工=42000元。
2.1.1.3.5 临时支点费用：26243元
2.1.1.3.5.1 槽钢支点：12.31kg/m×2.8 m×32根×4.5元/kg×0.6 =2978元
2.1.1.3.5.2 横向连接支撑：
（2m/根×32根+1.56m/根×64根+1.61m/根×64根）×12.31kg/m×4.5元/kg×0.6 =8743元
2.1.1.3.5.3 下横梁顶预埋钢板：0.016m×1m×1m×7850kg/m3×8×4.5元/kg=4522元
2.1.1.3.5.4 人工费及辅助材料费：10000元
该支架方案施工费用合计：214177元。
2.1.2 上横梁支架施工方案二：贝雷与型钢拼装支架。
2.1.2.1 施工方案
此方案同样是利用已经完成的下横梁，首先完成索塔下横梁的预应力钢绞线的张拉与压浆。下横梁的顶面尺寸为3050cm×280cm。同样由于边跨现浇箱梁和主塔处横梁没有施工，为避开该部分结构预应力钢束的位置，在已经完成的下横梁顶面做临时支点，预埋24块尺寸为30cm×30cm×1cm的钢板作为24个临时钢管（φ16cm×1.6cm×275cm）支点的底座。同一个临时支点预埋钢板的横桥向中心间距为90cm或100cm，预埋钢板的顺桥向中心间距为140cm。同一个支点由三排贝雷组成，三排贝雷由一整片连接片（180cm×140cm或200cm×140cm）连接成一个支点临时支点以桥梁中心线为对称轴向两侧塔柱对称布置，临时支点从一侧塔柱到另一侧塔柱的中心间距为610cm、605cm、620cm、605cm、610cm。上下横梁之间的间距为22.938m，。贝雷支架竖向搭设，竖向搭设6片贝雷的高度（18m）。两片贝雷的连接处均用专用连接片相连。上下横梁之间均设置三道I25工字钢横向水平支撑。工字钢水平支撑将相临支点及索塔连接成整体。水平支撑工字钢与贝雷间以栓接的方式连接。工字钢与索塔预埋件以满焊的方式连接。这样一来，整个上横梁支架就与索塔和下橫梁连成一体了。这样的支架整体刚度和强度较高，但是费用很低。下横梁顶预埋件及临时支点布置图和上横梁贝雷支架现场拼装图如下图。
2.1.2.1.1下横梁顶钢管拼装临时支点如图3所示：
2.1.2.1.2上横梁贝雷与型钢现场拼装支架如图4所示：
2.1.2.2 施工进度
临时钢管（φ16cm×1.6cm）支点较[12槽钢支点的刚度和强度均高，贝雷支架与临时钢管支点均为销接，而且贝雷之间的连接也均为销接，施工速度较快，15个施工人员只需要20天就可以完成。而且费用较低，该方案利用了公司现成的贝雷和型钢，使用费用按租赁价格计算，较购买新的钢管和方桩节省了很多费用。
2.1.2.3该方案费用计算
2.1.2.3.1 贝雷112片，连接片118片，贝雷销256个，贝雷底座48个。贝雷支架租赁费用为：
（0.278×112+0.07×118+0.003×256）T×200元/T.月×4个月= 32131元;
2.1.2.3.2 贝雷支架之间的I20工字钢水平撑租赁费用为：
31.1kg/m×30.5m/根×6根×0.2元/ kg.月×4个月=4553元
2.1.2.3.3贝雷支架之间的[12槽钢斜撑费用为：
12.31kg/m×6m/根×24根÷1000kg/T×4500元/T×0.4=3191元;
2.1.2.3.4 氧气和乙炔等施工辅助材料费为：25000元;
2.1.2.3.5 施工人员的工资为：20人×70元/人.工×20工=28000元;
2.1.2.3.6 临时支点费用：32309元;
2.1.2.3.6.1下横梁顶钢管拼装临时支点：（0.16m×0.16m-0.14m×0.14m）/4×3.14×2.75m×7850 kg/m3×4.5元/kg×9×4×0.7=11531元
2.1.2.3.6.2 钢管间横向连接支撑：
（2m/根×32根+1.56m/根×64根+1.61m/根×64根）×12.31kg/m.根×4.5元/kg×0.6 =8743元。
2.1.2.3.6.3 下横梁顶预埋钢板：0.016m×0.3m×0.3m×7850kg/m3×36×5元/kg=2035元。
2.1.2.3.6.4 人工费及辅助材料费：10000元。
该支架方案施工费用合计：125184元。
2.2上横梁支架施工方案比较：
2.2.1 方案一的优点是利用公司现有的大直径钢管作为支点，钢管之间的连接较方案一操作方便。缺点是钢管之间的水平及斜撑较多，施工工期较长，钢管之间的刚度较小。工程成本较高，工程造价约214177元。
2.2.2 方案二的优点是充分利用公司现成的贝雷与型钢，租赁费用较低;贝雷支架拼装较快，施工工期短，有利于加快施工进度。缺点是支架所用贝雷及连接片较多。工程成本相对较低，工程造价约125184元。
综合以上二种方案的优缺点，结合宿淮高速公路淮安南互通连接线II合同项目京杭运河大桥主塔上横梁支架施工现场情况，后经业主批准分别在京杭运河大桥6#主塔上横梁支架采用方案二，7#主塔上横梁支架采用方案一。
3、结束语
通过分析与实际施工不难看出，贝雷与型钢拼装的支架与传统的大直径钢管焊接支架相比，不仅技术可行，可以充分利用现有的设备与材料，而且能大大提高工效，节约施工成本，能够取得良好的经济效益和社会效益。
【参考文献】
[1] 黄绍金，刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册[M].北京： 人民交通出版社， 2002.2.
[2] 叶见曙，李國平.结构设计原理[M].北京：人民交通出版社， 2006.9.