現澆箱梁跨越既有橋梁的支架設計與施工技術

鄭 鵬 陳 華 陳 添 劉海亮 唐 達

中國建筑第八工程局有限公司西南分公司 四川 成都 610041

隨著我國城市基礎設施的蓬勃發展，在進行城市基礎設施的建造和擴能時，常常會出現新建橋梁跨越既有橋梁現象[1-3]。李文靜[4]、曹寧等[5]介紹了公路橋梁施工中現澆箱梁的設計和施工技術，楊平中等[6-8]結合工程實際對現澆箱梁支架受力情況進行了分析，并進行了支架分布設計和驗算介紹，得出了相關結論。

當前對新建橋梁跨越既有橋梁的研究分析多采用門洞型支架，此類支架結構復雜，施工比較困難，且存在一定的安全隱患。

本文結合某城市立交橋改造項目，通過對支撐體系進行受力分析和Midas數值模擬驗算，介紹了在城市立交建設中新建橋梁跨越既有橋梁時滿堂架支撐系統的設計和施工技術。結果表明，在既有橋梁上搭建滿堂架的方式能很好地滿足施工要求，且滿堂架支撐搭設相對簡便，降低了人員、機械設備投入，節約了成本，縮短了工期。

1 工程概況

背景項目為某城市立交改造工程，上跨橋梁為城市快速公交專用高架橋，最大跨徑30.5 m，橋梁縱坡3.9%，現澆箱梁為單室構造，梁高1.75 m，最大橋面寬度10.5 m，腹板寬度6.5 m，翼緣板寬度2 m（圖1）。既有橋梁為預應力混凝土連續小箱梁結構，跨徑35 m，每跨4片小箱梁，橋面寬12 m，橋梁縱坡4.9%。上跨橋梁與既有橋梁交角71°，既有橋梁距離地面高度9 m，距離上跨橋梁高度9.7 m（圖2）。

圖1 箱梁橫斷面（單位：cm）

2 支架方案設計

圖2 新建橋梁和既有橋梁立面關系

在跨越既有橋梁的現澆箱梁支架設計中，最常見的是用型鋼或者貝雷架結構搭設的門型支架。當新建橋梁跨越既有橋梁的跨徑較小時，采用工字鋼橫梁和鋼管立柱組成的門型支架；當跨越既有橋梁的跨徑較大時，采用貝雷梁和鋼管立柱組成的門型支架。

而本項目既有橋梁加上兩側護欄寬約13 m，若采用貝雷梁支架體系，貝雷梁最小跨徑為14 m，最大長度為21 m。根據上部荷載受力分析，貝雷梁支架必須加密設置（間距2 m），立柱所受壓力達到460 kN，須設置獨立基礎才能滿足承載力要求，施工成本較高；此外，根據橋梁位置關系，箱梁澆筑后貝雷梁處于2座橋梁之間，且橋梁兩側鄰近社會道路，作業空間狹小，貝雷架拆除比較困難，施工難度較大。

對此，通過對場地環境和橋梁結構荷載受力分析，結合房建多層樓板連續支撐施工原理，確定了采用碗扣式滿堂支撐架進行現澆箱梁的施工方案：在新建箱梁對應地面和既有橋橋面區域搭設連續碗扣式滿堂支撐架，既有橋下同樣搭設碗扣式滿堂支撐體系，并與現澆箱梁支撐架形成一個整體。

該方案的優點為支架受力比較均勻，小箱梁在橋上和橋下架體中間僅傳遞荷載，結構應力較小，經過對支架體系桿件、基礎及既有橋梁結構強度和變形驗算，均能夠滿足要求；該方案有效避免了采用貝雷架時拆除困難的問題，且支架搭設簡單，不需要單獨基礎設計，場地要求低，結構穩定性好。

碗扣式滿堂支撐架結構體系為：支架桿件采用φ48 mm×3.5 mm鋼管，底板及腹板下立桿橫向間距為0.6 m，翼緣板下立桿橫向間距為0.9 m，立桿縱向布置間距為0.6 m，水平桿步距為1.2 m，按要求設置豎向、水平剪刀撐（間距應小于或等于4.5 m），支架地面基礎為厚20 cm的C20混凝土墊層。

為減小既有橋梁（小箱梁）結構的應力，在新建橋梁跨越既有橋梁區域時，采用滿堂支撐架對既有小箱梁進行支撐，支架間距與橋上支架間距對應。同時，在小箱梁跨中10 m范圍內間距加密布置，縱向間距0.3 m（圖3、圖4）。

3 支架受力驗算

3.1 材料及荷載取值

1）C50鋼筋混凝土容重γ=26 kN/m3。

圖3 支架橫斷面設計

圖4 支架縱斷面設計

2）C20混凝土基礎容重γ=24 kN/m3。

3）主楞采用12 cm×14 cm木方，次楞采用5 cm×10 cm木方，木方抗彎強度設計值為13 MPa，抗剪強度1.4 MPa；模板采用膠合板，厚度為15 mm，抗彎強度設計值為37 MPa，彈性模量為9 000 MPa。模板及木方自重為0.5 kN/m2。

4）施工人員及設備取2.5 kN/m2。

5）傾倒（或振搗）混凝土產生的荷載為2 kN/m2。

6）鋼管支架材料為Q235，型號φ48 mm×3.5 mm。

7）模板支撐架結構安全等級I級，結構重要性系數取1.1。

3.2 模板受力驗算

本工程底模規格為2 440 mm×1 220 mm×15 mm膠合模板，直接擱置于間距20 cm的5 cm×10 cm木方上，取腹板下模板按3跨連續梁進行計算。由可變荷載控制的組合為36.9 kN/m；由永久荷載控制的組合為39.9 kN/m，故本模板支架強度驗算、荷載取值均按由可變荷載控制的組合驗算。經計算，面板應力=7.99 MPa＜37 MPa ，滿足要求。跨中撓度為0.3 mm≤ 200/400 =0.5 mm，滿足要求[9-10]。

3.3 次楞受力驗算

模板下次楞采用5 cm×10 cm木方（高5 cm），間距20 cm，由于腹板下次楞受力最大，按4跨（0.6 m＋0.6 m＋0.6 m＋0.6 m）連續梁結構驗算。經計算，主楞的抗彎強度、抗剪強度及跨中撓度均滿足要求。

3.4 主楞受力驗算

主楞采用12 cm×14 cm木方，縱向布置，間距0.6 m，腹板下模板受力最大，取腹板下主楞按4跨（0.6 m＋0.6 m＋0.6 m＋0.6 m）連續梁進行驗算。經計算，主楞的抗彎強度、抗剪強度及跨中撓度均滿足要求。

3.5 單只立桿承載力驗算

考慮風荷載，立桿穩定性經相關公式計算，均滿足要求。

3.6 混凝土墊層受力驗算

根據以上計算結果，支架受力較大立桿為腹板下立桿，立桿底托尺寸為0.15 m×0.15 m，支架地面基礎為厚20 cm的C20混凝土墊層。經計算，墊層受力滿足要求。

3.7 既有橋梁受力驗算

既有橋梁受力分析采用Midas建立梁格模型，在縱橋向支架對應位置建立虛擬梁單元，將支架立桿荷載按梁單元荷載加載在該虛擬梁單元上，根據梁底部支撐情況添加約束（圖5、圖6）。

圖5 小箱梁受力模型

圖6 小箱梁受力分析

荷載組合為1.0下部恒載＋1.2支架荷載，不考慮梯度溫度和整體升降溫，驗算小箱梁下緣正應力、剪力、彎矩，結果均滿足設計要求。

4 施工關鍵節點處理

對于此類型碗扣支架施工，應注意橋上與橋下的整體性，新建橋梁與既有橋梁斜交，難免會出現支架立桿與護欄位置沖突現象，主要處理方法為：當立桿處于護欄頂部時，在護欄頂部設置木墊板，立桿底座直接設置于木墊板上；當立桿落在護欄側面時，采用水平桿和斜桿將該立桿承受的豎向荷載傳遞至旁邊的立桿，并在該立桿旁邊采用普通鋼管增設立桿（由底部到支架頂部），立桿與水平桿采用扣件每步連接（圖7）。

圖7 既有橋梁護欄局部處理構造

5 結語

在方案實施過程中，于現澆箱梁模板底部和既有小箱梁底部的1/8、1/4、1/2跨設置沉降觀測點，定期監測變形數據。

通過數據分析，均滿足規范和設計工況要求，無安全隱患；另外，在支架拆除后對小箱梁質量進行檢測，各指標均合格，無結構受損現象。由此可以得出，采用碗扣支架進行現澆箱梁和既有橋梁支撐方案可行，且對既有橋梁結構體系影響很小。

該方案既節約了成本，又縮短了工期，為此類情況現澆箱梁支架施工提供了寶貴的經驗。