現澆單孔箱梁SPS支架體系設計分析及施工應用研究

溫淑荔

（中鐵十八局集團第四工程有限公司 天津 300350）

1 項目簡介

1.1 工程簡介

昆明市呈貢新城新火車南站片區市政配套項目包括祥園街延長線、祥和路延長線、站前路、聯大街、火車站大街。本工程項目為火車南站450 m站房寬度范圍以內周邊配套市政工程，包括站北側的兩條通道工程、站場南端下穿隧道工程、連接匝道工程，共16條道路。本標段橋梁工程包括BA、BC、BD、BT、XA、XB、XC、BDM八個匝道橋，橋梁總長為2 125.3 m（見圖 1）［1-3］。

BA匝道橋起點樁號為BAK0+198.28 m，終點與昆明南站站房內A匝道橋相接，終點處的交接橋墩屬于昆明南站站房工程設計范圍。橋梁臨近白龍潭水庫，跨白龍潭水庫上游濕地，并分別上跨東外環大橋、東外環變電所進出T通道、XC匝道橋、北一通道BT橋以及XB匝道橋。橋位平面分別位于圓曲線、緩和曲線和直線上，橋面標準橫坡為單向1.5%，部分位于超高漸變段上，橋面橫坡通過箱體整體剛性旋轉形成，橋梁孔跨度布置（3×25）m+（22.6+25+22.6）m+4×（3×25）m+（18.2+16.549+2×15）m，橋梁全長 513.469 m［4-5］。

圖1 昆明新南站配套工程平面

1.2 SPS支架布置

本支撐體系應用于昆明火車南站配套市政工程BA匝道跨越東外環段上部箱梁支架布置區間。BA匝道跨越東外環段上部箱梁橫梁下支架間距為90 cm（橫向）×90 cm（縱向），空箱下為180 cm（橫向）×120 cm（縱向），支架下方為貝雷梁，跨越東外環大橋（右左幅）。貝雷梁選用雙排單層加強型貝雷梁，最大跨度按17 m計（東外環上部單幅橋寬為13 m），采用三根支墩，將貝雷梁按連續梁布置，間距為120 cm。貝雷梁頂橫向鋪設大力神雙U型鋼（中部柱子采用45號工字鋼），往上按大力神新型碗扣支撐方案間距放置可調頂托、橋面模型架。支墩采用大力神SPS系統，中支墩布置間距為2.4×1.2 m，兩個邊支墩布置為2.4×2.4 m，頂部橫向放置雙肢45工字鋼，上部放置貝雷梁架。支架布置見圖2～圖3。

主梁與主梁之間采用鋼管連接成整體，保持主梁的橫向穩定性，且門洞上方的支架與門洞外側的支架必須連接成為一個整體。每排支墩基礎為寬3 m、高1 m、長23.6 m的C20混凝土基礎。

圖2 支架布置立面（單位：cm）

圖3 支架布置平面

1.3 SPS結構特點

（1）單根立桿承載能力大。根據荷載試驗，單根立桿承載達69.15 t，荷載安全系數為2.0時為34.5 t，安全系數為2.5時為27.6 t。

（2）產品搭設簡單。產品設計有天托、地托，以方便根據地面條件、頂部搭設高度要求進行精確調整；調節立桿上每隔60 cm有橫撐架安裝位置，可根據荷載大小快速進行橫撐架安裝（見圖4）［6］。

圖4 SPS支架示意

2 SPS支撐體系設計分析

2.1貝雷梁上雙U型鋼驗算

雙U型鋼承受頂部支架傳遞的最大軸力為56.92 kN，U型鋼最大跨度為90 cm（見圖5）。

跨中最大彎矩為:M＝12 807 N·m；最大剪力為:Q＝28 460 N。

2.2貝雷梁上工字鋼驗算（45#）

工字鋼最大跨度按4.1 m計，最大荷載位于橫梁下，為41.88 kN，立桿間距為90 cm。

跨中最大彎矩為:M＝95 297.94 N·m；最大剪力為:Q＝85 854 N。

2.3 縱梁貝雷梁驗算

（1）荷載計算

由于貝雷梁頂部雙U型鋼支撐主梁的作用，使荷載得以均勻傳遞，貝雷梁計算時視為均布荷載。外側翼緣板位置最后澆筑，而且靠近最外，荷載傳遞較為困難，所以按內部主梁進行荷載均攤。

按9排貝雷片梁進行荷載平均，每排貝雷梁荷載為 27.428 6 kN／m。其中，模板支架自重按0.75 kN／m，每片貝雷梁自重0.9 kN／m。

（2）貝雷梁縱梁受力驗算

貝雷梁按17 m跨簡支梁計算，受均布荷載作用。

雙排單層加強型貝雷梁的最大容許彎矩為3 376 kN·m；最大容許剪力為490.50 kN。

最大撓度值28.4 mm＜17 000／400＝42.5 mm，滿足要求。

2.4 貝雷梁下雙肢工字鋼分配梁驗算（45#）

中間支墩處分配梁受力最大，但相應SPS支架已做加密處理。由于中間支墩和兩邊支墩受力一樣，僅對中間支墩處分配梁進行驗算。工字鋼按1.2 m跨度連續梁計算（見圖6）。

圖6 貝雷梁下雙肢工字鋼示意

根據工字鋼受力特點可知，彎矩、撓度均滿足要求，而所受剪力即為集中荷載466.29 kN。

另對兩邊支墩進行驗算，按2.4 m跨度連續梁計算。

2.5 SPS頂部工字鋼驗算（45#）

SPS頂部工字鋼受上面工字鋼集中荷載作用，跨度2.4 m。

2.6 SPS支墩強度驗算

大力神SPS支撐系統中，選用的鋼管尺寸為直徑133 mm、壁厚5.6 mm，材質為Q345。鋼管的回轉半徑 i＝4.508，l＝3.3 m。

查表得Q345的折減系數值為0.686。

其中，Q345的強度設計值f為310 N／mm2。

單根立桿軸力233.145 kN＜單根立桿承載力476.63 kN，SPS支撐系統滿足支撐要求。

3 SPS支撐體系實施

3.1 預壓方式

支架體系預壓可采用加載沙袋法。加載沙袋法指采用堆載沙袋的等載預壓方法，通過先底板、再腹板，最后堆載頂板和翼板的順序進行。

預壓荷載的分布和梁體荷載相吻合，加載時按照60%、80%、100%、120%設計荷載逐級加載。每級加載后先停止下一級加載，并間隔12 h對支架沉降量進行一次觀測，當支架檢測點的沉降量平均值小于1 mm時，可進行下一級加載。待預壓加載全部完成，7 d以后確定支架已經穩定即可卸載［7-9］。

3.2 預拱度設置

在支架上澆筑梁體完成后卸架，上部構造要產生一定的撓度。為保證上部構造在卸架后能達到設計要求的線形，在支架、模板施工時需設置合適的預拱度［10-12］。

支架預拱度＝非彈性變形+彈性變形+梁體反拱。支架的彈性變形和非彈性變形通過支架預壓后確定。梁體反拱理論計算跨中按設計為準，其他位置按照二次拋物線過渡，其函數方程為:

式中:f為跨中預拱度（m）；l為梁長（m）；X為距梁端距離（m）。

根據沉降觀測數據分析可知:

支架跨中最大預拱度ΔL＝-（L1+L2+L3）。

ΔL為支架跨中最大預拱度；L1為支架預壓跨中最大變形值；L2為現澆箱梁預應力產生的上拱度；L3為現澆箱梁混凝土徐變產生的拱度值。

3.3 支架調整

預壓后支架在預壓荷載作用下基本消除了地基塑性變形和支架豎向各桿件的間隙即非彈性變形，并通過預壓得出支架彈性變形值。根據實測的支架變形值，結合設計標高確定和調整梁底標高。施工過程中，對支架和地基變形做好全過程監測［13］。

4 架體搭設關鍵工序

4.1 支架地基處理

（1）BA橋第三聯6#～7#梁跨和BD橋第三聯7#～8#、10#～11#梁跨以及XA、XB、XC、BT、BDM匝道橋全部現澆箱梁支架租用云南大力神金屬構件有限公司的Duralok碗口式支撐體系。支架搭設前根據橋梁梁跨處不同地質情況分別進行地基處理。

BA、BD、BDM處于白龍潭水庫上游濕地，地基采取1 m片石+2 m碎石+0.2 m C20砼的換填硬化方式處理。其中BA橋6#～7#梁跨、BD橋7#～8#、10#～11#梁跨均上跨排水溝渠，為防止地基側移，鋪設Φ16鋼筋網片，縱橫向間距均為20 cm。石方填筑采用推土機整平、20 t振動壓路機振動壓實，填筑分層松鋪厚度不超過40 cm，壓實標準0～80 cm范圍壓實度不小于95%，80 cm外不小于93%。基礎頂面設置1.5%的橫坡，便于及時排除雨水。基礎填筑完畢后檢測地基承載力，要求地基承載力不得低于計算值200 kPa。

（2）承臺回填范圍內地基處理

在承臺施工完畢后，先用砂土分層回填，回填壓實度不低于96%；然后鋪設30 cm厚三七灰土，并分層碾壓，再澆筑20 cm厚C20砼，以確保承臺回填范圍內地基承載力滿足要求。

4.2 支架拼裝

（1）支撐架搭設前，應先測設橋的跨中線并在橋的兩側引出控制樁，同時在橋兩側的端部和跨中設標高控制樁，用以控制支撐架的搭設高度。在基礎表面彈出控制線作為搭設支撐架控制依據，保證支撐架立桿位置準確。同時檢查腳手架有無彎曲、接頭開焊、斷裂等現象，無誤后可進行支架體系的拼裝。

（2）在拼裝底層水平桿的同時要注意檢查立桿是否垂直，待第一步架體拼裝完成后，應調整所有立桿的垂直度和水平桿的平整度，待全部調整完畢后方可繼續拼裝。

立桿接長時應檢查立桿的垂直度，發現立桿的垂直度不符合要求時應及時調整。立桿的垂直偏差應控制在架體高度的1／400之內，以防止立桿傾斜度過大，受力后產生偏心彎矩，影響立桿的穩定性。

4.3 安裝頂層可調頂托和懸挑翼緣板定型鋼架

（1）頂層可調頂托安裝

拼裝頂層立桿后，即可安裝頂層可調頂托，并依據設計標高將各頂托頂面調至設計標高位置，可調頂托絲桿調整高度在5 cm～35 cm之間；絲桿超出35 cm時，需要采用橫桿連接頂托，并將剪刀撐延伸至該層橫桿。

（2）定型鋼架安裝

利用冷彎雙U型鋼組裝翼緣定型支撐鋼架，根據橋梁控制點，調整頂托高度，保證梁底的縱、橫坡度滿足要求。然后對橋梁寬度邊線放線，確定翼緣邊線，安裝翼緣豎向支撐雙U型鋼及可調支撐桿支撐豎向U型鋼。根據翼緣上轉角標高，確定安裝翼緣懸挑支撐雙U型鋼、可調支撐桿，復測翼緣頂部標高，鎖定可調支撐桿，將每列支撐主楞縱向連接為整體，并間隔7.2 m連接一道十字撐。

4.4 鋪設頂層主龍骨及分配方木

頂托頂面調至設計標高位置后，鋪設冷彎雙U型鋼，并利用連接件將雙U型鋼互相進行橫向首尾相連，成為整體。

順橋向鋪設方木，鋪設間距要嚴格按照設計進行，并預留箱梁預拱度。使用水準儀檢查標高，無誤后可拼裝底模模板。

5 結束語

本文根據昆明火車南站配套市政工程BA匝道箱梁支撐體系設計與施工，探索出對于車站配套設施匝道現澆混凝土梁支撐體系搭設新方法。其特點是施工速度快、安裝拆除簡單、場地占用面積小，在現場實施過程中取得較好的效果，可為類似工程施工提供借鑒。