某機耕天橋支架設計優化與施工技術

孫方島,張立軍,袁新順

(1.中交二航局第五工程分公司，武漢 430040；2.中交二航局建筑科技有限公司，武漢 430040；3.海工結構新材料及維護加固技術湖北省重點實驗室，武漢 430040)

山海高速ZK24+272機耕天橋上部結構為下承式等截面二次拋物線拱橋，拱軸方程式為y=4fx(L-x) /L2，計算跨徑L=35 m,計算矢跨比1/5，矢高f=7 m，拱肋高0.8 m，寬0.7 m，中間設3道橫撐，橫撐截面尺寸為0.5 m×0.5 m。吊桿采用直徑32 mm的精軋螺紋鋼、YGM 錨頭，精軋螺紋鋼設計強度σs=785 MPa。行車道板寬為9.4 m,厚為0.2 m，縱梁寬為0.8 m,高為1 m。吊桿之間為跨徑2.4 m的連續板。橋面鋪裝為8～15.5 cm，整個行車道系縱向連續。

1 支架設計優化

原設計行車道系及拱肋采用滿堂支架就地現澆，考慮到滿堂支架影響路基交通通行，且需要較多的周轉材料，支架搭設工期較長，從設計、施工、周轉使用等各方面進行比較分析，對滿堂支架進行優化設計，提出了鋼管貝雷架+腳手架和型鋼少支架+腳手架方案。支架分為行車道系支架和拱肋支架兩部分[1]。

1)行車道系支架為鋼管貝雷梁支架

橋面板下設置滿堂支架，間距為0.8 m×1.2 m，步距0.5 m。底模板采取15 mm竹膠板，下設10 cm×10 cm縱向方木(@300 mm)。支架分配梁采用工20a(主橫梁下方@600 mm，橋面板@800 mm)，主梁采用321型標準貝雷梁，樁頂主橫梁采用雙拼工45a，鋼管立柱采用φ800×8 mm鋼管，基礎采用條形基礎。行車道系支架設計如圖1所示。

2)拱肋支架為型鋼支架

底模板采用5 mm鋼板，拱肋背帶采用2條工20a，間距0.5 m，之間有工20連系；背帶下設置工20a立柱，間距2.9～3.1 m，立柱端頭設置預埋件。拱肋橫撐采用滿堂支架，橫向間距1.2 m，步距0.6 m。拱肋支架設計如圖2所示。

2 建模及驗算

1)行車道系采用MIDAS CIVIL2015建立模型，鋼管底部采用固結，分配梁中間采用鉸接進行連接，即上層分配梁不傳遞彎矩至下層分配梁[2]，貝雷梁采用梁單元模擬，銷軸孔連接處釋放約束為鉸接，計算模型如圖3所示。

2)拱肋采用MIDAS CIVIL2015建立模型，立柱底部采用固結，計算模型如圖4所示。

3)模型計算

模型按照極限狀態法進行計算，驗算結果見表1和表2。

由表1和表2可知，支架在工作狀態下強度、剛度及穩定性滿足設計及規范要求。

4)基礎承載力計算 標準組合下，基礎承載力即鋼管樁所受反力情況，如表3所示。

表1 模板及支架立桿驗算

表2 貝雷梁及拱肋支架驗算

表3 鋼管樁反力圖

支架采用條形基礎，條形基礎底面尺寸為2 m×9 m，則條形基礎地基承載力

結果表明，條形基礎地基承載力滿足要求。

3 支架搭設及預壓

3.1 橋面系支架搭設

確定搭設少支架鋼立柱條形基礎的位置，清理條形基礎內的浮土、泥漿及雜物，安裝基礎鋼筋，澆筑條形基礎，并安裝預埋鋼板。要求地基承載力大于250 kPa，如實際地基承載力不滿足要求，需對地基進行處理，滿足要求后再進行擴大基礎的澆筑。

根據行車道系底標高與地面標高確定鋼管立柱高度，將立柱及其十字勁板、卸荷塊、雙拼主橫梁等提前加工焊接好備用。依據設計圖紙安裝各少支架部件，并在貝雷架上方鋪設工20及10 cm×10 cm方木作為分配梁。雙拼主橫梁斷續焊接在卸荷塊上，貝雷架利用適量U型卡板固定在主橫梁上，工20分配梁用適量U型卡板固定在貝雷架上，以保證支架整體穩定性。待少支架完成搭設后，在橋面板位置下方搭設腳手架作為橋面板施工支架，鋪設10 cm×10 cm方木及木模板作為橋面板分配梁及底模板。為便于人員通行和安全防護，支架結構考慮搭設防護欄桿和安全爬梯，防護欄桿高度1.2 m，采用φ48 mm鋼管通過φ60 mm套管固定在支架上。

3.2 拱肋支架搭設

拱肋底模采用5 mm不銹鋼板、竹膠板作為側模、工20作背帶、工20作為立柱，工20背帶提前在加工廠進行加工并預拼。支架型式為少支架，在行車道系上搭設支架，拱肋為鋼筋混凝土結構，梁高0.8 m，寬0.7 m。為保證支架整體穩定，在高度較高位置立柱設置平聯。工20立柱與預埋在行車道系中的鋼板和工20背帶滿焊。

3.3 預壓

支架預壓目的是檢驗模板、支架的承載力及消除結構非彈性變形及其他不均勻沉降，取得支架彈性變形的實際數據，得出荷載-撓度曲線，調整預拱度[3]。觀測斷面設置在行車道系的支點、跨中、L/4、3L/4和特殊位置，每排在模板邊緣設置觀測點，觀測點在支架頂面及基礎頂面分別布置；預壓荷載為支架承受荷載的1.1倍，預壓加載分3級進行，每級加載值為預壓荷載的60%、80%、100%，每級加載時，通過測量觀測，無異常后進行下一級加載，分級卸載時應從頂層開始，逐層向下進行，嚴禁上下層同時拆除[4]。

4 行車道系及拱肋施工

4.1 行車道系施工

行車道系縱橫梁及橋面板底模及側模均采用竹膠板，底模下面設置方木，通過頂托來調節高度；鋼筋在鋼筋加工場下料、成型，用平板車運至現場，采用25 t汽車吊吊至作業面進行安裝；行車道系兩跨一次澆筑成型，采用兩臺37 m天泵從中間向兩側澆筑。混凝土澆筑前，仔細核對檢查行車道系上預埋件的位置及數量，包括預應力錨墊板、吊桿預埋管及上部支架預埋件等。縱梁預應力采用公稱直徑15.2 mm無粘結預應力鋼絞線，行車道系與拱肋混凝土澆筑完畢，強度達到90%以后、拱架卸架以前將預應力束一次張拉完畢，鋼絞線張拉后管道內不再壓漿。

4.2 拱肋施工

拱肋模板安裝分兩個階段完成，第1階段為底模安裝，第2階段為側模及頂模安裝。中間需安裝鋼筋及吊桿預留管道作業，支架搭設完畢驗收合格后，采用吊車從拱腳到拱頂順序逐塊吊裝拱肋模板，吊裝就位的模板采取加固措施，確保穩定性，上塊模板未加固安裝前，不得安裝下塊模板。拱肋0#截面設置2.6 cm預拱度，按二次拋物線分配到各豎立截面。拱肋混凝土采用一次性澆筑成型，按左右兩條拱肋，從拱腳向拱頂方向兩端同步對稱澆筑，混凝土采用插入式振搗器進行振搗，要求任意時刻兩條拱肋4個拱腳間混凝土澆筑頂面高差不得超過1 m，以確保支架對稱受力。混凝土對稱澆筑時必須注意控制混凝土澆筑上升速度不超過2 m/h，拱腳部位宜放慢澆筑速度。在總體澆筑時間控制上，保證在拱腳混凝土初凝前完成拱肋混凝土澆筑。

吊桿共計104根，間距L=240 cm，JL32精軋螺紋鋼，fpk=785 MPa，采用噴涂銀灰金屬(鋅、鋁)防護。拱肋混凝土強度達到設計強度90%以后，即可進行吊桿安裝，采用人工配合汽車吊安裝，吊桿的安裝、張拉均應以跨中為對稱，兩根對應吊桿同時進行，吊桿分兩次張拉，初張拉完成后即可對支架進行拆除，全橋支架拆除后進行第2次張拉[5]。利用高立柱之間的平聯搭設拱肋上張拉施工平臺，設置防護欄桿，在平聯間搭設簡易平臺，滿鋪Φ16鋼筋網片，縱橫梁下方張拉平臺利用跳板在貝雷架支架搭設。

5 支架拆除

拱肋和縱、橫梁混凝土強度達到設計強度的100%，且吊桿進行初張拉后進行拱肋和縱、橫梁支架的拆除。首先拆除拱肋支架，拆除拱肋支架按照由拱頂至拱腳的順序依次循環卸落，然后拆除行車道系支架，按照由跨中向支座方向依次循環卸落，先進行卸荷裝置卸落，再拆除側、底模，然后依次拆除模板分配梁、貝雷梁和主橫梁，最后拆除鋼管立柱及擴大基礎。

6 結 語

支架結構是建筑工程施工中使用較多的一種結構，不僅涉及施工的安全性，更關乎施工便捷性和施工成本。對ZK24+272機耕天橋滿堂支架進行優化設計，使支架結構布局更合理，方便現場施工，提高了資源利用率，降低了施工成本，縮短了工期，確保了工程如期、安全完成。