柱-梁式高支架在跨線工程中的設計與應用

◇中鐵二十三局集團有限公司 張 淋

某高速公路項目標段上設置有3處渡槽，墩高在25～32 m之間，面荷載35 kN/m2，且渡槽處于山谷埡口地段，風力強勁十足，如何保證施工過程的安全成為項目各責任方擔心的問題。施工單位提出了四種方案并進行分析、計算，論證，決定采用鋼管柱+貝雷梁支架方案，最終經過工程實踐，證明鋼管柱+貝雷梁高支架能安全、經濟、快速解決這一疑難雜癥。

目前，我國高速公路建設發展迅猛，路塹橫斷面極易阻礙當地原有道路通行及農灌溝渠的順接，為確保高速公路的修建不影響當地居民通行及農業灌溉，通常需要設置橫跨高速公路的天橋、渡槽等跨線工程，同時這類跨線工程通常具有跨徑大、面荷載大、墩身高、安全風險高、工期要求緊等特點。傳統的支架設計已無法滿足此類工程的施工要求，因此設計一種安全可靠、簡單適用的支架具有較高探索價值。

1 應用實例的渡槽工程概況

本工程位于德陽中江至遂寧高速公路項目某標段，該標段上設置有3處橫跨高速公路的渡槽，渡槽所處地段均為中風化巖石路塹段，渡槽跨徑均為24m+24m+24m+24m，墩柱均為獨柱實心方墩，最大墩高32.71 m，上部結構為現澆簡支結構，U型槽身最大尺寸為3.2 m×2.5 m，單片槽身方量74.4 m3，約重193 t，支架高度33.845 m、跨度24 m、施工總荷載35 kN/m2（屬超過一定規模的危大工程）。

圖1 K138+440渡槽總體布置圖

圖2 K138+440渡槽現澆支架側立面示意圖

2 方案選取

（1）方案一：盤扣式支架操作簡單，但支架高度較大，迎風面積大，很難保證橫向穩定性，且為滿足高寬比不大于2，支架地基需要硬化且支架需要加寬或采取其他約束措施不利于成本和工期控制。

（2）方案二：鋼管柱+貝雷梁支架整體受壓、受彎能力好，橫縱向穩定性有保障，安全系數高，采用機械吊裝施工速度快，門式結構利于通行。

（3）方案三：托架+貝雷梁，由于墩身截面尺寸很小，渡槽荷載大，若施工過程中受到不平衡加載，支架穩定性無法保證，存在一定安全風險。

（4）方案四：移動模架施工速度較快，安全有一定保障，不影響通行，但很難租賃，購買費用較高。

綜合考慮采用方案二鋼管柱+貝雷梁支架并進行優化設計。

3 支架設計參數

以K138+440渡槽2號墩與3號墩單跨24 m為例，對各結構構件進行受力驗算采取以下參數詳見表1。

表1 支架參數表

4 施工工藝流程

地形利用及地基處理→鋼管柱基礎及管柱施工→放置砂筒→安裝I56b工字鋼分配梁→安裝貝雷片縱梁→安裝14#工字鋼→安裝方木→安裝底模→纜風繩固定→支架預壓→支架拆除。

5 施工方法及操作要求

5.1 地形利用及地基處理

由于跨線的天橋、渡槽設置于路塹地段，在開挖土石方時，按照設計坡比預留平臺可以縮減支架的高度和體積，從而達到降低風險和節省成本并加快進度目的。

支架的地基與基礎設計按照《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D63）的相關規定執行，基礎基坑開挖后，觀察基底地質是否與設計相符（中風化砂巖）并及時檢測地基承載力，保證支架基底地基承載力大于230 kPa（按基礎尺寸7.8 m2驗算），若承載力達不到要求，則根據實測承載力值采取擴大基礎尺寸處理。

5.2 鋼管柱基礎及鋼管柱身施工

鋼管柱基礎施工時盡量與既有承臺連接一并澆筑，跨中基礎單獨澆筑，采用條形基礎形式，單個條形基礎尺寸為長6 m×寬1.3 m×厚1 m，砼標號采用C25。在每個管柱基礎頂面預埋2 cm厚鋼板，每個鋼板預留16個螺栓孔位置與鋼管柱法蘭盤螺栓孔對齊，鋼板平面尺寸80 cm×80 cm。鋼管柱采用外徑Ф609 mm，壁厚16 mm直縫鋼管，與預埋鋼板用地腳螺栓連接，鋼管柱的豎向連接采用M24高強螺栓連接并設置加勁板，單跨設置6根鋼管柱，2根為1組，共3組。鋼管柱在胎架上連接好后采用吊車一次吊裝到位，較高的立柱采用分次吊裝到位，豎直度不大于H/1000，且小于30 mm，每根柱頂采用三根纜風繩調整垂直度及平面位置，并將此纜風繩作為橫向穩定性加固措施與地錨固定牢固。兩柱間用小抱箍、16#槽鋼相互連接并與墩身鎖墻桿連接牢固。每跨中設置一組2根鋼管柱用小抱箍、16#槽鋼設置剪刀撐連接牢固。大橫桿采用16#槽鋼，在墩身兩側順橋向布置，并與鋼管柱焊接，豎向間距10 m，鎖墻桿采用16#槽鋼呈矩形將墩身夾緊，并與大橫桿焊接或采用打孔螺栓連接，豎向間距5 m。預留平臺上跨中臨時支墩鋼管柱掃地桿距基礎頂40 cm，采用I14工字鋼將兩側鋼管柱支墩連接成為整體相互支撐，防止平臺邊坡受豎向荷載傳遞產生滑塌。跨中兩根立柱豎向間距不大于15 m設置一道水平剪刀撐與兩側墩柱旁的鋼立柱連接。

5.3 砂筒安裝

將鋼管柱頂鋼板與砂筒用螺栓連接并設置加勁板，單個砂筒設計承載100 t，外徑426 mm，高度400 mm，采用20 mm厚無縫鋼管制作。

5.4 安裝I56b工字鋼分配梁

安裝雙拼橫橋向I56b工字鋼（長6 m）并設置垂直于腹板的加勁板，間距1 m，2根工字鋼拼接時采用跳焊，方便以后拆除，并在工字鋼上標記出貝雷片位置，在翼緣板上焊接定位防滑塊用于限制貝雷片外側橫向位移，并在內側鉆定位孔用于貝雷片分組安裝時的臨時固定。采用吊車將加工好的雙拼工字鋼吊裝至砂筒上，并使用L型鋼板與砂筒鋼板用螺栓連接夾緊工字鋼，作業人員直接搭乘專用高空作業車作為支架搭設階段的高空落腳點及作業平臺。

5.5 順橋向貝雷片安裝

考慮蓋梁間凈距為24-0.85×2=22.3m，貝雷架設置為單層4排，排與排用支撐架連接形成整體，縱向間距不大于3 m，各排端頭必須連接牢固。貝雷梁單排縱向長度均為22.2 m，每排橫橋向間距120 cm。每2排為一組在地坪上拼裝完成后采用2臺25噸吊車吊裝至橫向分配梁上，每組之間相互連接牢固，縱向間距不大于3 m。貝雷梁安設在工字鋼頂部標出的位置上外側抵緊防滑塊，內側用打孔槽鋼在定位孔位置與工字鋼連接并抵緊貝雷片。貝雷梁拼接后若與工字鋼接觸面有空隙，采用鋼板楔緊貼合。貝雷梁在吊裝時與蓋梁間留有一定的空隙以方便拆卸，為防止預壓或澆筑混凝土時支架整體位移，施工時采用[16槽鋼打孔用螺栓與貝雷梁端部連接并與蓋梁抵緊，并在蓋梁上設置預埋件與[16槽鋼連接以限制橫縱向位移。

5.6 I14工字鋼及方木、竹膠板底模安裝

I14工字鋼單根長度6 m，橫橋向布置，縱向間距50 cm，用U形卡具將其與貝雷片鎖定。方木采用一般木材，尺寸為10 cm×10 cm，橫橋向間距20 cm，縱向布置，方木端頭采用焊接鋼筋的方式固定在I14工字鋼上，限制其位移。底模采用1.5 cm厚竹膠板，平面尺寸1.22 m×2.44 m，用鋼釘固定于方木條上。

5.7 纜風繩固定

支架搭設好后立即設置手拉葫蘆+纜風繩以加強支架橫向穩定性，纜風繩布置于貝雷梁上縱橋向間距6 m，兩根呈倒V形為一組，單跨共設置6組，左右側各3組。單跨每根跨中支撐立柱頂部布置3根纜風繩，平面呈120°布置，共6根，纜風繩與地平面夾角均控制在45°至 60°之間，采用手拉葫蘆緊固，地錨錨于堅固巖層上。

5.8 支架預壓

支架預壓采用傳統的沙袋法，在此就不必再贅述。

5.9 支架拆除

（1）落砂箱：兩端所有砂箱同時均勻下落，防止分配梁不均勻下落變形，貝雷梁滑移。

（2）I14工字鋼、方木：由人工配合機械拆除。

（3）貝雷架：貝雷支架采用手拉葫蘆緩慢拖拉出槽底，2臺吊車同時緩慢吊起貝雷架拆除。拖拉時設專人指揮，貝雷支架兩端同時均勻拖拉，嚴禁僅一端拖拉，防止掉落。拖拉時首先橫向分多次緩慢拖拉外移，以增強穩定性防止傾覆。拖拉貝雷架、起吊作業設專人指揮；拆除貝雷架作業前要檢查吊車和鋼絲繩的性能和安全性。

（4）I56b工字鋼:解除約束后，由兩臺吊車在兩端同時吊起卸落。

（5）鋼管柱：人工拉纜風繩配合吊車卸落，避免鋼管柱法蘭盤碰撞變形。

（6）支架拆除階段作業平臺：根據現場地形采用專用高空作業車作為作業人員高空落腳點及作業平臺。

6 安全防護措施

6.1 上下安全通道及作業平臺

由于該渡槽墩身高度較高，從安全、進度、成本方面綜合考慮，采用從專業廠家生產的附著式專用人行爬梯作為作業人員上下通道，設置于渡槽1號墩并附著于墩身，通道尺寸為3000 mm×1000 mm型（帶樓梯），連墻件豎向間距不大于5 m，作業人員從1號墩安全通道到達支架作業平臺。作業平臺為定制組裝鋼構件，底板寬度1 m，護欄高度1.2 m，與I14工字鋼連接穩固。

6.2 通道安全措施

（1）在距入口100 m處放置“前方施工，減速慢行”標志的燈箱，作業區與行車道間設置一排隔離水馬，并貼反光條警示。

（2）柱梁支架前150 m開始設置車輛導流設施，并每隔50 m設置一道減速帶，一側預留平臺頂部渡槽施工時，車輛從另一側預留平臺通道通行。

（3）柱梁支架下方搭設管棚并掛設安全防護網，防止施工雜物墜落傷及行人、車。

（4）在通行道兩側的防護支架側面要懸掛整條夜間施工警示燈，作業區放置照明燈。

（5）柱梁支架及限寬桿均按要求設置反光貼及警示燈。

（6）在進出口處設置4.5 m高限高桿，支架下方設置防撞砂筒避免車輛撞擊到支架。

（7）支架進、出口各設置一名交通協管員。

6.3 縱橋向安全吊索

在每個墩臺蓋梁頂部及墩身兩側各預留2根豎向Φ28吊環鋼筋，每跨間縱向用Φ16鋼絲繩搭配U型扣與墩臺頂吊環鋼筋連接，工人高空作業時，將安全繩懸掛于縱向吊索上。

7 監控監測要點

一是桿件的設置和連接，抱箍、連墻件、連接件等構件是否符合要求；二是連接件螺栓是否松動；三是架體是否有不均勻沉降，垂直度偏差；四是施工過程中是否有超載現象；五是安全防護措施是否符合規范要求；六是架體與構件是否有變形現象；七是地基是否有積水，底座是否松動，立桿是否符合要求；八是卸荷鋼絲繩受力狀態，有無松動現象；九是基礎是否開裂沉降，產生位移；十是邊坡是否出現位移、開裂、不穩定現象。

8 結語

從該項目的三個現澆渡槽支架的總體實施效果來看，結構設計簡單，經濟適用，支架結構的強度、剛度、穩定性均能滿足受力要求，安全可靠，搭設、拆除過程主要采用機械化吊裝施工，加快了施工進度。由此可見，該支架設計方案在超過一定高度和荷載的跨線工程上部結構施工中具有較高的應用價值，同時，該方案對較高的大跨徑橋梁上部現澆結構支架的設計與應用也具有重要指導意義。