城市高架體系臨時支撐的選型與布設分析

唐海峰

（中鐵二十二局集團第一工程有限公司，哈爾濱 150000）

城市高架體系作為城市交通設施的重要組成部分，為人們的交通出行提供了極大的便利，但是由于城市高架橋往往建立在交通網線復雜、城市繁華路段等原因，其現場施工存在著很大的難度，針對這一問題，很多學者作了相關研究。武曉霞[1]與曹倩楠[2]首先對高架橋下空間利用進行了分析研究，作為高架體系建設前的技術分析，為現場施工提出了一些寶貴的建議，鄭建文[3]則針對城市高架橋項目給出了一種無支架施工技術的研究與分析，為不同結構形式的高架橋提供了施工參考，袁煉等[4]通過對城市高架實際案例的分析，給出了吊裝施工方案里技術參數的選擇與確定方法，岳粹歌[5]同樣也研究了城市高架的吊裝施工技術，對關鍵環節進行了總結，具有一定的參考意義，謝飛峰等[6]與周正海[7]都對城市高架橋施工中支架體系的應用進行了分析，給出了一些建議供參考。

1 工程概況

1.1 工程簡介

該高架體系為某城市環路與城市主干路交叉城市立交工程，是完成2 條快速路轉換的樞紐型立交高架體系，該工程遠期目標為8 個轉向的全互通定向立交，本期實施東向北、東向南2 條出城方向的匝道橋工程，環節主干路的交通壓力情況，如圖1 所示。結合高架橋自身結構特點及施工現場的環境要素，擬將六聯鋼箱梁劃分為制作分段133 段，合計總重為3977 t，單段鋼箱梁最長為26.6 m、最寬4.9 m、最高3.033 m 及最重65 t。

圖1 施工現場平面布置圖

1.2 施工難點

施工現場位于該城市的主干路與環路快速路交口，屬于城市經濟繁華路段，每日人流量及車流量極大，擬建場地現狀為主干路既有高架橋、環路快速路及其輔路，道路兩側有居民區、大型超市、賓館、商鋪及商務辦公樓等，在實際施工中周圍建筑及設施對現場安裝影響較大。另外環路為道路箱涵無法站立吊車，新建匝道需要跨越既有高架橋，吊裝空間狹小，部分道路在施工過程中無法斷交，焊接工作對周圍環境影響較大等。基于這些復雜的施工條件，在做施工準備時，需要考慮臨時支撐的選擇，布設情況及吊車型號、數量的確定，是施工中的難點重點。

2 臨時支撐的選型及布設

2.1 臨時支撐的選型

施工現場按空間層次分為2 部分，一部分為跨越主線高架與環路，另一部分為地表施工部分，根據其空間層次特點進行臨時支撐的選擇。經分析，跨越道路部分考慮選用3.0 m×3.0 m 門式支架形式，地表施工部分采用并列格構式墩柱支架，根據荷載情況，格構式墩柱支架采用1.5 m×1.5 m、2.0 m×2.0 m 2 種。

對于1.5 m×1.5 m 并列格構式墩柱支架，主管為Φ140×8 mm 的無縫鋼管，斜撐采用Φ70×6 mm，橫撐采用Φ63.5×5 mm，支架頂部分配梁及墊梁為2HN500×200×10×16，如圖2 所示；對于2.0 m×2.0 m 并列格構式墩柱支架，主管為Φ219×10 mm 的無縫鋼管，斜腹桿為Φ140×8 mm，直腹桿為Φ89×5 mm，分配梁及墊梁為HW400×400×13×21，如圖2 所示。

圖2 2 種并列格構式墩柱支架

對于門式支架，支架主管為Φ420×12 mm、Φ630×12 mm 的無縫鋼管，斜腹桿為Φ219×10 mm，直腹桿為Φ159×8 mm，分配梁為2HN500×200×10×16，分配梁上的簡支主梁為并排2 根箱型截面（500 mm×1300 mm×20 mm×30 mm）鋼梁，如圖3 所示。

圖3 門式支架及其上部結構

2.2 臨時支撐的布設

臨時支架的安裝受場地限制，所有支架均在工廠拼裝成整體，運輸至施工現場，直接安裝，1.5 m 支架及2.0 m 支架采用25 t 吊車進行安裝，3.0 m 支架及橫梁采用130 t 吊車進行安裝，圖4 為門式支架的安裝過程。

圖4 門式支架的安裝

根據計算，第一聯、第二聯和第三聯鋼箱梁中的支架承受的荷載較大，現對三聯鋼箱梁臨時支撐的布設進行介紹。

第一聯鋼箱梁設計臨時支撐合計10 組，其中3 組為1.5 m×1.5 m 的并排格構柱式支架，主管形式為Φ140×8 mm，標準支架高度為13 m，其余7 組為門式支架，主管形式分別為Φ420×12 mm、Φ630×12 mm，標準高度為11 m 與12 m，如圖5 所示。

圖5 第一聯鋼箱梁支架布設圖

第二聯鋼箱梁設計臨時支撐合計8 組，其中5 組為2.0 m×2.0 m 的并排格構柱式支架，主管形式為Φ219×10 mm，標準支架高度為14 m，其余3 組為門式支架，主管形式為Φ630×12 mm，標準高度為11 m 與12 m，如圖6 所示。

圖6 第二聯鋼箱梁支架布設圖

第三聯鋼箱梁臨時支撐共計11 組支架，其中6 組1.5 m×1.5 m 的并排格構柱式支架，主管形式為Φ140×8 mm，標準支架高度為14 m，5 組3.0 m×3.0 m 門式支架，主管形式分別為Φ420×12 mm、Φ630×12 mm，標準高度為13.5 m、18 m 和21 m，如圖7 所示。

圖7 第三聯鋼箱梁支架布設圖

3 臨時支撐的施工計算

3.1 最危險工況分析

經分析，第一聯和第三聯鋼箱梁中的支架承受的荷載最大。在第一聯中承受最大荷載的支架為3.0 m×3.0 m 門式支架（編號ES-ZJ4），其跨中承受的荷載最大為97 t，即970 kN；第三聯鋼箱梁中承受最大荷載的支架為1.5 m×1.5 m 的并排格構柱式支架（編號ESZJ25），其承受上部鋼箱梁傳遞的自重荷載103 t，即1030 kN。施工活荷載約25.5 t，即255 kN；承受的鋼箱梁橫橋向受風面積的風荷載約1.5 t，即15 kN。

工況的選定：第一，對于支架ES-ZJ25，偏安全考慮1 列6 m+6 m+3 m 支架承受1/2 的鋼箱梁自重荷載及施工活荷載，承受全部估算的風荷載；第二，對于支架ES-ZJ4 分為2 種情況，即考慮荷載在簡支梁的中部和端部2 種情況。

3.2 計算結果

對于支架ES-ZJ25，通過施工模擬計算得到其最大應力為σ=143MPa≤[σ]=305MPa，最大變形u=11mm≤[u]=15mm，均滿足相關規范要求，其應力及變形云圖如圖8所示。

圖8 支架ES-ZJ25 應力與變形云圖

對于支架ES-ZJ4，通過施工模擬計算分別得到最大應力為σ1=105Mpa≤[σ]=305Mpa，最大變形u1=36mm≤[u]=53 mm，最大應力為σ2=98 Mpa≤[σ]=305 Mpa，最大變形u2=21 mm≤[u]=53 mm，均滿足相關規范要求，其應力及變形云圖如圖9、圖10所示。

圖9 支架ES-ZJ4 應力與變形云圖（跨中荷載）

圖10 支架ES-ZJ4 應力與變形云圖（端部荷載）

4 結束語

該高架體系是城市交通網絡系統中的重要組成部分，是惠及民生的重要工程，受到政府和人民的高度關注，施工過程要合理安排、精準規劃，避免施工質量和安全事故的發生。在施工過程中，充分地考慮了現場施工條件和結構自身的條件，對臨時支撐的選型和布設進行了技術分析，選定了1.5 m×1.5 m、2.0 m×2.0 m 并列格構柱支架和3.0 m×3.0 m 的門式支架系統，通過合理的布設克服了自然人文條件的限制，且通過對現場施工仿真數值模擬的應力及變形結果來看，整個施工過程安全可靠，可以保證施工的順利進行。