城區(qū)寬幅箱梁現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

梁厚遵，阮韜光

（中交四航局珠海工程有限公司，廣東 珠海 519080）

1 工程概況

橫琴長(zhǎng)隆市政項(xiàng)目人行天橋?yàn)?跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，橋長(zhǎng)85.6m，跨徑組合為2.9m（懸臂段）+21.0m+25.5m+24m+10.5m+1.5m（懸臂段）。橋梁設(shè)計(jì)使用年限50年，設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)，環(huán)境類別為Ⅱ類，抗震設(shè)防烈度按7度設(shè)防。

單幅箱梁采用單箱雙室預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，梁高1.5m，頂寬15m，底板寬10m，頂板厚0.25m，底板厚0.22m，腹板厚0.5m，橫隔梁厚1.5m。箱梁采用C50混凝土，鋼筋采用HPB300、HRB400級(jí)鋼筋，預(yù)應(yīng)力采用低松弛鋼絞線，fpk=1860MPa，公稱直徑為15.2mm，公稱面積為139mm2。

橫琴長(zhǎng)隆站前跨路人行天橋采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁跨越長(zhǎng)隆大道和富祥灣排洪渠，箱梁采用支架現(xiàn)澆法施工，支架結(jié)構(gòu)布置及設(shè)計(jì)計(jì)算為關(guān)鍵內(nèi)容。文章結(jié)合長(zhǎng)隆大道交通疏導(dǎo)、地下管線分布情況、排洪渠影響和箱梁結(jié)構(gòu)形式，合理布設(shè)箱梁現(xiàn)澆支架，采用Midas Civil有限元軟件設(shè)計(jì)計(jì)算，著重介紹支架布設(shè)關(guān)鍵技術(shù)、支架計(jì)算方法和受力分析注意事項(xiàng)等。

2 支架結(jié)構(gòu)形式

人行天橋第1跨箱梁現(xiàn)澆（包括內(nèi)頂模）采用碗扣式滿堂支架，支架材料采用φ48×3.5mm鋼管（頂部設(shè)頂托、底部設(shè)底托）、Ⅰ10a橫向分配梁、縱向10cm×10cm方木、1.8cm厚竹膠板；支架基礎(chǔ)采用貝雷梁和型鋼基礎(chǔ)。第2～4跨采用鋼管支架現(xiàn)澆，鋼管立柱采用φ630×10mm螺旋鋼管；橫向分配梁采用2Ⅰ36a，縱向分配梁采用單層雙排及三排貝雷桁架；橫向分配梁采用Ⅰ10，橫向分配梁上方鋪設(shè)10cm×10cm方木，方木上方鋪設(shè)1.8cm厚竹膠板；翼緣板處及內(nèi)頂模采用滿堂支架結(jié)構(gòu)形式；基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)或振樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。

3 支架設(shè)計(jì)計(jì)算方法

3.1 碗扣支架計(jì)算方法

（1）碗扣支架設(shè)計(jì)計(jì)算荷載取值。新澆筑混凝土自重NGK1：混凝土自重取26kN/m3；模板、方木及支撐楞自重NGK2：?jiǎn)挝幻娣e模板荷載取0.5kN/m2；支架自重NGK3：該工程支架采用1.2m的立桿，0.3m、0.6m、0.9m、1.2m的橫桿，桿件單位重量如表1所示；施工人員、機(jī)具荷載NQK1：?jiǎn)挝幻娣e均布荷載取1kN/m2；混凝土振搗荷載NQK2：?jiǎn)挝幻娣e均布荷載取2.5kN/m2；風(fēng)荷載Nwk：根據(jù)《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 166—2016）進(jìn)行計(jì)算取值。

表1 碗扣支架桿件單位重量表

（2）碗扣支架計(jì)算式。組合由風(fēng)荷載產(chǎn)生的附加軸力時(shí)，立桿軸向力分別按式（1）和式（2）進(jìn)行組合。

由以上兩種組合取最大值進(jìn)行驗(yàn)算。

3.2 鋼管支架計(jì)算方法

（1）設(shè)計(jì)計(jì)算荷載取值。①支架自重，Midas Civil添加計(jì)入，荷載作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取1.0；②模板荷載，自重按0.5kN/m2計(jì)算，荷載作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取1.2；③鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力筋重力，按26kN/m3取值，荷載作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取1.2；④施工人員和小型機(jī)具荷載，按1.0kN/m2取值，荷載作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取1.4；⑤振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載，按2.0kN/m2取值，荷載作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取1.4；⑥風(fēng)荷載，根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2015）取值，荷載作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取1.4。支架自重、模板荷載、鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力筋重力、施工人員和小型機(jī)具荷載、振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載、風(fēng)荷載取值如表2所示。

（2）荷載組合。從支架強(qiáng)度和支架剛度兩個(gè)方面計(jì)算，箱梁鋼管現(xiàn)澆支架荷載組合有以下兩種。①支架強(qiáng)度計(jì)算：支架自重+模板荷載+鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力筋重力+施工人員和小型機(jī)具荷載+振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載+風(fēng)荷載；②支架剛度計(jì)算：支架自重+模板荷載+鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力筋重力+風(fēng)荷載。

（3）計(jì)算模型。箱梁鋼管現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)計(jì)算采用Midas Civil有限元軟件整體建模計(jì)算。材料特性為A3鋼、16Mn，鋼管樁立柱、型鋼、貝雷架等均采用梁?jiǎn)卧?，整體坐標(biāo)系。立柱底部節(jié)點(diǎn)采用三向平動(dòng)約束，貝雷片間銷接處釋放梁端約束。

表2 箱梁鋼管現(xiàn)澆支架荷載取值一覽表

4 支架設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 支架基礎(chǔ)防傾覆及沖剪技術(shù)

根據(jù)支架模型受力計(jì)算，可計(jì)算出每根鋼管立柱豎向支點(diǎn)反力、水平力和彎矩，支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面。

（1）根據(jù)鋼管立柱豎向支點(diǎn)反力計(jì)算支架基礎(chǔ)地基承載力要求值，同時(shí)根據(jù)地基情況分析進(jìn)行沉降計(jì)算。

（2）根據(jù)鋼管立柱水平力和彎矩，適當(dāng)選擇基礎(chǔ)大小，防止支架搭設(shè)和現(xiàn)澆時(shí)發(fā)生傾覆，確保支架穩(wěn)定性符合要求。

（3）根據(jù)鋼管立柱豎向支點(diǎn)反力，對(duì)基礎(chǔ)沖剪進(jìn)行計(jì)算，按45°擴(kuò)散原則布設(shè)雙層基礎(chǔ)，并對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行配筋和混凝土標(biāo)號(hào)選擇。

（4）支架基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)置預(yù)埋鋼板與錨固筋，預(yù)埋鋼板厚度建議大于等于16mm，錨固筋根數(shù)和長(zhǎng)度應(yīng)按水平力和彎矩進(jìn)行計(jì)算。預(yù)埋鋼板應(yīng)與鋼管立柱圍焊+三角筋板固定，焊縫厚度建議大于等于8mm，以確保支架穩(wěn)定性。

4.2 支架基礎(chǔ)避開管線技術(shù)

支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)照設(shè)計(jì)管線圖紙，詳細(xì)了解地下管線走向，現(xiàn)場(chǎng)采用探槽方法探明管線實(shí)際走向，并與設(shè)計(jì)管線圖紙進(jìn)行對(duì)比，確保支架立柱基礎(chǔ)避開地下管線，避免造成支架支撐不足而垮塌。城區(qū)道路支架基礎(chǔ)布置時(shí)尤其要注意綠化帶、人行道、非機(jī)動(dòng)車道處的地下管線，采用逐樁開挖探明和換填處理，在條件有限的區(qū)域，采用鉆機(jī)鉆孔探明處理。支架基礎(chǔ)布設(shè)前，充分與交警部門溝通協(xié)調(diào)，提前做好交通疏導(dǎo)方案，支架基礎(chǔ)凈間距應(yīng)滿足車輛通行寬度要求。

4.3 支架落架方法技術(shù)

支架設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到長(zhǎng)隆大道場(chǎng)地影響、支架高度和貝雷梁縱橫移動(dòng)穩(wěn)固性，采用了懸吊+硬切割方法。落架前首先采用精軋螺紋鋼按4個(gè)吊點(diǎn)進(jìn)行懸吊，底部懸吊于2Ⅰ36a承重梁底部，頂部支撐于箱梁頂部。頂部單吊點(diǎn)采用2臺(tái)30t螺旋千斤頂支撐和下放，底部采用扁擔(dān)梁+螺帽錨固于2Ⅰ36a處。

支架拆除前，首先單幅單組長(zhǎng)區(qū)域?qū)?Ⅰ36a及以上承重結(jié)構(gòu)利用精軋螺紋鋼筋4點(diǎn)進(jìn)行懸吊，然后逐根挖槽割除鋼管立柱頂口30cm，然后采用千斤頂下放30cm至切割后的鋼管立柱槽口頂面，再將2Ⅰ36a與鋼管立柱點(diǎn)焊固定（便于貝雷縱橫遷移時(shí)鋼管立柱、2Ⅰ36a穩(wěn)固），再拆除底模板、Ⅰ10a分配梁，最后縱橫遷移貝雷桁架梁至翼緣板下方，采用吊車起吊拆除。

4.4 支架貝雷節(jié)點(diǎn)支撐技術(shù)

支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮了貝雷桁架梁支點(diǎn)位置須位于豎桿位置，尤其受力較大的支點(diǎn)應(yīng)布置在雙豎桿位置，避免出現(xiàn)貝雷支點(diǎn)位于斜桿下方位置時(shí)抗剪受力不符合要求帶來(lái)的剪切破壞。貝雷桁架單元桿件性能表如表3所示。

表3 貝雷桁架單元桿件性能表

4.5 支架建模節(jié)點(diǎn)技術(shù)

現(xiàn)澆支架采用Midas Civil有限元軟件整體建模時(shí)，應(yīng)考慮以下節(jié)點(diǎn)設(shè)置關(guān)鍵技術(shù)：

（1）分配梁Ⅰ10a與貝雷桁架梁支撐節(jié)點(diǎn)采用彈性連接，設(shè)置彈性剛度或采用剛性連接形式處理。

（2）貝雷桁架梁與2Ⅰ36a支撐節(jié)點(diǎn)采用彈性連接，設(shè)置彈性剛度或采用剛性連接形式處理。

（3）Ⅰ10a和2Ⅰ36a節(jié)點(diǎn)連接采用剛性連接。

（4）貝雷片之間連接處為銷接，采用釋放梁端約束，釋放單元一般為Y方向。

（5）鋼管立柱與2Ⅰ36a支撐節(jié)點(diǎn)連接可采用彈性連接或剛性連接。

（6）鋼管立柱底部節(jié)點(diǎn)采用了三向平動(dòng)約束。

4.6 支架貝雷梁斷開設(shè)置技術(shù)

支架在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到支架拆除便利，貝雷桁架梁布置時(shí)縱向不設(shè)通長(zhǎng)連續(xù)布置（如果貝雷通長(zhǎng)布置，貝雷拆除難度極大），而是采用12m、18m長(zhǎng)的單組布置，在鋼管立柱頂斷開布設(shè)。第2～4跨貝雷劃分為12m+12m+12m+18m+9m，Midas Civil有限元軟件按照縱向分段形式建模計(jì)算。

4.7 支架細(xì)部受力分析技術(shù)

利用Midas Civil有限無(wú)軟件建模計(jì)算時(shí)，除分析每個(gè)桿件部位的軸應(yīng)力、剪應(yīng)力、彎應(yīng)力、組合應(yīng)力、撓度和穩(wěn)定性外，還要對(duì)貝雷片的弦桿、豎桿和斜桿內(nèi)力進(jìn)行細(xì)部分析，以防應(yīng)力不超標(biāo)時(shí)弦桿、豎桿和斜桿內(nèi)力超標(biāo)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，橫琴長(zhǎng)隆市政項(xiàng)目人行天橋現(xiàn)澆箱梁采用支架現(xiàn)澆法施工，支架設(shè)計(jì)安全可靠，安拆方便合理，實(shí)施效果良好，可供后續(xù)其他類似項(xiàng)目箱梁現(xiàn)澆施工借鑒。