公铁合建桥双层门式墩钢管支架施工方案优化

中铁十二局集团第三工程有限公司，山西 太原 030024

近年来铁路客运专线建设取得了跨越式发展，新建线路与既有线路交叉变得越来越普遍，城市土地稀缺及桥梁建设用地的紧张日益突显，双层桥梁因能有效节约土地必将成为桥梁发展的趋势。西江特大桥中山公铁合建段将南沙港铁路和广中江高速公路两条线路并线段组合施工，解决了线路小角度交叉的问题，并减少了建设施工用地。

文章以公铁合建段双层门式墩支架体系为例，通过分析支架施工方案，对过程中支架方案的优化进行简单分析，确保在安全、质量可控的前提下，快速完成盖梁的施工。

1 工程概况

门式墩双层布置，下层为铁路墩柱、铁路盖梁，上层为公路墩柱、公路盖梁，左右幅墩柱中心净跨度为25m。公路盖梁尺寸为2.5m×3.0m，盖梁顶距地面高为30m。

2 方案优化

2.1 支架方案

铁路盖梁下面布置10cm×10cm方木，间距设置为25cm，方木下面采用I10的分配梁，分配梁下布置间距为60cm×30cm，高度为90cm的脚手架，脚手架放置在I20a的工字钢上面，盖梁采用I63a工字钢作为主梁，间距30cm，主梁通过双拼I63a的工字钢支撑在φ610mm，厚度t=7mm的钢管支墩上，横向布置6排钢管支墩，每排各布置2根，间距为250cm。垂直线路方向分为三跨，第一跨和第三跨长度均为5.75m，第二跨（中间跨）长度为10.5m（由于公铁合建段门式墩的下部为地方公路园林路，为考虑地方车辆的通行及防护棚搭设的净高和净宽，采用双拼I63a工字钢作为主梁）。支架搭设情况如图1所示。

图1 原设计支架方案（单位：cm）

铁路盖梁中间跨4排钢管打入地表以下，上部荷载通过工字钢传递至钢管，靠钢管端尖承载力和钢管摩擦力共同承受上部荷载。

公路盖梁支架体系左右外侧各增加2排钢管桩，内侧安装在承台上，外侧钢管打入地表以下，其余与铁路盖梁相同。

2.2 贝雷梁支架优化外侧钢管

公路盖梁施工主梁采用工字钢，与贝雷梁相比较，工字钢安装拆除吊装拆次数是贝雷梁吊装次数的4倍，吊车吊装过程越长对地面交通影响越大，风险加大；悬挑最外侧钢管需打入地表以下，地表正下方4m为电力管线，场地受限；钢管桩打入地表的费用比在地表安装的费用高，因此决定优化方案。盖梁采用8片单层双排的321不加强贝雷梁作为分配梁代替I63a工字钢主梁，悬挑部分同样采用剪力较大的贝雷梁做主梁，采用单排钢管桩承载上部荷载，可减少最外侧一排钢管柱安装。外侧悬挑通过在贝雷片上方搭设I63a的工字钢，其余与中间跨相同。

2.3 贝雷梁支架优化内侧钢管

公路盖梁第2跨到第6跨支架间跨度为19m，钢管间跨度小，设计不经济，因此需优化方案。调整公路盖梁支架内侧铁路盖梁上方的钢管桩间距，铁路盖梁上方钢管柱由原来4排调整为3排，总排数由原设计8排钢管柱调整为7排钢管柱。支架搭设情况如图2所示。

图2 贝雷梁支架方案优化内侧支架（单位：cm）

3 方案验算

3.1 荷载设计值

根据《路桥施工计算手册》，考虑新浇筑钢筋混凝土、模板、施工人员、施工设备的重量，以及浇筑混凝土时倾倒产生的冲击荷载进行全横截面计算，横截面上长度为L=3m,取模板的纵向每延米宽度为B=lm，跨中平直段混凝土面积A1=7.5m2，可得跨中总荷载的设计值为S1=94.4kN/m；悬挑段混凝土面积取A2=9m2，悬挑端总荷载的设计值为S2=111.3kN/m。

3.2 工字钢支架方案

对支架构件强度进行验算，包括模板刚度验算、方木强度验算、分配梁工字钢强度验算、脚手架承载力验算、主梁工字钢强度验算、钢管立柱承载力及打入地表深度验算。

对盖梁支架跨距最大处及悬挑段主梁的强度和挠度进行验算，上部荷载通过工字钢与碗扣架传递至主梁，计算主梁受力情况，主梁受力简化为均匀荷载。

（1）中间段：主梁为10榀I63工字钢，间距0.3m，跨径l=10.5m，主梁上方工字钢及碗口架自重q1取2kN/m，截面抵抗矩Wi63=3249cm3，钢材容许应力取[σ]=210MPa，弹性模量E=2.1×105，截面惯性矩I=1.02×105cm4。

（2）悬挑端：主梁为I63工字钢，间距为0.8m，跨径l=2.64m。

通过上述计算，可知中间段与悬挑段弯矩及挠度均满足规范要求。

3.3 贝雷梁支架优化外侧钢管方案

盖梁采用8片单层双排的321不加强贝雷梁作为分配梁代替原来10根I63a工字钢主梁，悬挑部分利用盖梁外侧防护双排贝雷梁做主梁。

悬挑端：主梁为双排321不加强贝雷梁，中心距为4.89m，上方工字钢、碗口架及自重q1取2kN/m，对悬挑支架变化部位主梁进行验算，计算主梁受力简化为均匀荷载。双排单层不加强贝雷梁抵抗矩[W]=7157cm3，弯矩[M]=1576.4kN·m。

受力分析如图3所示。

图3 悬挑端主梁受力简图（单位：cm）

3.4 贝雷梁支架优化内侧钢管方案

盖梁采用8片单层双排的321不加强贝雷梁作为分配梁代替原来10根I63a工字钢主梁，间距1m，最大跨径5m，计算主梁受力简化为均匀荷载。

贝雷梁按照均匀荷载339.9kN/m进行计算，双排单层不加强贝雷梁容许荷载[Q]=490.5kN/m，浇筑盖梁整体时为贝雷片最不利情况，简化为三不等跨连续梁受力分析。

悬挑端：最大荷载Q1=0.38×5×339.9=645.8kN/m，安全系数K1=2×490.5÷645.8=1.52＞1.2。

中间段：最大荷载Q2=0.6×5×339.9=1019.7kN/m，安全系数K2=4×490.5÷1019.7=1.92＞1.2。

可得，贝雷片作为分配梁强度满足规范要求。

4 结论

通过西江特大桥中山公铁合建段盖梁支架方案优化的施工实例，得出以下结论：（1）钢管桩支撑法因其施工简单且安全系数高，常作为桥墩盖梁施工方法，但钢管桩成本较高，因此施工过程中对方案的优化就显得更为重要。（2）通过两次方案优化，减少了钢管桩支架体系施工成本，缩短了搭设周期。此外，对抱箍施工法、托架法等施工方法进行比选，抱箍法由于上部荷载较大，强度不容易满足；托架法施工墩身承受的弯矩较大，预埋钢板量大且焊接要求高，后期墩柱外观处理质量难保证。因此，从成本、工期、安全等多方面考虑，并结合工程实际情况，最终决定采用钢管支架方案。（3）支架搭设需严格按照方案施工，但要根据盖梁场地的实际情况对支架方案在验算满足的前提下及时进行优化，从而减少成本、节约工期。

通过该工程优化实例，希望能为类似工程提供一定的借鉴。