某机耕天桥支架设计优化与施工技术

孙方岛,张立军,袁新顺

(1.中交二航局第五工程分公司，武汉 430040；2.中交二航局建筑科技有限公司，武汉 430040；3.海工结构新材料及维护加固技术湖北省重点实验室，武汉 430040)

山海高速ZK24+272机耕天桥上部结构为下承式等截面二次抛物线拱桥，拱轴方程式为y=4fx(L-x) /L2，计算跨径L=35 m,计算矢跨比1/5，矢高f=7 m，拱肋高0.8 m，宽0.7 m，中间设3道横撑，横撑截面尺寸为0.5 m×0.5 m。吊杆采用直径32 mm的精轧螺纹钢、YGM 锚头，精轧螺纹钢设计强度σs=785 MPa。行车道板宽为9.4 m,厚为0.2 m，纵梁宽为0.8 m,高为1 m。吊杆之间为跨径2.4 m的连续板。桥面铺装为8～15.5 cm，整个行车道系纵向连续。

1 支架设计优化

原设计行车道系及拱肋采用满堂支架就地现浇，考虑到满堂支架影响路基交通通行，且需要较多的周转材料，支架搭设工期较长，从设计、施工、周转使用等各方面进行比较分析，对满堂支架进行优化设计，提出了钢管贝雷架+脚手架和型钢少支架+脚手架方案。支架分为行车道系支架和拱肋支架两部分[1]。

1)行车道系支架为钢管贝雷梁支架

桥面板下设置满堂支架，间距为0.8 m×1.2 m，步距0.5 m。底模板采取15 mm竹胶板，下设10 cm×10 cm纵向方木(@300 mm)。支架分配梁采用工20a(主横梁下方@600 mm，桥面板@800 mm)，主梁采用321型标准贝雷梁，桩顶主横梁采用双拼工45a，钢管立柱采用φ800×8 mm钢管，基础采用条形基础。行车道系支架设计如图1所示。

2)拱肋支架为型钢支架

底模板采用5 mm钢板，拱肋背带采用2条工20a，间距0.5 m，之间有工20连系；背带下设置工20a立柱，间距2.9～3.1 m，立柱端头设置预埋件。拱肋横撑采用满堂支架，横向间距1.2 m，步距0.6 m。拱肋支架设计如图2所示。

2 建模及验算

1)行车道系采用MIDAS CIVIL2015建立模型，钢管底部采用固结，分配梁中间采用铰接进行连接，即上层分配梁不传递弯矩至下层分配梁[2]，贝雷梁采用梁单元模拟，销轴孔连接处释放约束为铰接，计算模型如图3所示。

2)拱肋采用MIDAS CIVIL2015建立模型，立柱底部采用固结，计算模型如图4所示。

3)模型计算

模型按照极限状态法进行计算，验算结果见表1和表2。

由表1和表2可知，支架在工作状态下强度、刚度及稳定性满足设计及规范要求。

4)基础承载力计算 标准组合下，基础承载力即钢管桩所受反力情况，如表3所示。

表1 模板及支架立杆验算

表2 贝雷梁及拱肋支架验算

表3 钢管桩反力图

支架采用条形基础，条形基础底面尺寸为2 m×9 m，则条形基础地基承载力

结果表明，条形基础地基承载力满足要求。

3 支架搭设及预压

3.1 桥面系支架搭设

确定搭设少支架钢立柱条形基础的位置，清理条形基础内的浮土、泥浆及杂物，安装基础钢筋，浇筑条形基础，并安装预埋钢板。要求地基承载力大于250 kPa，如实际地基承载力不满足要求，需对地基进行处理，满足要求后再进行扩大基础的浇筑。

根据行车道系底标高与地面标高确定钢管立柱高度，将立柱及其十字劲板、卸荷块、双拼主横梁等提前加工焊接好备用。依据设计图纸安装各少支架部件，并在贝雷架上方铺设工20及10 cm×10 cm方木作为分配梁。双拼主横梁断续焊接在卸荷块上，贝雷架利用适量U型卡板固定在主横梁上，工20分配梁用适量U型卡板固定在贝雷架上，以保证支架整体稳定性。待少支架完成搭设后，在桥面板位置下方搭设脚手架作为桥面板施工支架，铺设10 cm×10 cm方木及木模板作为桥面板分配梁及底模板。为便于人员通行和安全防护，支架结构考虑搭设防护栏杆和安全爬梯，防护栏杆高度1.2 m，采用φ48 mm钢管通过φ60 mm套管固定在支架上。

3.2 拱肋支架搭设

拱肋底模采用5 mm不锈钢板、竹胶板作为侧模、工20作背带、工20作为立柱，工20背带提前在加工厂进行加工并预拼。支架型式为少支架，在行车道系上搭设支架，拱肋为钢筋混凝土结构，梁高0.8 m，宽0.7 m。为保证支架整体稳定，在高度较高位置立柱设置平联。工20立柱与预埋在行车道系中的钢板和工20背带满焊。

3.3 预压

支架预压目的是检验模板、支架的承载力及消除结构非弹性变形及其他不均匀沉降，取得支架弹性变形的实际数据，得出荷载-挠度曲线，调整预拱度[3]。观测断面设置在行车道系的支点、跨中、L/4、3L/4和特殊位置，每排在模板边缘设置观测点，观测点在支架顶面及基础顶面分别布置；预压荷载为支架承受荷载的1.1倍，预压加载分3级进行，每级加载值为预压荷载的60%、80%、100%，每级加载时，通过测量观测，无异常后进行下一级加载，分级卸载时应从顶层开始，逐层向下进行，严禁上下层同时拆除[4]。

4 行车道系及拱肋施工

4.1 行车道系施工

行车道系纵横梁及桥面板底模及侧模均采用竹胶板，底模下面设置方木，通过顶托来调节高度；钢筋在钢筋加工场下料、成型，用平板车运至现场，采用25 t汽车吊吊至作业面进行安装；行车道系两跨一次浇筑成型，采用两台37 m天泵从中间向两侧浇筑。混凝土浇筑前，仔细核对检查行车道系上预埋件的位置及数量，包括预应力锚垫板、吊杆预埋管及上部支架预埋件等。纵梁预应力采用公称直径15.2 mm无粘结预应力钢绞线，行车道系与拱肋混凝土浇筑完毕，强度达到90%以后、拱架卸架以前将预应力束一次张拉完毕，钢绞线张拉后管道内不再压浆。

4.2 拱肋施工

拱肋模板安装分两个阶段完成，第1阶段为底模安装，第2阶段为侧模及顶模安装。中间需安装钢筋及吊杆预留管道作业，支架搭设完毕验收合格后，采用吊车从拱脚到拱顶顺序逐块吊装拱肋模板，吊装就位的模板采取加固措施，确保稳定性，上块模板未加固安装前，不得安装下块模板。拱肋0#截面设置2.6 cm预拱度，按二次抛物线分配到各竖立截面。拱肋混凝土采用一次性浇筑成型，按左右两条拱肋，从拱脚向拱顶方向两端同步对称浇筑，混凝土采用插入式振捣器进行振捣，要求任意时刻两条拱肋4个拱脚间混凝土浇筑顶面高差不得超过1 m，以确保支架对称受力。混凝土对称浇筑时必须注意控制混凝土浇筑上升速度不超过2 m/h，拱脚部位宜放慢浇筑速度。在总体浇筑时间控制上，保证在拱脚混凝土初凝前完成拱肋混凝土浇筑。

吊杆共计104根，间距L=240 cm，JL32精轧螺纹钢，fpk=785 MPa，采用喷涂银灰金属(锌、铝)防护。拱肋混凝土强度达到设计强度90%以后，即可进行吊杆安装，采用人工配合汽车吊安装，吊杆的安装、张拉均应以跨中为对称，两根对应吊杆同时进行，吊杆分两次张拉，初张拉完成后即可对支架进行拆除，全桥支架拆除后进行第2次张拉[5]。利用高立柱之间的平联搭设拱肋上张拉施工平台，设置防护栏杆，在平联间搭设简易平台，满铺Φ16钢筋网片，纵横梁下方张拉平台利用跳板在贝雷架支架搭设。

5 支架拆除

拱肋和纵、横梁混凝土强度达到设计强度的100%，且吊杆进行初张拉后进行拱肋和纵、横梁支架的拆除。首先拆除拱肋支架，拆除拱肋支架按照由拱顶至拱脚的顺序依次循环卸落，然后拆除行车道系支架，按照由跨中向支座方向依次循环卸落，先进行卸荷装置卸落，再拆除侧、底模，然后依次拆除模板分配梁、贝雷梁和主横梁，最后拆除钢管立柱及扩大基础。

6 结 语

支架结构是建筑工程施工中使用较多的一种结构，不仅涉及施工的安全性，更关乎施工便捷性和施工成本。对ZK24+272机耕天桥满堂支架进行优化设计，使支架结构布局更合理，方便现场施工，提高了资源利用率，降低了施工成本，缩短了工期，确保了工程如期、安全完成。