柱-梁式高支架在跨线工程中的设计与应用

◇中铁二十三局集团有限公司 张 淋

某高速公路项目标段上设置有3处渡槽，墩高在25～32 m之间，面荷载35 kN/m2，且渡槽处于山谷垭口地段，风力强劲十足，如何保证施工过程的安全成为项目各责任方担心的问题。施工单位提出了四种方案并进行分析、计算，论证，决定采用钢管柱+贝雷梁支架方案，最终经过工程实践，证明钢管柱+贝雷梁高支架能安全、经济、快速解决这一疑难杂症。

目前，我国高速公路建设发展迅猛，路堑横断面极易阻碍当地原有道路通行及农灌沟渠的顺接，为确保高速公路的修建不影响当地居民通行及农业灌溉，通常需要设置横跨高速公路的天桥、渡槽等跨线工程，同时这类跨线工程通常具有跨径大、面荷载大、墩身高、安全风险高、工期要求紧等特点。传统的支架设计已无法满足此类工程的施工要求，因此设计一种安全可靠、简单适用的支架具有较高探索价值。

1 应用实例的渡槽工程概况

本工程位于德阳中江至遂宁高速公路项目某标段，该标段上设置有3处横跨高速公路的渡槽，渡槽所处地段均为中风化岩石路堑段，渡槽跨径均为24m+24m+24m+24m，墩柱均为独柱实心方墩，最大墩高32.71 m，上部结构为现浇简支结构，U型槽身最大尺寸为3.2 m×2.5 m，单片槽身方量74.4 m3，约重193 t，支架高度33.845 m、跨度24 m、施工总荷载35 kN/m2（属超过一定规模的危大工程）。

图1 K138+440渡槽总体布置图

图2 K138+440渡槽现浇支架侧立面示意图

2 方案选取

（1）方案一：盘扣式支架操作简单，但支架高度较大，迎风面积大，很难保证横向稳定性，且为满足高宽比不大于2，支架地基需要硬化且支架需要加宽或采取其他约束措施不利于成本和工期控制。

（2）方案二：钢管柱+贝雷梁支架整体受压、受弯能力好，横纵向稳定性有保障，安全系数高，采用机械吊装施工速度快，门式结构利于通行。

（3）方案三：托架+贝雷梁，由于墩身截面尺寸很小，渡槽荷载大，若施工过程中受到不平衡加载，支架稳定性无法保证，存在一定安全风险。

（4）方案四：移动模架施工速度较快，安全有一定保障，不影响通行，但很难租赁，购买费用较高。

综合考虑采用方案二钢管柱+贝雷梁支架并进行优化设计。

3 支架设计参数

以K138+440渡槽2号墩与3号墩单跨24 m为例，对各结构构件进行受力验算采取以下参数详见表1。

表1 支架参数表

4 施工工艺流程

地形利用及地基处理→钢管柱基础及管柱施工→放置砂筒→安装I56b工字钢分配梁→安装贝雷片纵梁→安装14#工字钢→安装方木→安装底模→缆风绳固定→支架预压→支架拆除。

5 施工方法及操作要求

5.1 地形利用及地基处理

由于跨线的天桥、渡槽设置于路堑地段，在开挖土石方时，按照设计坡比预留平台可以缩减支架的高度和体积，从而达到降低风险和节省成本并加快进度目的。

支架的地基与基础设计按照《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63）的相关规定执行，基础基坑开挖后，观察基底地质是否与设计相符（中风化砂岩）并及时检测地基承载力，保证支架基底地基承载力大于230 kPa（按基础尺寸7.8 m2验算），若承载力达不到要求，则根据实测承载力值采取扩大基础尺寸处理。

5.2 钢管柱基础及钢管柱身施工

钢管柱基础施工时尽量与既有承台连接一并浇筑，跨中基础单独浇筑，采用条形基础形式，单个条形基础尺寸为长6 m×宽1.3 m×厚1 m，砼标号采用C25。在每个管柱基础顶面预埋2 cm厚钢板，每个钢板预留16个螺栓孔位置与钢管柱法兰盘螺栓孔对齐，钢板平面尺寸80 cm×80 cm。钢管柱采用外径Ф609 mm，壁厚16 mm直缝钢管，与预埋钢板用地脚螺栓连接，钢管柱的竖向连接采用M24高强螺栓连接并设置加劲板，单跨设置6根钢管柱，2根为1组，共3组。钢管柱在胎架上连接好后采用吊车一次吊装到位，较高的立柱采用分次吊装到位，竖直度不大于H/1000，且小于30 mm，每根柱顶采用三根缆风绳调整垂直度及平面位置，并将此缆风绳作为横向稳定性加固措施与地锚固定牢固。两柱间用小抱箍、16#槽钢相互连接并与墩身锁墙杆连接牢固。每跨中设置一组2根钢管柱用小抱箍、16#槽钢设置剪刀撑连接牢固。大横杆采用16#槽钢，在墩身两侧顺桥向布置，并与钢管柱焊接，竖向间距10 m，锁墙杆采用16#槽钢呈矩形将墩身夹紧，并与大横杆焊接或采用打孔螺栓连接，竖向间距5 m。预留平台上跨中临时支墩钢管柱扫地杆距基础顶40 cm，采用I14工字钢将两侧钢管柱支墩连接成为整体相互支撑，防止平台边坡受竖向荷载传递产生滑塌。跨中两根立柱竖向间距不大于15 m设置一道水平剪刀撑与两侧墩柱旁的钢立柱连接。

5.3 砂筒安装

将钢管柱顶钢板与砂筒用螺栓连接并设置加劲板，单个砂筒设计承载100 t，外径426 mm，高度400 mm，采用20 mm厚无缝钢管制作。

5.4 安装I56b工字钢分配梁

安装双拼横桥向I56b工字钢（长6 m）并设置垂直于腹板的加劲板，间距1 m，2根工字钢拼接时采用跳焊，方便以后拆除，并在工字钢上标记出贝雷片位置，在翼缘板上焊接定位防滑块用于限制贝雷片外侧横向位移，并在内侧钻定位孔用于贝雷片分组安装时的临时固定。采用吊车将加工好的双拼工字钢吊装至砂筒上，并使用L型钢板与砂筒钢板用螺栓连接夹紧工字钢，作业人员直接搭乘专用高空作业车作为支架搭设阶段的高空落脚点及作业平台。

5.5 顺桥向贝雷片安装

考虑盖梁间净距为24-0.85×2=22.3m，贝雷架设置为单层4排，排与排用支撑架连接形成整体，纵向间距不大于3 m，各排端头必须连接牢固。贝雷梁单排纵向长度均为22.2 m，每排横桥向间距120 cm。每2排为一组在地坪上拼装完成后采用2台25吨吊车吊装至横向分配梁上，每组之间相互连接牢固，纵向间距不大于3 m。贝雷梁安设在工字钢顶部标出的位置上外侧抵紧防滑块，内侧用打孔槽钢在定位孔位置与工字钢连接并抵紧贝雷片。贝雷梁拼接后若与工字钢接触面有空隙，采用钢板楔紧贴合。贝雷梁在吊装时与盖梁间留有一定的空隙以方便拆卸，为防止预压或浇筑混凝土时支架整体位移，施工时采用[16槽钢打孔用螺栓与贝雷梁端部连接并与盖梁抵紧，并在盖梁上设置预埋件与[16槽钢连接以限制横纵向位移。

5.6 I14工字钢及方木、竹胶板底模安装

I14工字钢单根长度6 m，横桥向布置，纵向间距50 cm，用U形卡具将其与贝雷片锁定。方木采用一般木材，尺寸为10 cm×10 cm，横桥向间距20 cm，纵向布置，方木端头采用焊接钢筋的方式固定在I14工字钢上，限制其位移。底模采用1.5 cm厚竹胶板，平面尺寸1.22 m×2.44 m，用钢钉固定于方木条上。

5.7 缆风绳固定

支架搭设好后立即设置手拉葫芦+缆风绳以加强支架横向稳定性，缆风绳布置于贝雷梁上纵桥向间距6 m，两根呈倒V形为一组，单跨共设置6组，左右侧各3组。单跨每根跨中支撑立柱顶部布置3根缆风绳，平面呈120°布置，共6根，缆风绳与地平面夹角均控制在45°至 60°之间，采用手拉葫芦紧固，地锚锚于坚固岩层上。

5.8 支架预压

支架预压采用传统的沙袋法，在此就不必再赘述。

5.9 支架拆除

（1）落砂箱：两端所有砂箱同时均匀下落，防止分配梁不均匀下落变形，贝雷梁滑移。

（2）I14工字钢、方木：由人工配合机械拆除。

（3）贝雷架：贝雷支架采用手拉葫芦缓慢拖拉出槽底，2台吊车同时缓慢吊起贝雷架拆除。拖拉时设专人指挥，贝雷支架两端同时均匀拖拉，严禁仅一端拖拉，防止掉落。拖拉时首先横向分多次缓慢拖拉外移，以增强稳定性防止倾覆。拖拉贝雷架、起吊作业设专人指挥；拆除贝雷架作业前要检查吊车和钢丝绳的性能和安全性。

（4）I56b工字钢:解除约束后，由两台吊车在两端同时吊起卸落。

（5）钢管柱：人工拉缆风绳配合吊车卸落，避免钢管柱法兰盘碰撞变形。

（6）支架拆除阶段作业平台：根据现场地形采用专用高空作业车作为作业人员高空落脚点及作业平台。

6 安全防护措施

6.1 上下安全通道及作业平台

由于该渡槽墩身高度较高，从安全、进度、成本方面综合考虑，采用从专业厂家生产的附着式专用人行爬梯作为作业人员上下通道，设置于渡槽1号墩并附着于墩身，通道尺寸为3000 mm×1000 mm型（带楼梯），连墙件竖向间距不大于5 m，作业人员从1号墩安全通道到达支架作业平台。作业平台为定制组装钢构件，底板宽度1 m，护栏高度1.2 m，与I14工字钢连接稳固。

6.2 通道安全措施

（1）在距入口100 m处放置“前方施工，减速慢行”标志的灯箱，作业区与行车道间设置一排隔离水马，并贴反光条警示。

（2）柱梁支架前150 m开始设置车辆导流设施，并每隔50 m设置一道减速带，一侧预留平台顶部渡槽施工时，车辆从另一侧预留平台通道通行。

（3）柱梁支架下方搭设管棚并挂设安全防护网，防止施工杂物坠落伤及行人、车。

（4）在通行道两侧的防护支架侧面要悬挂整条夜间施工警示灯，作业区放置照明灯。

（5）柱梁支架及限宽杆均按要求设置反光贴及警示灯。

（6）在进出口处设置4.5 m高限高杆，支架下方设置防撞砂筒避免车辆撞击到支架。

（7）支架进、出口各设置一名交通协管员。

6.3 纵桥向安全吊索

在每个墩台盖梁顶部及墩身两侧各预留2根竖向Φ28吊环钢筋，每跨间纵向用Φ16钢丝绳搭配U型扣与墩台顶吊环钢筋连接，工人高空作业时，将安全绳悬挂于纵向吊索上。

7 监控监测要点

一是杆件的设置和连接，抱箍、连墙件、连接件等构件是否符合要求；二是连接件螺栓是否松动；三是架体是否有不均匀沉降，垂直度偏差；四是施工过程中是否有超载现象；五是安全防护措施是否符合规范要求；六是架体与构件是否有变形现象；七是地基是否有积水，底座是否松动，立杆是否符合要求；八是卸荷钢丝绳受力状态，有无松动现象；九是基础是否开裂沉降，产生位移；十是边坡是否出现位移、开裂、不稳定现象。

8 结语

从该项目的三个现浇渡槽支架的总体实施效果来看，结构设计简单，经济适用，支架结构的强度、刚度、稳定性均能满足受力要求，安全可靠，搭设、拆除过程主要采用机械化吊装施工，加快了施工进度。由此可见，该支架设计方案在超过一定高度和荷载的跨线工程上部结构施工中具有较高的应用价值，同时，该方案对较高的大跨径桥梁上部现浇结构支架的设计与应用也具有重要指导意义。