■周惠平

（福建省第一公路工程公司，泉州　362000）

泉州市區(qū)坪山路跨刺桐大橋江濱北路立交橋支架設(shè)計(jì)

■周惠平

（福建省第一公路工程公司，泉州362000）

鋼管支架在互通立交橋現(xiàn)澆梁施工中使用十分廣泛，但在跨越保暢通線路施工時必須采用特殊設(shè)計(jì)方可使用。本文跨線立交橋鋼管支架采用貝雷梁和Ⅰ56a工字鋼組合設(shè)計(jì)方案，保證了施工中刺桐大橋的正常運(yùn)營，并降低了該跨線立交橋施工風(fēng)險。考慮刺桐大橋通行的支架凈空要求和支架的架設(shè)安全，對鋼管支架構(gòu)件進(jìn)行受力穩(wěn)定驗(yàn)算，從而消除支架不合理設(shè)計(jì)而產(chǎn)生支架失穩(wěn)事故，預(yù)防人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險，為同類工程支架設(shè)計(jì)提供參考。

支架設(shè)計(jì)穩(wěn)定驗(yàn)算施工方法

1　工程概況

泉州市區(qū)內(nèi)環(huán)路坪山路C匝道由北向南跨越江濱北路，是銜接刺桐大橋的立交匝道橋。本匝道橋共有六聯(lián)，其中C9～C13為第四聯(lián)。C匝道主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，單箱雙室箱形斷面，C9～C10跨箱梁高度由1.6m變?yōu)?.2m，C10～C12跨箱梁高為2.2m，C12～C13跨箱梁高度由2.2m變?yōu)?.6m，箱頂寬10.4m，底寬6.4m，翼板長度2m。該匝道C9～C10上跨刺桐大橋，跨徑34m；C10～C11為滯洪區(qū)，跨徑34m；C11～C12上跨江濱北路，跨徑40m；C12～C13落在江濱體育公園，跨徑34m；全聯(lián)落在半徑為104.35m的圓曲線內(nèi)，C11處為最高點(diǎn)，橋面標(biāo)高19.33m，原地面標(biāo)高約為4.0m。主梁采用C50砼，用量1122.72m3，全聯(lián)鋼筋用量220t，鋼鉸線用量32t。

2　支架設(shè)計(jì)方案

因C匝道第四聯(lián)橫跨刺桐大橋和江濱北路，是該匝道橋重要施工聯(lián)跨。以本聯(lián)支架設(shè)計(jì)為主，闡述具體的方案設(shè)計(jì)。

⑴第一跨（C9～C10）上跨刺桐大橋支架施工方案：主梁平行于內(nèi)狐弦線布置，底寬6.4m范圍內(nèi)采用10組Ⅰ56a工字鋼作主梁，翼板采用一組1.5m支撐架貝雷片，主梁下凈高為4.5m。橋?qū)?0.4m在刺桐橋方向?yàn)?2.3m，刺桐橋兩側(cè)用7根Φ325 mm×6mm鋼管作支墩，刺桐橋中央分隔帶加設(shè)9根Φ426 mm×8mm鋼管支墩，支墩鋼管用振動錘振入，激振力滿足45t以上，支墩橫梁采用一組Ⅰ25a工字鋼。

⑵第二跨（滯洪區(qū)上的C10～C11，填筑成陸地）和第四跨（C12～C13）每跨支墩為6排，每排6根Φ325 mm× 6mm鋼管，橫梁為一組Ⅰ25a工字鋼，主梁為10排貝雷片。原地面整平、壓實(shí)后澆注砼基礎(chǔ)，每條基礎(chǔ)高為0.5m、頂寬1.0m、底寬1.2m、橫向?qū)挾葹?1.4m，鋼管立在砼基礎(chǔ)上，每兩排鋼管連成整體。

⑶第三跨（C11～C12）跨江濱北路支墩布置：墩位處各設(shè)一排支墩、沿江濱路行車道外邊緣各布置一排支墩、滯洪墻和江濱路行車道交界處（江濱路分隔帶）各設(shè)一排支墩、共設(shè)6排支墩，每排支墩有6根Φ325mm×6mm鋼管，橫梁為一組Ⅰ25a工字鋼。主梁為10排貝雷片，貝雷片安裝時墩位對齊、跨中相錯，主梁下凈空為10m。鋼管基礎(chǔ)同⑵陳述，江濱北路行車道上的砼基礎(chǔ)在車流行進(jìn)方向加設(shè)船型導(dǎo)流島。

3　施工方法

3.1支架基礎(chǔ)處理

第一跨跨刺桐橋鋼管落在地基上時，采用DZ50型振動錘振入，上鋪一組Ⅰ25a工字鋼作為橫梁。其它鋼管基礎(chǔ)直接座落于原地面上，要求基底承載力不得小于200kPa，為確保支架結(jié)構(gòu)安全，對承載力不能滿足要求的基底必須進(jìn)行加固處理，整平、壓實(shí)后澆筑0.5m高×1.2m寬的C20條形基礎(chǔ)作為鋼管支墩基礎(chǔ)。

3.2貝雷片支架搭設(shè)

每兩排支墩連成整體，支墩橫梁橫坡與橋面橫坡一致，在橫梁上安裝貝雷縱梁，貝雷主梁為4組1.5m支撐架和一組0.45m支撐架 （布置在橋中線），組間間距為0.94m，組間每3m設(shè)置一道橫向聯(lián)系，以保證縱梁整體穩(wěn)定。每跨貝雷片在跨中斷開，橋墩處對齊，跨中相錯，貝雷縱梁采用兩排一組在地面上組拼完成后由QY-25汽車吊裝進(jìn)行安裝，安裝完成后應(yīng)及時加固。

3.3Ⅰ56a工字鋼主梁的架設(shè)

工字鋼按兩跨進(jìn)行施工，安裝時平行于內(nèi)狐弦線，在橋下每兩片聯(lián)成一組，安裝時需占用刺桐大橋兩個車道，留一車道保持正常通車，用QY-25汽車吊吊上支墩。

3.4支架安裝質(zhì)量、安全要求

支架搭設(shè)作業(yè)人員必須具有相應(yīng)的資質(zhì)進(jìn)行作業(yè)，作業(yè)人員進(jìn)入現(xiàn)場均必須按要求配戴勞動保護(hù)用品，支架安裝必須嚴(yán)格按規(guī)范及構(gòu)造要求搭設(shè)，搭設(shè)過程中要及時設(shè)置斜撐及必須的拉繩，避免搭設(shè)過程中發(fā)生偏斜及傾倒，臺風(fēng)，大雨過后應(yīng)及時對支架進(jìn)行檢查，支架安裝完成后應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可使用。

3.5支架的拆除方案

卸模和調(diào)整標(biāo)高以12×12×16cm三角楔木進(jìn)行，木模板拆運(yùn)以人工為主，集中一堆后輔以吊車移運(yùn)。貝雷桁架主梁最大跨徑12m，每一組重量約為3t，翼板處貝雷組直接用25t吊車吊到地面，卸貝雷梁時需拉風(fēng)纜以控制方向，箱梁腹中貝雷片先用葫蘆掛在支墩鋼管上的橫梁橫移貝雷片至翼板處，再用吊車吊至地面。貝雷桁架主梁拆除后即進(jìn)行支墩鋼管的拆除，拆除鋼管需等吊點(diǎn)綁好、吊車受力后方可拆除約束構(gòu)件。C匝道跨刺桐大橋Ⅰ56a工字鋼橫移及卸吊方法同貝雷片支架的拆除。

4　主要支架構(gòu)件受力驗(yàn)算分析（按最不利）

4.1計(jì)算荷載

⑴箱梁砼自重荷載：砼容重γ=25kN/m3。

⑵施工均布荷載取1.5kN/m2。

⑶振搗混凝土產(chǎn)生的荷載取2.0kN/m2。

⑷模板荷載：模板采用竹膠板和方木組合，包括底、內(nèi)、側(cè)模板，模板荷載換算取值為1.0kN/m2。

4.2模板驗(yàn)算

4.2.1模板驗(yàn)算分析

底模支承在楞木上，按三等跨均布荷載作用連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。為簡化計(jì)算并滿足精度要求，兩層楞木按簡支梁和均布荷載進(jìn)行驗(yàn)算。模板結(jié)構(gòu)皆以強(qiáng)度和剛度兩個方向計(jì)算需要的最大厚度。

橫梁實(shí)心部分以C10中橫梁（6.4m×2.5m×2.2m）為最不利進(jìn)行驗(yàn)算，背木及方木間距為：10×14cm方木間距為20cm、最大跨徑為132cm；5×10cm背木間距為20cm、跨徑為20 cm；竹膠板受力跨徑為20cm。

除橫梁實(shí)心部分外 （按全橋最大荷載聯(lián)C9～C13進(jìn)行驗(yàn)算）背木及方木間距為：10×14cm方木間距為60cm、最大跨徑為132cm；5×10cm背木間距為30cm、跨徑為60 cm；竹膠板受力跨徑為25cm。

4.2.2以全橋最大聯(lián)C9～C13進(jìn)行模板驗(yàn)算

⑴高強(qiáng)度竹膠板（板厚t=15mm）驗(yàn)算

E=12×103MPa

I=bh3/12=25×1.53/12=7.031cm4

W=bh2/6=25×1.52/6=9.375cm3

q=（1.0×1.2+25×1122.72/10.4/142×1.2+1.5×1.4+2.0× 1.4）=28.907×0.25

=7.23kN/m

M=qL2/8=7.23×0.252/8=0.0565kN·m

σ=M/W=0.0565×106/（9.375×103）=6.02MPa＜［σ］= 11MPa，滿足要求。

f=0.677qL4/100EI=（0.677×7.23×0.254）/（100×6×103× 8.438×10-8）=0.378mm＜L/400=0.625mm，滿足要求。

⑵5×10cm背木驗(yàn)算

W=bh2/6=0.05×0.12/6=8.33×10-5m3

I=bh3/12=0.05×0.13/12=4.17×10-6

q=28.907×0.3=8.672kN/m

M=qL2/8=8.672×0.62/8=0.39kN·m

馬尾松容許抗彎應(yīng)力［σ］=12.0MPa，彈性模量E=9× 103MPa

σ=M/W=0.39×106/（8.33×10-5×109）=4.68MPa＜［σ］= 12MPa，滿足要求。

f=5qL4/384EI=（5×8.672×0.64）/（384×9×103×4.17×10-6）= 0.39mm＜L/400=1.5mm，滿足要求。

⑶10×14cm方木驗(yàn)算

W=bh2/6=0.1×0.142/6=3.27×10-4m3

I=bh3/12=0.1×0.143/12=2.29×10-5

q=28.907×0.6=17.344kN/m

M=qL2/8=17.344×1.322/8=3.778kN·m

馬尾松容許抗彎應(yīng)力 ［σ］=12MPa，彈性模量E=9× 103MPa

σ=M/W=3.778×106/（3.27×10-4×109）=11.55MPa＜［σ］= 12MPa滿足要求。

f=5qL4/384EI=（5×17.344×1.324）/（384×9×103×2.29×10-5）=3.32mm≤L/400=3.3mm，滿足要求。

4.3跨刺桐大橋Ⅰ56a工字鋼主梁驗(yàn)算

C匝道第四聯(lián)第一跨跨刺桐大橋Ⅰ56a工字鋼 （計(jì)算跨徑14.5m）布置間距：平行C9～C10內(nèi)弦線布置，刺桐橋兩側(cè)及跨中加設(shè)支墩，按腹梁寬6.4m全寬布置（沿刺桐橋?qū)挾葹?.6m），每兩根工字鋼連接成一組，共10組20排工字鋼，組間間距中對中0.8m。翼板布置一組1.5m支撐架貝雷片。

4.3.1跨刺桐大橋Ⅰ56a工字鋼主梁驗(yàn)算分析

⑴Ⅰ56a工字鋼按簡支梁和均布荷載，從強(qiáng)度和剛度兩個方向進(jìn)行驗(yàn)算。

⑵跨中位置采用Φ426×8mm鋼管，沿刺桐大橋方向按12.3m寬度共布置9根，按高度17m進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。

⑶跨中鋼管頂一組Ⅰ25a工字鋼橫梁，刺桐橋方向橋?qū)?2.3m，9根鋼管，Ⅰ25a工字鋼跨徑為1.5m，跨中支墩橫梁上共有40排Ⅰ56a工字鋼，工字鋼間距為0.20m，按均布荷載簡支梁進(jìn)行驗(yàn)算。

⑷C9、C10墩側(cè)6根Φ325×6mm鋼管，按高度9m進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。

4.3.2跨刺桐大橋Ⅰ56a工字鋼主梁驗(yàn)算過程

⑴Ⅰ56a工字鋼驗(yàn)算

q=（1.0×1.2+25×1122.72/10.4/142×1.2+1.5×1.4+2.0× 1.4）×14.5×6.4/20/14.5+1.063×1.2=28.907×14.5×6.4/20/ 14.5+1.0627×1.2=10.525kN/m

M=ql2/8=10.52×14.52/8=276.610kN.m

RA＝RB＝ql/2＝10.525×14.5/2

＝76.306 kN

σ=M中/KW=276.610/2342.31×1000

=118.093MPa＜［σ］=145 MPa，符合要求。

т＝Q/d/h=76.306/12.5/560×1000

＝10.901＜［т］=85MPa，符合要求。

f=5qL4/384EI=（5×10.525×14.54）/（384×2.1×105×65576× 10-8）=35.48mm＜L/400

=36.25mm，撓度可滿足要求。

綜上，Ⅰ56a工字鋼受力符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

⑵跨中位置鋼管穩(wěn)定性驗(yàn)算

q=28.91×14.5×10.4+1.063×1.2×14.5×20=4728.995kN

N＝4728.995/9＝525.44kN

I＝πD4/64－πd4/64＝22953c

A＝π（D2－d2）/4＝105.1cm2

i＝（I/A）1/2＝0.148m，（μ取1）則

λ＝μL/i＝17/0.110=115.04＜［λ］=150

則查表并內(nèi)插得：φ＝0.478

則σ＝N/（ΦA(chǔ)）

＝525.44×1000/（0.478×105.1×100）＝104.59MPa＜［σ］＝215 MPa

綜上，鋼管穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

⑶跨中Ⅰ25a工字鋼橫梁荷載驗(yàn)算

q＝4728.995/12.3/2＝192.236kN/m

M中=PL2/8＝192.236×1.52/8

＝54.066kN·m

RA＝RB＝PL/2＝192.236×1.5/2＝144.177 kN

σ=M/W=54.066/401.4×1000=134.694 MPa＜［σ］=145 MPa，符合要求。

т＝Q/d/h=144.177/8/250×1000＝72.1＜［т］=85MPa，符合要求。

f=5qL4/384EI=（5×192.236×1.54）/（384×2.1×105×5017× 10-8）=1.203mm＜L/400=3.75mm，撓度滿足要求。

綜上，Ⅰ25a工字鋼受力符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

⑷墩位鋼管穩(wěn)定性驗(yàn)算

q=4728.995/2=2364.498kN

N＝2364.498/6＝394.083

I＝πD4/64－πd4/64＝3781c

A＝π（D2－d2）/4＝42.1cm2

i＝（I/A）1/2＝0.0948m，（μ取1）則

λ＝μL/i＝9/0.0948=94.94＜［λ］=150

則查表并內(nèi)插得：φ＝0.616

則σ＝N/（ΦA(chǔ)）

＝394.083×1000/（0.616×42.1×100）

＝151.97 MPa＜［σ］＝215 Mpa

綜上，鋼管穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

4.4跨江濱北路貝雷片主梁跨驗(yàn)算

以C匝道第四聯(lián)第三跨（最大跨徑）跨江濱北路貝雷片支架驗(yàn)算，跨徑40m，布置6排鋼管，從11號墩至12號墩軸線起至鋼管軸線尺寸分布為1.0m+4m+10.3m+ 9.5m+10.2m+4m+1.0m，受10cm×14cm主方木的受力情況制約，10.4m橋梁寬度布置10排貝雷片，貝雷片計(jì)算跨徑為10.3m。

4.4.1跨江濱北路貝雷片主梁跨驗(yàn)算分析

⑴貝雷片桁架按簡支梁和均布荷載，從強(qiáng)度和剛度兩個方向進(jìn)行驗(yàn)算。

⑵鋼管頂一組Ⅰ25a工字鋼橫梁按集中荷載簡支梁進(jìn)行驗(yàn)算。橋?qū)?0.4m，6根鋼管，Ⅰ25a工字鋼計(jì)算跨徑為1.81m，橫梁承受貝雷片傳力跨度最大為10.3m，集中力按10片貝雷片均攤，Ⅰ25a工字鋼受力情況分為兩種，一是一個集中力在跨中，一是一組貝雷片在跨中（見支架布置示意圖）。

⑶6根Φ325×6mm鋼管支墩按高度9m進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。

4.4.2跨江濱北路貝雷片主梁跨驗(yàn)算過程

⑴貝雷片桁架驗(yàn)算

q=（1.0×1.2+25×1122.72/10.4/142×1.2+1.5×1.4+2.0× 1.4）×10.3×10.4/10/10.3+0.9×1.2=28.91×10.3×10.4/10/ 10.3+0.9×1.2=31.143kN/m

M中=ql2/8=31.143×10.3×10.3/8

=412.999kN·m

RA＝RB＝ql/2＝31.143×10.3/2

＝160.387kN

σ=M/W=412.999/3570×1000=115.686 MPa＜［σ］= 273MPa，符合要求。

Qmax=RA=RB＝160.387＜［Q］=245.2kN，符合要求。

綜上，貝雷片桁架受力符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

⑵Ⅰ25a工字鋼橫梁荷載驗(yàn)算

P＝31.143×10.3/2＝160.386kN

Ⅰ25a工字鋼跨徑為1.81m，一個集中力P＝160.386kN荷載在跨中。

M中=PL/4＝160.386×1.81/4

＝72.575kN·m

RA＝RB＝P/2＝160.386/2＝80.193kN

Ⅰ25a工字鋼跨徑為1.81m，二個集中力（間距0.45m）P＝160.386kN荷載在跨中。

M中=P/L（2c+b）×a

＝160.386/1.81×（2×0.68+0.45）×0.68

＝109.062kN·m

RA＝RB＝P（2c+b）/l

＝160.386×（2×0.68+0.45）/1.81

＝160.386kN

σ=M大/kW

=109.062/2/401.4×1000=135.853MPa＜［σ］=145MPa，符合要求。

т＝Q/d/h=160.386/2/10.5/400×1000

＝19.094＜［т］=85MPa，符合要求。

f=Pa［（2a+c）l2-4a2l+2a3-a2b-c3］/（6EIL）

=160.386×0.68×［（2×0.68+0.68）×1.812-4×0.682×1.81+ 2×0.683-0.682×0.45-0.683］/（6×2.1×105×17577.7×10-8×1.81）= 1.017mm＜L/400=4.525mm，撓度可滿足要求。

綜上，Ⅰ25a工字鋼受力符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

⑶鋼管穩(wěn)定性驗(yàn)算

N＝160.386×10/6=267.31kN

I＝πD4/64－πd4/64＝3781c

A＝π（D2－d2）/4＝42.1cm2

i＝（I/A）1/2＝0.0948m，（μ取1）則

λ＝μL/i＝9/0.0948=94.94＜［λ］=150，查表并內(nèi)插得：φ＝0.616則σ＝N/（ΦA(chǔ)）

＝267.31×10/6×1000/（0.616×42.1×100）

＝171.791MPa＜［σ］＝215MPa

綜上，鋼管穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

5　結(jié)語

泉州市區(qū)刺桐路刺桐大橋和江濱北路承擔(dān)著城市交通和過境線路的雙重作用，車流量較大，C匝道第四聯(lián)橫跨上述兩條路，交通布控和施工管制是保證立交橋按期保質(zhì)施工和兩大道路正常運(yùn)營的前提和保障。刺桐大橋?yàn)殡p向六車道城市橋，橋?qū)捰?8m，若采用雙層貝雷片梁全幅支架，主梁高度將達(dá)3m，滿足不了刺桐大橋的通車凈空要求，同時大跨度的支架施工架設(shè)難度較大，架設(shè)拆除施工期間需對刺桐大橋進(jìn)行全封閉施工。通過現(xiàn)場勘察，對原刺桐大橋中央分隔進(jìn)行挖除，用激振力滿足45t以上的振動錘振入9根Φ426mm×8mm鋼管作為中央支墩，支架主梁跨徑由28m變?yōu)?4.5m，主梁采用Ⅰ56a工字鋼，既保證了刺桐大橋的通車凈空，施工期間又可保證刺桐大橋的正常運(yùn)營，也保證了施工安全，通過對支架局部構(gòu)件計(jì)算和穩(wěn)定分析可知，構(gòu)件受力均能滿足要求，可保證現(xiàn)澆箱梁的質(zhì)量要求，表明本方案為質(zhì)量可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、合理并切實(shí)可行的施工方法，可為類似工程的建設(shè)提供參考。

［1］周水興，何兆益，鄒毅松，等.路橋施工計(jì)算手冊.北京：人民交通出版社，2001.

［2］交通部第一公路工程總公司.橋涵公路施工手冊.北京：人民交通出版社，1993.