鄭 鵬 陳 華 陳 添 劉海亮 唐 達(dá)

中國(guó)建筑第八工程局有限公司西南分公司 四川 成都 610041

隨著我國(guó)城市基礎(chǔ)設(shè)施的蓬勃發(fā)展，在進(jìn)行城市基礎(chǔ)設(shè)施的建造和擴(kuò)能時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)新建橋梁跨越既有橋梁現(xiàn)象[1-3]。李文靜[4]、曹寧等[5]介紹了公路橋梁施工中現(xiàn)澆箱梁的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，楊平中等[6-8]結(jié)合工程實(shí)際對(duì)現(xiàn)澆箱梁支架受力情況進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了支架分布設(shè)計(jì)和驗(yàn)算介紹，得出了相關(guān)結(jié)論。

當(dāng)前對(duì)新建橋梁跨越既有橋梁的研究分析多采用門洞型支架，此類支架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工比較困難，且存在一定的安全隱患。

本文結(jié)合某城市立交橋改造項(xiàng)目，通過對(duì)支撐體系進(jìn)行受力分析和Midas數(shù)值模擬驗(yàn)算，介紹了在城市立交建設(shè)中新建橋梁跨越既有橋梁時(shí)滿堂架支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)。結(jié)果表明，在既有橋梁上搭建滿堂架的方式能很好地滿足施工要求，且滿堂架支撐搭設(shè)相對(duì)簡(jiǎn)便，降低了人員、機(jī)械設(shè)備投入，節(jié)約了成本，縮短了工期。

1 工程概況

背景項(xiàng)目為某城市立交改造工程，上跨橋梁為城市快速公交專用高架橋，最大跨徑30.5 m，橋梁縱坡3.9%，現(xiàn)澆箱梁為單室構(gòu)造，梁高1.75 m，最大橋面寬度10.5 m，腹板寬度6.5 m，翼緣板寬度2 m（圖1）。既有橋梁為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁結(jié)構(gòu)，跨徑35 m，每跨4片小箱梁，橋面寬12 m，橋梁縱坡4.9%。上跨橋梁與既有橋梁交角71°，既有橋梁距離地面高度9 m，距離上跨橋梁高度9.7 m（圖2）。

圖1 箱梁橫斷面（單位：cm）

2 支架方案設(shè)計(jì)

圖2 新建橋梁和既有橋梁立面關(guān)系

在跨越既有橋梁的現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計(jì)中，最常見的是用型鋼或者貝雷架結(jié)構(gòu)搭設(shè)的門型支架。當(dāng)新建橋梁跨越既有橋梁的跨徑較小時(shí)，采用工字鋼橫梁和鋼管立柱組成的門型支架；當(dāng)跨越既有橋梁的跨徑較大時(shí)，采用貝雷梁和鋼管立柱組成的門型支架。

而本項(xiàng)目既有橋梁加上兩側(cè)護(hù)欄寬約13 m，若采用貝雷梁支架體系，貝雷梁最小跨徑為14 m，最大長(zhǎng)度為21 m。根據(jù)上部荷載受力分析，貝雷梁支架必須加密設(shè)置（間距2 m），立柱所受壓力達(dá)到460 kN，須設(shè)置獨(dú)立基礎(chǔ)才能滿足承載力要求，施工成本較高；此外，根據(jù)橋梁位置關(guān)系，箱梁澆筑后貝雷梁處于2座橋梁之間，且橋梁兩側(cè)鄰近社會(huì)道路，作業(yè)空間狹小，貝雷架拆除比較困難，施工難度較大。

對(duì)此，通過對(duì)場(chǎng)地環(huán)境和橋梁結(jié)構(gòu)荷載受力分析，結(jié)合房建多層樓板連續(xù)支撐施工原理，確定了采用碗扣式滿堂支撐架進(jìn)行現(xiàn)澆箱梁的施工方案：在新建箱梁對(duì)應(yīng)地面和既有橋橋面區(qū)域搭設(shè)連續(xù)碗扣式滿堂支撐架，既有橋下同樣搭設(shè)碗扣式滿堂支撐體系，并與現(xiàn)澆箱梁支撐架形成一個(gè)整體。

該方案的優(yōu)點(diǎn)為支架受力比較均勻，小箱梁在橋上和橋下架體中間僅傳遞荷載，結(jié)構(gòu)應(yīng)力較小，經(jīng)過對(duì)支架體系桿件、基礎(chǔ)及既有橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和變形驗(yàn)算，均能夠滿足要求；該方案有效避免了采用貝雷架時(shí)拆除困難的問題，且支架搭設(shè)簡(jiǎn)單，不需要單獨(dú)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，場(chǎng)地要求低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。

碗扣式滿堂支撐架結(jié)構(gòu)體系為：支架桿件采用φ48 mm×3.5 mm鋼管，底板及腹板下立桿橫向間距為0.6 m，翼緣板下立桿橫向間距為0.9 m，立桿縱向布置間距為0.6 m，水平桿步距為1.2 m，按要求設(shè)置豎向、水平剪刀撐（間距應(yīng)小于或等于4.5 m），支架地面基礎(chǔ)為厚20 cm的C20混凝土墊層。

為減小既有橋梁（小箱梁）結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，在新建橋梁跨越既有橋梁區(qū)域時(shí)，采用滿堂支撐架對(duì)既有小箱梁進(jìn)行支撐，支架間距與橋上支架間距對(duì)應(yīng)。同時(shí)，在小箱梁跨中10 m范圍內(nèi)間距加密布置，縱向間距0.3 m（圖3、圖4）。

3 支架受力驗(yàn)算

3.1 材料及荷載取值

1）C50鋼筋混凝土容重γ=26 kN/m3。

圖3 支架橫斷面設(shè)計(jì)

圖4 支架縱斷面設(shè)計(jì)

2）C20混凝土基礎(chǔ)容重γ=24 kN/m3。

3）主楞采用12 cm×14 cm木方，次楞采用5 cm×10 cm木方，木方抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為13 MPa，抗剪強(qiáng)度1.4 MPa；模板采用膠合板，厚度為15 mm，抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為37 MPa，彈性模量為9 000 MPa。模板及木方自重為0.5 kN/m2。

4）施工人員及設(shè)備取2.5 kN/m2。

5）傾倒（或振搗）混凝土產(chǎn)生的荷載為2 kN/m2。

6）鋼管支架材料為Q235，型號(hào)φ48 mm×3.5 mm。

7）模板支撐架結(jié)構(gòu)安全等級(jí)I級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.1。

3.2 模板受力驗(yàn)算

本工程底模規(guī)格為2 440 mm×1 220 mm×15 mm膠合模板，直接擱置于間距20 cm的5 cm×10 cm木方上，取腹板下模板按3跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。由可變荷載控制的組合為36.9 kN/m；由永久荷載控制的組合為39.9 kN/m，故本模板支架強(qiáng)度驗(yàn)算、荷載取值均按由可變荷載控制的組合驗(yàn)算。經(jīng)計(jì)算，面板應(yīng)力=7.99 MPa＜37 MPa ，滿足要求?？缰袚隙葹?.3 mm≤ 200/400 =0.5 mm，滿足要求[9-10]。

3.3 次楞受力驗(yàn)算

模板下次楞采用5 cm×10 cm木方（高5 cm），間距20 cm，由于腹板下次楞受力最大，按4跨（0.6 m＋0.6 m＋0.6 m＋0.6 m）連續(xù)梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。經(jīng)計(jì)算，主楞的抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度及跨中撓度均滿足要求。

3.4 主楞受力驗(yàn)算

主楞采用12 cm×14 cm木方，縱向布置，間距0.6 m，腹板下模板受力最大，取腹板下主楞按4跨（0.6 m＋0.6 m＋0.6 m＋0.6 m）連續(xù)梁進(jìn)行驗(yàn)算。經(jīng)計(jì)算，主楞的抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度及跨中撓度均滿足要求。

3.5 單只立桿承載力驗(yàn)算

考慮風(fēng)荷載，立桿穩(wěn)定性經(jīng)相關(guān)公式計(jì)算，均滿足要求。

3.6 混凝土墊層受力驗(yàn)算

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，支架受力較大立桿為腹板下立桿，立桿底托尺寸為0.15 m×0.15 m，支架地面基礎(chǔ)為厚20 cm的C20混凝土墊層。經(jīng)計(jì)算，墊層受力滿足要求。

3.7 既有橋梁受力驗(yàn)算

既有橋梁受力分析采用Midas建立梁格模型，在縱橋向支架對(duì)應(yīng)位置建立虛擬梁?jiǎn)卧?，將支架立桿荷載按梁?jiǎn)卧奢d加載在該虛擬梁?jiǎn)卧?，根?jù)梁底部支撐情況添加約束（圖5、圖6）。

圖5 小箱梁受力模型

圖6 小箱梁受力分析

荷載組合為1.0下部恒載＋1.2支架荷載，不考慮梯度溫度和整體升降溫，驗(yàn)算小箱梁下緣正應(yīng)力、剪力、彎矩，結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。

4 施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處理

對(duì)于此類型碗扣支架施工，應(yīng)注意橋上與橋下的整體性，新建橋梁與既有橋梁斜交，難免會(huì)出現(xiàn)支架立桿與護(hù)欄位置沖突現(xiàn)象，主要處理方法為：當(dāng)立桿處于護(hù)欄頂部時(shí)，在護(hù)欄頂部設(shè)置木墊板，立桿底座直接設(shè)置于木墊板上；當(dāng)立桿落在護(hù)欄側(cè)面時(shí)，采用水平桿和斜桿將該立桿承受的豎向荷載傳遞至旁邊的立桿，并在該立桿旁邊采用普通鋼管增設(shè)立桿（由底部到支架頂部），立桿與水平桿采用扣件每步連接（圖7）。

圖7 既有橋梁護(hù)欄局部處理構(gòu)造

5 結(jié)語

在方案實(shí)施過程中，于現(xiàn)澆箱梁模板底部和既有小箱梁底部的1/8、1/4、1/2跨設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，定期監(jiān)測(cè)變形數(shù)據(jù)。

通過數(shù)據(jù)分析，均滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)工況要求，無安全隱患；另外，在支架拆除后對(duì)小箱梁質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，各指標(biāo)均合格，無結(jié)構(gòu)受損現(xiàn)象。由此可以得出，采用碗扣支架進(jìn)行現(xiàn)澆箱梁和既有橋梁支撐方案可行，且對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)體系影響很小。

該方案既節(jié)約了成本，又縮短了工期，為此類情況現(xiàn)澆箱梁支架施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。