郑 鹏 陈 华 陈 添 刘海亮 唐 达

中国建筑第八工程局有限公司西南分公司 四川 成都 610041

随着我国城市基础设施的蓬勃发展，在进行城市基础设施的建造和扩能时，常常会出现新建桥梁跨越既有桥梁现象[1-3]。李文静[4]、曹宁等[5]介绍了公路桥梁施工中现浇箱梁的设计和施工技术，杨平中等[6-8]结合工程实际对现浇箱梁支架受力情况进行了分析，并进行了支架分布设计和验算介绍，得出了相关结论。

当前对新建桥梁跨越既有桥梁的研究分析多采用门洞型支架，此类支架结构复杂，施工比较困难，且存在一定的安全隐患。

本文结合某城市立交桥改造项目，通过对支撑体系进行受力分析和Midas数值模拟验算，介绍了在城市立交建设中新建桥梁跨越既有桥梁时满堂架支撑系统的设计和施工技术。结果表明，在既有桥梁上搭建满堂架的方式能很好地满足施工要求，且满堂架支撑搭设相对简便，降低了人员、机械设备投入，节约了成本，缩短了工期。

1 工程概况

背景项目为某城市立交改造工程，上跨桥梁为城市快速公交专用高架桥，最大跨径30.5 m，桥梁纵坡3.9%，现浇箱梁为单室构造，梁高1.75 m，最大桥面宽度10.5 m，腹板宽度6.5 m，翼缘板宽度2 m（图1）。既有桥梁为预应力混凝土连续小箱梁结构，跨径35 m，每跨4片小箱梁，桥面宽12 m，桥梁纵坡4.9%。上跨桥梁与既有桥梁交角71°，既有桥梁距离地面高度9 m，距离上跨桥梁高度9.7 m（图2）。

图1 箱梁横断面（单位：cm）

2 支架方案设计

图2 新建桥梁和既有桥梁立面关系

在跨越既有桥梁的现浇箱梁支架设计中，最常见的是用型钢或者贝雷架结构搭设的门型支架。当新建桥梁跨越既有桥梁的跨径较小时，采用工字钢横梁和钢管立柱组成的门型支架；当跨越既有桥梁的跨径较大时，采用贝雷梁和钢管立柱组成的门型支架。

而本项目既有桥梁加上两侧护栏宽约13 m，若采用贝雷梁支架体系，贝雷梁最小跨径为14 m，最大长度为21 m。根据上部荷载受力分析，贝雷梁支架必须加密设置（间距2 m），立柱所受压力达到460 kN，须设置独立基础才能满足承载力要求，施工成本较高；此外，根据桥梁位置关系，箱梁浇筑后贝雷梁处于2座桥梁之间，且桥梁两侧邻近社会道路，作业空间狭小，贝雷架拆除比较困难，施工难度较大。

对此，通过对场地环境和桥梁结构荷载受力分析，结合房建多层楼板连续支撑施工原理，确定了采用碗扣式满堂支撑架进行现浇箱梁的施工方案：在新建箱梁对应地面和既有桥桥面区域搭设连续碗扣式满堂支撑架，既有桥下同样搭设碗扣式满堂支撑体系，并与现浇箱梁支撑架形成一个整体。

该方案的优点为支架受力比较均匀，小箱梁在桥上和桥下架体中间仅传递荷载，结构应力较小，经过对支架体系杆件、基础及既有桥梁结构强度和变形验算，均能够满足要求；该方案有效避免了采用贝雷架时拆除困难的问题，且支架搭设简单，不需要单独基础设计，场地要求低，结构稳定性好。

碗扣式满堂支撑架结构体系为：支架杆件采用φ48 mm×3.5 mm钢管，底板及腹板下立杆横向间距为0.6 m，翼缘板下立杆横向间距为0.9 m，立杆纵向布置间距为0.6 m，水平杆步距为1.2 m，按要求设置竖向、水平剪刀撑（间距应小于或等于4.5 m），支架地面基础为厚20 cm的C20混凝土垫层。

为减小既有桥梁（小箱梁）结构的应力，在新建桥梁跨越既有桥梁区域时，采用满堂支撑架对既有小箱梁进行支撑，支架间距与桥上支架间距对应。同时，在小箱梁跨中10 m范围内间距加密布置，纵向间距0.3 m（图3、图4）。

3 支架受力验算

3.1 材料及荷载取值

1）C50钢筋混凝土容重γ=26 kN/m3。

图3 支架横断面设计

图4 支架纵断面设计

2）C20混凝土基础容重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，木方抗弯强度设计值为13 MPa，抗剪强度1.4 MPa；模板采用胶合板，厚度为15 mm，抗弯强度设计值为37 MPa，弹性模量为9 000 MPa。模板及木方自重为0.5 kN/m2。

4）施工人员及设备取2.5 kN/m2。

5）倾倒（或振捣）混凝土产生的荷载为2 kN/m2。

6）钢管支架材料为Q235，型号φ48 mm×3.5 mm。

7）模板支撑架结构安全等级I级，结构重要性系数取1.1。

3.2 模板受力验算

本工程底模规格为2 440 mm×1 220 mm×15 mm胶合模板，直接搁置于间距20 cm的5 cm×10 cm木方上，取腹板下模板按3跨连续梁进行计算。由可变荷载控制的组合为36.9 kN/m；由永久荷载控制的组合为39.9 kN/m，故本模板支架强度验算、荷载取值均按由可变荷载控制的组合验算。经计算，面板应力=7.99 MPa＜37 MPa ，满足要求。跨中挠度为0.3 mm≤ 200/400 =0.5 mm，满足要求[9-10]。

3.3 次楞受力验算

模板下次楞采用5 cm×10 cm木方（高5 cm），间距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）连续梁结构验算。经计算，主楞的抗弯强度、抗剪强度及跨中挠度均满足要求。

3.4 主楞受力验算

主楞采用12 cm×14 cm木方，纵向布置，间距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）连续梁进行验算。经计算，主楞的抗弯强度、抗剪强度及跨中挠度均满足要求。

3.5 单只立杆承载力验算

考虑风荷载，立杆稳定性经相关公式计算，均满足要求。

3.6 混凝土垫层受力验算

根据以上计算结果，支架受力较大立杆为腹板下立杆，立杆底托尺寸为0.15 m×0.15 m，支架地面基础为厚20 cm的C20混凝土垫层。经计算，垫层受力满足要求。

3.7 既有桥梁受力验算

既有桥梁受力分析采用Midas建立梁格模型，在纵桥向支架对应位置建立虚拟梁单元，将支架立杆荷载按梁单元荷载加载在该虚拟梁单元上，根据梁底部支撑情况添加约束（图5、图6）。

图5 小箱梁受力模型

图6 小箱梁受力分析

荷载组合为1.0下部恒载＋1.2支架荷载，不考虑梯度温度和整体升降温，验算小箱梁下缘正应力、剪力、弯矩，结果均满足设计要求。

4 施工关键节点处理

对于此类型碗扣支架施工，应注意桥上与桥下的整体性，新建桥梁与既有桥梁斜交，难免会出现支架立杆与护栏位置冲突现象，主要处理方法为：当立杆处于护栏顶部时，在护栏顶部设置木垫板，立杆底座直接设置于木垫板上；当立杆落在护栏侧面时，采用水平杆和斜杆将该立杆承受的竖向荷载传递至旁边的立杆，并在该立杆旁边采用普通钢管增设立杆（由底部到支架顶部），立杆与水平杆采用扣件每步连接（图7）。

图7 既有桥梁护栏局部处理构造

5 结语

在方案实施过程中，于现浇箱梁模板底部和既有小箱梁底部的1/8、1/4、1/2跨设置沉降观测点，定期监测变形数据。

通过数据分析，均满足规范和设计工况要求，无安全隐患；另外，在支架拆除后对小箱梁质量进行检测，各指标均合格，无结构受损现象。由此可以得出，采用碗扣支架进行现浇箱梁和既有桥梁支撑方案可行，且对既有桥梁结构体系影响很小。

该方案既节约了成本，又缩短了工期，为此类情况现浇箱梁支架施工提供了宝贵的经验。