陈学松，王宋华

（中建三局基础设施建设投资有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引言

目前在城市高架桥受影响区域建设中，越来越多的项目使用少支点+盘扣式的组合支架形式，这种支架施工速度快，适合各类型地形地势施工，如城市受交通影响区域采用限高少支点钢管+盘扣式支架组合形式，跨沟区域采用少支点钢管+贝雷+盘扣式支架组合形式等[1]。

某城市高架桥L46/47 联箱梁翼缘板边线侵入市内排洪沟槽内部，施工难度大，加上施工单位汛期、创文创卫期间需少占用河道施工，使该处箱梁迟迟不能启动施工，为确保此两联箱梁安全如期完工，亟需设计一种新型非对称支架组合体系。

1 工程概况

L46/47 联为单箱三室预应力混凝土现浇箱梁，每联跨径为4×30m=120m，箱梁桥宽25m，梁体高2m，单联箱梁混凝土方量约2 200m3，此两联走向与河道走向一致，桥梁一侧边线位于城市排洪沟槽内，沟槽为11m 宽的矩形断面，两侧建混凝土重力式挡墙，平台宽度3m，沿线种植柳树。平台以上为梯形断面，堤坡坡率均为1∶2，采用混凝土框格护坡，如图1所示。此排洪沟槽是贯穿市区主要排水泄洪沟渠，绿色文明施工要求高。

图1 L46/47 联平面

2 施工方案及工艺

沿沟段L46/47 联桥宽25m，左侧翼缘板临沟，顺桥向地势右高左底，采用沟中打设支架桩施工方案不仅无法确保沟槽汛期排洪需求，并破坏现有沟槽，造成水源污染，河道底板后期恢复困难；施工单位对襄阳市创文创卫、少支点支架受力特征、架体安全性能、方案经济合理性进行对比分析，针对箱梁所处地势非对称性、箱梁高度较高等特点，最终确定采用支架桩+新型设计的T 形钢立柱+贝雷+盘扣支架的非对称组合支架施工方案。

施工工艺流程主要包括测量放点、支架桩施工、小承台施工、T 形钢立柱安装焊接、双拼H700 搭设焊接、组装吊装贝雷梁、I18 铺设、盘扣架搭设、I12.6 纵梁安装、木方及底模安装、支架预压、混凝土浇筑养护及架体拆除。

3 支架设计

支架结构中模板采用1.5cm 厚竹胶板，纵向背楞采用10cm×10cm 木方，铺设间距实心区为15cm，空箱区为30cm，横向分配梁采用I12.6，铺设间距90cm，盘扣式支架步距100～150cm，空心段间距为150cm×150cm[2]，在腹板及横梁实心段间距60cm×150cm，加厚段120cm×150cm，支架立于I18 横梁，间距与支架纵向间距一致，采用纵向贝雷梁做主龙骨，贝雷在腹板及中横梁分布间距为45cm，在翼缘及空箱区间距为90cm，双拼H700 型钢作横梁，T 形组合钢构件做支撑，地基采用 1 000mmC30 独立灌注桩和C30 小承台（1.5×1.5）m 基础，小承台预埋钢板及预埋螺栓，预埋钢板与钢筋之间采用穿孔塞焊，预埋钢板与T 形钢构件-法兰盘焊缝高度不低于10mm，以满足钢管立柱底部抗剪能力，如图2 所示。

钢管立柱采用 630mm×10mm 钢管立柱，［40b 牛腿横支撑和［40b 牛腿斜支撑通过16mm 厚连接筋板与钢管立柱焊接为一个整体，再经过16mm 厚加强筋板和在钢管立柱中浇筑1m 高C30 混凝土加强钢管立柱底部承压能力（见图3），［36b 斜支撑板通过16mm 厚连接筋板与牛腿斜支撑、钢管立柱相连，通过16mm 厚加强筋板加强钢管柱顶部承压能力。

4 Midas 模型建立

通过Midas Civil 有限元软件对设计的支架形式进行模拟分析[3]，由于L46/47 联均为4×30m 箱梁，所以选取其中1跨建立Midas 模型对支架进行安全性分析，钢管柱、平联、贝雷、H700 等均采用梁单元，模型中焊接位置选用刚接，搭接位置使用铰接，材料除贝雷使用16Mn 以外，其余均使用Q235钢材，T 形钢立柱小构件之间采用刚接连成整体后再与其他构件确定连接关系，根据腹板区、翼缘区及腹板区横断面面积，将荷载分布在贝雷梁上。具体荷载统计如表1 所示。模型建立、荷载加载完成后如图4 所示。

5 支架结构受力分析

5.1 浇筑方案模拟划分

图2 支架布置详图（单位：m）

图3 T 形钢管立柱及平联示意

表1 荷载分区

图4 Midas 模型

非对称少支点支架箱梁浇筑模拟方案并不唯一，在满足纵向分段、水平分层、由一端向另一端连续浇筑施工方法的同时，选择不同断面浇筑顺序会造成不一样的分析结果，所以分析对比从跨中对称浇筑（A 方案）、从南侧往北侧浇筑（B 方案）、先浇筑南侧至内侧支架桩支点，再沿T 形钢构对称浇筑（C 方案）3 种方案对T 形钢立柱剪力、T 形钢立柱支点反力的影响；根据方案的浇筑顺序依次将荷载加载到对应贝雷上，每次加载不允许超过最大浇筑厚度30cm，整个浇筑过程分9 步进行加载。结果显示，虽然3 个方案中T 形钢立柱柱脚剪力、支点反力在浇筑完成后均相同，但采用B 浇筑方案时，T 形钢立柱柱脚剪力变化幅度小、支点反力起伏趋小，所以选用B浇筑方案具有足够的安全性（见图5）。

图5 3 种方案T 形钢立柱剪力、支点反力对比

5.2 施工受力构件分析

施工受力分析考虑组合架体受到的恒荷载、活荷载最不利情况[4]，其中强度验算荷载组合=1.2（箱梁混凝土自重+组合架体自重）+1.4（施工荷载+倾倒荷载+ 雪荷载），挠度验算荷载组合=1.0（箱梁混凝土自重+组合架体自重）+1.2（施工荷载+倾倒荷载+雪荷载）。按照荷载组合进行加载，加载完成后分别对各构件进行受力分析，对贝雷、T 形钢管柱、平联、H700 进行强度分析，并对H700、贝雷做挠度分析。其中贝雷弦杆、竖杆、斜杆轴力如表2 所示，T 形钢管柱、平联、H700 应力如表3 所示，另外计算显示，H700 悬臂最大挠度7.087mm＜7 400/400=18.500mm、贝雷最大挠度14.053mm＜9 000/400=22.500mm，均满足要求。

表2 贝雷强度分析 kN

表3 T 形钢立柱、H700、平联强度分析 MPa

对T 形钢管柱进行稳定性分析，按照压弯构件计算钢管立柱稳定性，按照GB 50017—2017《钢结构设计标准》计算得σ=76.31MPa≤198.44MPa。

5.3 支架桩基础受力分析

支架桩基础受力分析主要考虑其上支架恒荷载、活荷载组合最大值，由计算模型支点反力可知L46 联中间一排桩基础承受最大荷载为98.8kN，最外侧一排支架桩承受最大荷载为257.5kN，内侧支架桩设计长度为10m，外侧为20m，设计支架桩土层参数如表4 所示，按照JTG 3363—2019《公路桥涵地基与基础设计规范》计算得10m 长单桩竖向承载力特征值为1 047.73kN，20m 长单桩竖向承载力特征值为2 729.07kN，均满足规范要求。

表4 土层参数

5.4 内侧支点位置受力分析

内侧支架桩的位置对T 形钢立柱的剪力、反力大小起到关键性作用，确定该支点位置前，在Midas 电算软件中多次调整其位置直到T 形钢立柱柱脚位置受到的剪力、反力处于计算安全范围，本项目内侧支架桩位置与钢管柱柱脚受到的剪力及柱脚反力关系如图6 所示。

5.5 支架断面变形分析

图6 柱脚反力、剪力与支点位置关系

由于少支点的非对称结构，支架断面挠度也呈现非对称性特点，将电算得到的断面变形值与支架预压得到的断面弹性变形值进行对比分析，最终得到的结果如图7 所示，由对比图可知模型变形值与支架弹性变形值相近，证明模型较为完整，支架安全性能好。

图7 电算变形值与支架弹性变形值曲线对比

6 施工建议

1）控制好支架桩中心点桩位误差，支架桩全部采用小应变检测支架桩的完整性。

2）根据图纸放出预埋螺栓位置，控制好预埋钢板平整度，使T 形钢立柱牛腿方向与桥梁走向垂直。

3）Midas 电算中的H700 为一整条26m 长，而实际H700材料长度为12m，所以断面H700 间要满焊，以确保施工支架体系与电算模型受力一致。

4）桥梁预拱度设置应根据预压值及支架断面特性设置，通过支架预压及桥梁预拱度设置，使用全站仪实测成桥高程与设计高程差最大仅3mm，成桥质量良好，如图8 所示。

5）箱梁分2 次进行浇筑，浇筑箱梁混凝土时应分层浇筑，断面浇筑顺序从岸坡一侧往河道一侧进行浇筑。

7 结语

通过运用CAD 三维设计软件及Midas Civil 建模软件设计并设计一种新型支架模型，通过计算施工过程中非对称少支点支架的受力、变形、稳定性，验证此组合支架的安全可靠性，该方案缩减了施工工艺流程，不用施工围堰平台及施打沟内支架桩，使施工工期变得可控，极大缩短施工工期，并节约沟中措施混凝土320m3，减少钢立柱25t，在确保一定经济效益的同时保护了环境，并可为同类支架体系提供参考。

图8 实测成桥桥面高程与设计高程差