柳宏伟

(中铁十八局集团 建筑安装工程有限公司，天津市 300308)

1 工程概述

本工程天桥依次跨越江滨路、福马铁路以及沿山西路，天桥总长514.17 m，主桥段起点桩号为K0+094.66，终点桩号为K0+200.465，全长106 m，主桥结构形式为空间索面异形独塔斜拉桥；桥面处于R=41 m和R=49.979 m的圆弧平面曲线上，主跨桥梁长度53×2=106 m，桥面宽度为：0.15 m(栏杆)+4.2 m(通行净宽)+0.15 m(栏杆)=4.5 m，钢梁采用单箱单室钢箱梁，钢梁高度为1.7 m；桥面最高处距离地面约10 m，桥面最低处距离地面约6.7 m，桥面以上钢塔高约48 m。本工程的主要特点是施工工期短，任务重；梁段运输为超限运输，梁段超宽超长，运输困难；钢箱梁部分吊车占用路面，施工路段支路较少，吊装期间需做好交通布控；主塔吊装高度高，支架高，操作难度大。因主墩处在东江滨大道，为考虑交通安全，原设计采用塔吊进行垂直运输，后经过现场考证采用吊车进行垂直运输。

2 大型天桥桥梁工程支架位置承载力的要求

图1为本工程预制平面图。通过现场地质勘查，明确了软基的位置，尤其是坑洞、管线、泥浆池的位置，作了详细标记。对影响钢箱梁支架搭设的位置需要进行夯实处理，并进行承载力合理性分析，确认达到支架施工的要求之后，才能开始支架搭设施工[1]。本工程基础最大受力位置为ZQ3～5-JD1和ZQ3～5-JD2接口的位置，支架总体受力情况如下：

图1 支架基础预制块平面图

G=1.2×(56.52+38.22)/2+4=60.8 t,即596 kN

(1)

式(1)中，56.52+38.22表示的是大型天桥桥梁工程主梁重量，4表示钢支架的重量，2为其中一个接口承受一半重量，1.2为不均匀系数。

在案例工程钢箱梁支架施工中，支架预制混凝土基础：

A=2×1.5×3.5=10.5 m2

(2)

而预制混凝土的自重：

G=2×1.5×3.5×0.4×25=105 kN

(3)

动载系数取1.1，则地面荷载为：

F=1.1×(596+105)kN/10.5=73.4 kPa

(4)

所以，在钢箱梁支架施工中，要求地面具有的承载力不能小于73.4 kPa。

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经过钢箱梁支架施工单位现场实地勘察，发现本工程支架位置位于填块石上承载力为300 kPa，不存在软卧、下卧层和导洞管线；部分表层为杂填土和素填土，需要换填级配砂石，以保证地基的承载力在73.4 kPa以上[2]，满足本工程支架下层基础承载力的需求。

3 大型天桥桥梁工程支架施工方法

3.1 设计钢箱梁支架结构形式

本工程规模比较大，地形起伏较大，钢箱梁支架架设的高度比较高。为避免影响下方交通通行，提升施工的安全性，按照梁底净高、钢箱梁分段尺寸和现场情况，科学合理地选择钢管柱支架进行施工[3]。钢管柱支架结构从下到上分别是路基、预制混凝土基础、钢管柱支墩、双拼40#工字钢、临时调整小钢墩，本工程钢管柱支架结构形式见图2。

图2 钢管柱支架结构形式图

在架设钢箱梁支架全过程中，需要实时采用水准仪来测量地面坡度，以保证顶部使用的水平度符合设计要求。立足是组成钢箱梁支架的主要结构，案例工程在施工中，为保证支架结构的稳定性，立柱选择了钢管柱的截面尺寸为φ529×10 mm，在验算时按照最大高度12 m进行计算。长立足每节整米的长度在1～6 m之间，短立足有两种，一种长度为0.25 m，另一种长度为0.5 m，立柱之间通过螺栓连接固定成一个整体。每排立柱之间采用[12 槽钢进行 2 道水平、斜向交叉(剪力撑)连接加固。为验证钢箱梁支架的稳定性，在本工程施工中采用了φ529 mm的钢管立柱，钢管壁厚t为10 mm，惯性矩I为54 919.067 cm4，抗弯截面系数w为4 152.67 cm3，惯性半径i为18.352 cm，截面积A为163.049 cm2，轴线应力[σ]为170 MPa，理论质量为127.993 kg/m。案例工程门架墩柱最高为12 m，钢管立柱主要是按照两端铰接进行计算。

钢管立柱的自重：300×12×9.8=35 280 N

钢管立柱的最大轴力：(56.52+38.22)/2+0.2×4=48.17 t=472 kN，每组支架都由4根钢管共同组成。

Pmax=1.1×1.2×472/4+1.2×35.28=198.1 kN，数值1.1表示为动载系数，1.2为不均匀系数。

强度验算：

[N]=A[σ]=136.049×170×102=2 771.833 kN

(5)

Pmax<[N]，支架的强度满足要求。

压杆稳定性验算：l为12 m，i为183.52 mm，

λ=l/i=12×103/183.52=65.4

(6)

通过查阅钢结构设计规范附录C，得到φ为0.777，压杆稳定方程为：

P/(φA)≤[f]

(7)

(8)

压杆稳定性也满足要求。

3.2 支架布置

案例工程在支架布置施工中，采取了分段分块布置的方法，布置支架时钢箱梁节段能满足运输要求，节段重量能满足现场吊装起重能力要求，节段分块不可对钢箱梁结构造成影响。同时，要避免安装时产生交通干扰，钢箱梁节段长度应一次跨过主干路。施工过程中尽可能减少现场焊缝，以保证钢箱梁质量[6]。第一联、第二联支架分段施工示意图见图3和图4。

图3 第一联支架分段施工示意图

图4 第二联支架分段施工示意图

3.3 支架坍塌预防和应急措施

引发支架坍塌的原因比较多，主要包括支架设计强度和稳定性不足、支架基础承载力不足，导致不均匀沉降、支架受到外力冲击和支架搭设时连接件存在问题。针对这些原因，可采取如下预防措施：(1)在施工要求的基础上，支架结构尽量设计成静定结构或者是冗余约束比较小的超静定结构，并做好受力合理性和稳定验算，存在问题及时处理。(2)在进行荷载计算时，必须严格按照相关规范进行，决不能发生漏项问题。凡是不确定的荷载，需要按照类似工程施工经验进行估算。立足结构要尽量采取轴心受压或者是小偏心受压杆件。在进行立柱安装中，必须进行稳定性验算，支架上的受拉构件或者是受弯构件需要以变性条件作为设计控制要素，而且变形量需要按照规范要求进行合理确定，设计强度不应超过允许应力[4]。结构特殊的支架，如跨径超过20 m、高度超过20 m或者第一次使用的支架，需要由总工进行审核，批准之后才能使用。(3)在支架基础上施工时，需要进行测验，如果承载力不达标，要进行全面处理，同时还要做好排水处理，支架和地基接触的位置应该采取有效措施均匀分布应力，并保证连接的牢固性[5]。(4)如果在支架上方起吊重物，需要对承重绳、吊索、滑轮、承重钩等进行详细检查，避免在起吊时发生重物掉落，碰撞损坏支架。在施工现场一定范围内须设提醒警示标志和减速装置，并在预留通道立柱和横梁上涂反光漆和设置防雾灯，避免车辆撞击支架。

3.4 支架拆除

支架拆除必须在钢箱梁横缝等一级焊缝后，现场焊接需要100%超声和X射线双检测，焊接质量满足设计要求后方可落梁及拆除临时支撑。支架拆除应遵守从上而下，先搭后拆、后搭先拆的原则，不允许分立面拆架或在上下两步一起进行拆架[7]。拆除钢管柱连接系时，一部吊车将钢管柱连接系吊住，用登高车将人升至钢管柱与上部连接系连接位置割除连接板，再将钢管柱连接系吊出。用一部吊车将钢管柱吊住，用登高车将人员吊至钢管柱连接部位拆除螺栓，再将钢管柱上部吊出箱梁位置后缓慢放倒，重复上述操作将钢管柱下部拆除完毕，依据此步骤将钢管柱依次拆除[8-9]。最后，用吊车将钢管柱装至运输车上运走。支架拆除示意图如图5所示。

图5 支架拆除示意图

4 结 语

结合天马山天桥实际情况，通过分析大型天桥桥梁工程支架承载力与支架应用，可得：(1)大型天桥桥梁工程规模比较大，为方便施工，在一些吊车无法达到的位置，需要搭设支架。为提升支架的稳定，需要先结合地质条件，对支架的基础承载力进行验算，承载不达标的基础需要进行地基加固处理。(2)在大型天桥桥梁工程支架搭设时，要尽量分段分块搭设，按照桥梁工程的规模以及实际情况，进行有针对性的分段，逐步完成施工任务。(3)在支架拆除时，周围应设置护栏或警戒标志，严禁行人入内；对平交道立体交叉道路，要进行临时封闭道路，在支架下方要设置兜底防落网。要做到统一指挥，相互呼应，动作协调。支架是桥梁工程施工的主要构件，桥梁工程的特殊性决定了很多工序需要在高空完成，支架可为桥梁工程施工提供一个安全、稳定的施工环境。因此，对支架搭设的稳定性有很高的要求。在具体搭设中需要结合工作所在区域的实际情况，做好支架承载力分析工作，并加强强度验算，分段分块施工，以保证每道工序的质量都符合相关要求，从而更好地保障总体施工质量。