柱-梁式高支架在跨線工程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

◇中鐵二十三局集團(tuán)有限公司 張 淋

某高速公路項(xiàng)目標(biāo)段上設(shè)置有3處渡槽，墩高在25～32 m之間，面荷載35 kN/m2，且渡槽處于山谷埡口地段，風(fēng)力強(qiáng)勁十足，如何保證施工過(guò)程的安全成為項(xiàng)目各責(zé)任方擔(dān)心的問(wèn)題。施工單位提出了四種方案并進(jìn)行分析、計(jì)算，論證，決定采用鋼管柱+貝雷梁支架方案，最終經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐，證明鋼管柱+貝雷梁高支架能安全、經(jīng)濟(jì)、快速解決這一疑難雜癥。

目前，我國(guó)高速公路建設(shè)發(fā)展迅猛，路塹橫斷面極易阻礙當(dāng)?shù)卦械缆吠ㄐ屑稗r(nóng)灌溝渠的順接，為確保高速公路的修建不影響當(dāng)?shù)鼐用裢ㄐ屑稗r(nóng)業(yè)灌溉，通常需要設(shè)置橫跨高速公路的天橋、渡槽等跨線工程，同時(shí)這類(lèi)跨線工程通常具有跨徑大、面荷載大、墩身高、安全風(fēng)險(xiǎn)高、工期要求緊等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的支架設(shè)計(jì)已無(wú)法滿足此類(lèi)工程的施工要求，因此設(shè)計(jì)一種安全可靠、簡(jiǎn)單適用的支架具有較高探索價(jià)值。

1 應(yīng)用實(shí)例的渡槽工程概況

本工程位于德陽(yáng)中江至遂寧高速公路項(xiàng)目某標(biāo)段，該標(biāo)段上設(shè)置有3處橫跨高速公路的渡槽，渡槽所處地段均為中風(fēng)化巖石路塹段，渡槽跨徑均為24m+24m+24m+24m，墩柱均為獨(dú)柱實(shí)心方墩，最大墩高32.71 m，上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，U型槽身最大尺寸為3.2 m×2.5 m，單片槽身方量74.4 m3，約重193 t，支架高度33.845 m、跨度24 m、施工總荷載35 kN/m2（屬超過(guò)一定規(guī)模的危大工程）。

圖1 K138+440渡槽總體布置圖

圖2 K138+440渡槽現(xiàn)澆支架側(cè)立面示意圖

2 方案選取

（1）方案一：盤(pán)扣式支架操作簡(jiǎn)單，但支架高度較大，迎風(fēng)面積大，很難保證橫向穩(wěn)定性，且為滿足高寬比不大于2，支架地基需要硬化且支架需要加寬或采取其他約束措施不利于成本和工期控制。

（2）方案二：鋼管柱+貝雷梁支架整體受壓、受彎能力好，橫縱向穩(wěn)定性有保障，安全系數(shù)高，采用機(jī)械吊裝施工速度快，門(mén)式結(jié)構(gòu)利于通行。

（3）方案三：托架+貝雷梁，由于墩身截面尺寸很小，渡槽荷載大，若施工過(guò)程中受到不平衡加載，支架穩(wěn)定性無(wú)法保證，存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)。

（4）方案四：移動(dòng)模架施工速度較快，安全有一定保障，不影響通行，但很難租賃，購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用較高。

綜合考慮采用方案二鋼管柱+貝雷梁支架并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3 支架設(shè)計(jì)參數(shù)

以K138+440渡槽2號(hào)墩與3號(hào)墩單跨24 m為例，對(duì)各結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行受力驗(yàn)算采取以下參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 支架參數(shù)表

4 施工工藝流程

地形利用及地基處理→鋼管柱基礎(chǔ)及管柱施工→放置砂筒→安裝I56b工字鋼分配梁→安裝貝雷片縱梁→安裝14#工字鋼→安裝方木→安裝底?！|風(fēng)繩固定→支架預(yù)壓→支架拆除。

5 施工方法及操作要求

5.1 地形利用及地基處理

由于跨線的天橋、渡槽設(shè)置于路塹地段，在開(kāi)挖土石方時(shí)，按照設(shè)計(jì)坡比預(yù)留平臺(tái)可以縮減支架的高度和體積，從而達(dá)到降低風(fēng)險(xiǎn)和節(jié)省成本并加快進(jìn)度目的。

支架的地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)按照《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63）的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，基礎(chǔ)基坑開(kāi)挖后，觀察基底地質(zhì)是否與設(shè)計(jì)相符（中風(fēng)化砂巖）并及時(shí)檢測(cè)地基承載力，保證支架基底地基承載力大于230 kPa（按基礎(chǔ)尺寸7.8 m2驗(yàn)算），若承載力達(dá)不到要求，則根據(jù)實(shí)測(cè)承載力值采取擴(kuò)大基礎(chǔ)尺寸處理。

5.2 鋼管柱基礎(chǔ)及鋼管柱身施工

鋼管柱基礎(chǔ)施工時(shí)盡量與既有承臺(tái)連接一并澆筑，跨中基礎(chǔ)單獨(dú)澆筑，采用條形基礎(chǔ)形式，單個(gè)條形基礎(chǔ)尺寸為長(zhǎng)6 m×寬1.3 m×厚1 m，砼標(biāo)號(hào)采用C25。在每個(gè)管柱基礎(chǔ)頂面預(yù)埋2 cm厚鋼板，每個(gè)鋼板預(yù)留16個(gè)螺栓孔位置與鋼管柱法蘭盤(pán)螺栓孔對(duì)齊，鋼板平面尺寸80 cm×80 cm。鋼管柱采用外徑Ф609 mm，壁厚16 mm直縫鋼管，與預(yù)埋鋼板用地腳螺栓連接，鋼管柱的豎向連接采用M24高強(qiáng)螺栓連接并設(shè)置加勁板，單跨設(shè)置6根鋼管柱，2根為1組，共3組。鋼管柱在胎架上連接好后采用吊車(chē)一次吊裝到位，較高的立柱采用分次吊裝到位，豎直度不大于H/1000，且小于30 mm，每根柱頂采用三根纜風(fēng)繩調(diào)整垂直度及平面位置，并將此纜風(fēng)繩作為橫向穩(wěn)定性加固措施與地錨固定牢固。兩柱間用小抱箍、16#槽鋼相互連接并與墩身鎖墻桿連接牢固。每跨中設(shè)置一組2根鋼管柱用小抱箍、16#槽鋼設(shè)置剪刀撐連接牢固。大橫桿采用16#槽鋼，在墩身兩側(cè)順橋向布置，并與鋼管柱焊接，豎向間距10 m，鎖墻桿采用16#槽鋼呈矩形將墩身夾緊，并與大橫桿焊接或采用打孔螺栓連接，豎向間距5 m。預(yù)留平臺(tái)上跨中臨時(shí)支墩鋼管柱掃地桿距基礎(chǔ)頂40 cm，采用I14工字鋼將兩側(cè)鋼管柱支墩連接成為整體相互支撐，防止平臺(tái)邊坡受豎向荷載傳遞產(chǎn)生滑塌?？缰袃筛⒅Q向間距不大于15 m設(shè)置一道水平剪刀撐與兩側(cè)墩柱旁的鋼立柱連接。

5.3 砂筒安裝

將鋼管柱頂鋼板與砂筒用螺栓連接并設(shè)置加勁板，單個(gè)砂筒設(shè)計(jì)承載100 t，外徑426 mm，高度400 mm，采用20 mm厚無(wú)縫鋼管制作。

5.4 安裝I56b工字鋼分配梁

安裝雙拼橫橋向I56b工字鋼（長(zhǎng)6 m）并設(shè)置垂直于腹板的加勁板，間距1 m，2根工字鋼拼接時(shí)采用跳焊，方便以后拆除，并在工字鋼上標(biāo)記出貝雷片位置，在翼緣板上焊接定位防滑塊用于限制貝雷片外側(cè)橫向位移，并在內(nèi)側(cè)鉆定位孔用于貝雷片分組安裝時(shí)的臨時(shí)固定。采用吊車(chē)將加工好的雙拼工字鋼吊裝至砂筒上，并使用L型鋼板與砂筒鋼板用螺栓連接夾緊工字鋼，作業(yè)人員直接搭乘專(zhuān)用高空作業(yè)車(chē)作為支架搭設(shè)階段的高空落腳點(diǎn)及作業(yè)平臺(tái)。

5.5 順橋向貝雷片安裝

考慮蓋梁間凈距為24-0.85×2=22.3m，貝雷架設(shè)置為單層4排，排與排用支撐架連接形成整體，縱向間距不大于3 m，各排端頭必須連接牢固。貝雷梁?jiǎn)闻趴v向長(zhǎng)度均為22.2 m，每排橫橋向間距120 cm。每2排為一組在地坪上拼裝完成后采用2臺(tái)25噸吊車(chē)吊裝至橫向分配梁上，每組之間相互連接牢固，縱向間距不大于3 m。貝雷梁安設(shè)在工字鋼頂部標(biāo)出的位置上外側(cè)抵緊防滑塊，內(nèi)側(cè)用打孔槽鋼在定位孔位置與工字鋼連接并抵緊貝雷片。貝雷梁拼接后若與工字鋼接觸面有空隙，采用鋼板楔緊貼合。貝雷梁在吊裝時(shí)與蓋梁間留有一定的空隙以方便拆卸，為防止預(yù)壓或澆筑混凝土?xí)r支架整體位移，施工時(shí)采用[16槽鋼打孔用螺栓與貝雷梁端部連接并與蓋梁抵緊，并在蓋梁上設(shè)置預(yù)埋件與[16槽鋼連接以限制橫縱向位移。

5.6 I14工字鋼及方木、竹膠板底模安裝

I14工字鋼單根長(zhǎng)度6 m，橫橋向布置，縱向間距50 cm，用U形卡具將其與貝雷片鎖定。方木采用一般木材，尺寸為10 cm×10 cm，橫橋向間距20 cm，縱向布置，方木端頭采用焊接鋼筋的方式固定在I14工字鋼上，限制其位移。底模采用1.5 cm厚竹膠板，平面尺寸1.22 m×2.44 m，用鋼釘固定于方木條上。

5.7 纜風(fēng)繩固定

支架搭設(shè)好后立即設(shè)置手拉葫蘆+纜風(fēng)繩以加強(qiáng)支架橫向穩(wěn)定性，纜風(fēng)繩布置于貝雷梁上縱橋向間距6 m，兩根呈倒V形為一組，單跨共設(shè)置6組，左右側(cè)各3組。單跨每根跨中支撐立柱頂部布置3根纜風(fēng)繩，平面呈120°布置，共6根，纜風(fēng)繩與地平面夾角均控制在45°至 60°之間，采用手拉葫蘆緊固，地錨錨于堅(jiān)固巖層上。

5.8 支架預(yù)壓

支架預(yù)壓采用傳統(tǒng)的沙袋法，在此就不必再贅述。

5.9 支架拆除

（1）落砂箱：兩端所有砂箱同時(shí)均勻下落，防止分配梁不均勻下落變形，貝雷梁滑移。

（2）I14工字鋼、方木：由人工配合機(jī)械拆除。

（3）貝雷架：貝雷支架采用手拉葫蘆緩慢拖拉出槽底，2臺(tái)吊車(chē)同時(shí)緩慢吊起貝雷架拆除。拖拉時(shí)設(shè)專(zhuān)人指揮，貝雷支架兩端同時(shí)均勻拖拉，嚴(yán)禁僅一端拖拉，防止掉落。拖拉時(shí)首先橫向分多次緩慢拖拉外移，以增強(qiáng)穩(wěn)定性防止傾覆。拖拉貝雷架、起吊作業(yè)設(shè)專(zhuān)人指揮；拆除貝雷架作業(yè)前要檢查吊車(chē)和鋼絲繩的性能和安全性。

（4）I56b工字鋼:解除約束后，由兩臺(tái)吊車(chē)在兩端同時(shí)吊起卸落。

（5）鋼管柱：人工拉纜風(fēng)繩配合吊車(chē)卸落，避免鋼管柱法蘭盤(pán)碰撞變形。

（6）支架拆除階段作業(yè)平臺(tái)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形采用專(zhuān)用高空作業(yè)車(chē)作為作業(yè)人員高空落腳點(diǎn)及作業(yè)平臺(tái)。

6 安全防護(hù)措施

6.1 上下安全通道及作業(yè)平臺(tái)

由于該渡槽墩身高度較高，從安全、進(jìn)度、成本方面綜合考慮，采用從專(zhuān)業(yè)廠家生產(chǎn)的附著式專(zhuān)用人行爬梯作為作業(yè)人員上下通道，設(shè)置于渡槽1號(hào)墩并附著于墩身，通道尺寸為3000 mm×1000 mm型（帶樓梯），連墻件豎向間距不大于5 m，作業(yè)人員從1號(hào)墩安全通道到達(dá)支架作業(yè)平臺(tái)。作業(yè)平臺(tái)為定制組裝鋼構(gòu)件，底板寬度1 m，護(hù)欄高度1.2 m，與I14工字鋼連接穩(wěn)固。

6.2 通道安全措施

（1）在距入口100 m處放置“前方施工，減速慢行”標(biāo)志的燈箱，作業(yè)區(qū)與行車(chē)道間設(shè)置一排隔離水馬，并貼反光條警示。

（2）柱梁支架前150 m開(kāi)始設(shè)置車(chē)輛導(dǎo)流設(shè)施，并每隔50 m設(shè)置一道減速帶，一側(cè)預(yù)留平臺(tái)頂部渡槽施工時(shí)，車(chē)輛從另一側(cè)預(yù)留平臺(tái)通道通行。

（3）柱梁支架下方搭設(shè)管棚并掛設(shè)安全防護(hù)網(wǎng)，防止施工雜物墜落傷及行人、車(chē)。

（4）在通行道兩側(cè)的防護(hù)支架側(cè)面要懸掛整條夜間施工警示燈，作業(yè)區(qū)放置照明燈。

（5）柱梁支架及限寬桿均按要求設(shè)置反光貼及警示燈。

（6）在進(jìn)出口處設(shè)置4.5 m高限高桿，支架下方設(shè)置防撞砂筒避免車(chē)輛撞擊到支架。

（7）支架進(jìn)、出口各設(shè)置一名交通協(xié)管員。

6.3 縱橋向安全吊索

在每個(gè)墩臺(tái)蓋梁頂部及墩身兩側(cè)各預(yù)留2根豎向Φ28吊環(huán)鋼筋，每跨間縱向用Φ16鋼絲繩搭配U型扣與墩臺(tái)頂?shù)醐h(huán)鋼筋連接，工人高空作業(yè)時(shí)，將安全繩懸掛于縱向吊索上。

7 監(jiān)控監(jiān)測(cè)要點(diǎn)

一是桿件的設(shè)置和連接，抱箍、連墻件、連接件等構(gòu)件是否符合要求；二是連接件螺栓是否松動(dòng)；三是架體是否有不均勻沉降，垂直度偏差；四是施工過(guò)程中是否有超載現(xiàn)象；五是安全防護(hù)措施是否符合規(guī)范要求；六是架體與構(gòu)件是否有變形現(xiàn)象；七是地基是否有積水，底座是否松動(dòng)，立桿是否符合要求；八是卸荷鋼絲繩受力狀態(tài)，有無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象；九是基礎(chǔ)是否開(kāi)裂沉降，產(chǎn)生位移；十是邊坡是否出現(xiàn)位移、開(kāi)裂、不穩(wěn)定現(xiàn)象。

8 結(jié)語(yǔ)

從該項(xiàng)目的三個(gè)現(xiàn)澆渡槽支架的總體實(shí)施效果來(lái)看，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)適用，支架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性均能滿足受力要求，安全可靠，搭設(shè)、拆除過(guò)程主要采用機(jī)械化吊裝施工，加快了施工進(jìn)度。由此可見(jiàn)，該支架設(shè)計(jì)方案在超過(guò)一定高度和荷載的跨線工程上部結(jié)構(gòu)施工中具有較高的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)，該方案對(duì)較高的大跨徑橋梁上部現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)支架的設(shè)計(jì)與應(yīng)用也具有重要指導(dǎo)意義。