路軌共構高墩蓋梁支撐體系選型*

王 月，趙 明，李 忠，李凌宜

(北京市政路橋股份有限公司，北京 100045)

0 引言

近年來，軌道交通建設蓬勃發展，土地資源稀缺及橋梁建設用地緊張日益突出。為了最小化占用土地資源，提高空間利用率，橋梁造型日趨復雜，各種高度高、跨度大、結構新穎復雜的混凝土橋梁層出不窮，給橋梁施工提出更高要求。新機場線為北京市首例采用“路軌共構”結構的軌道線路，最大化節約了城市用地，形成空間4層立體交通走廊(見圖1)，蓋梁位置高(高達28.5m)、自重大(重達600t)，施工風險大、工期緊，且面臨冬期施工，支撐體系的合理選擇尤為重要。若采用傳統滿堂支架法施工周期較長，搭設繁瑣，地基處理難度大、費用高，易造成不均勻沉降，材料及人員投入較大，施工速度慢，適用于高度較小的蓋梁支撐；而采用鋼管柱結合貝雷梁的支架形式將避免大面積地基處理，人員需要少，施工速度較快，且拆卸方便，拼裝省力；抱箍法依靠支撐及鋼模的強度和剛度，將蓋梁鋼筋、混凝土、模板及各種施工荷載全部傳遞到立柱中，從而省去常規施工中的落地支架，能最大限度地減少施工支架占用交通道路現象。

本標段開工以來受拆遷、設計圖紙等各類因素制約，工期緊，且橋梁結構新穎、工程量大，因此，“路軌共構”高墩蓋梁支撐體系進行合理選型尤為重要。本文結合本工程的實際情況，將抱箍法與貝雷梁結合鋼管柱法進行比選，確定最佳支撐體系，并采取一系列控制措施。

1 研究內容及方法

本文以北京市新機場線工程為依托，從材料、受力及變形情況、對結構的影響3個方面探究鋼管柱貝雷梁組合支架法及抱箍法在“路軌共構”高墩蓋梁施工中的適用性及優劣性，為以后類似工程的支撐體系選型與施工提供借鑒。

1.1 抱箍結合貝雷梁支撐體系

1)支撐裝置優化 結合現場工期緊情況，將抱箍支撐加以優化，使其既作為墩柱澆筑用的模板，又作為上蓋梁澆筑時的預應力支撐裝置，簡化施工工序，節省材料與施工空間。該裝置包括鋼模板、牛腿、加強板、豎肋、橫肋、上端拉桿、螺栓、上端橫桿、精軋螺紋鋼等。鋼模板最上端設置2道垂直于支架面的橫桿，橫桿前、后兩端分別設置1道拉桿。支架面穿12根精軋螺紋鋼，側面穿8根精軋螺紋鋼，施工時采用施加預應力方式，增加其摩擦力。牛腿應力集中的部位采用加強板焊接加固(見圖2)。

圖2 預應力支撐裝置

2)抱箍結合貝雷梁支撐體系布設 采用貝雷梁搭建施工平臺(39m×6m)，進行共構橋墩蓋梁澆筑，貝雷梁布置位置如圖3所示。貝雷梁在支撐負彎矩位置采用2層貝雷梁(長度為3片貝雷架，9m)，懸臂端及跨中位置采用單層貝雷架，分6排1組布置在墩柱兩側。貝雷梁上部布設滿堂支架(見圖4)。

圖3 貝雷梁布置

圖4 抱箍貝雷梁支撐

3)施工工藝 考慮工期因素，將施工工藝進行優化，墩柱下部模板與支撐裝置鋼模板均作為墩柱澆筑模板，安裝完成后再澆筑墩柱混凝土，待墩柱達到拆模強度后，只拆除抱箍以下模板，之后進行貝雷梁拼裝及架設，搭設分配梁及上部滿堂支架并鋪設底模、安裝側模，并對PBS1080型精軋螺紋鋼進行預應力張拉。施工蓋梁梁體及養護完成后，依次拆除盤扣支架、貝雷片，最后對精軋螺紋鋼進行放張，拆除支撐裝置。

1.2 貝雷梁鋼管柱支撐體系

組合支架最下層采用6排φ609×16鋼管柱作為支撐，每排縱向布置2根φ609×16鋼管柱。4排靠近墩柱的鋼管柱底部直接放置在橋墩承臺上，蓋梁懸臂下端對稱布置的2排鋼管柱放在鋼筋混凝土基礎上。兩側部位鋼管柱支承在澆筑的混凝土塊上，標準鋼管柱放置完成后，在頂部用I45作為分配梁，再利用貝雷梁搭設支架平臺，貝雷梁選用1.5m×3m標準321型貝雷梁片拼裝而成，橋墩前、后兩側分別搭設3排貝雷梁，中間布設9排，貝雷梁上方鋪設I20，最后搭設φ48×3.2盤扣式腳手架及模板，其模架布置如圖5所示。

圖5 共構標準段鋼管柱貝雷梁支撐體系

2 高墩蓋梁支撐體系選型

2.1 貝雷梁受力及變形情況比較

為了研究支撐體系的受力及變形情況，采用MIDAS建立三維模型(見圖6)，分別對這2種方案進行有限元計算。計算結果表名，抱箍方案中貝雷梁在混凝土濕重及人群荷載作用下的最大沉降出現在貝雷梁最邊緣處，沉降值為29.7mm。而鋼管柱結合貝雷梁組合支架施工方案中貝雷梁的最大沉降出現在跨中區段，為28.78mm，減小14%，如圖7，8所示。通過對比可發現，使用抱箍作支撐時，貝雷梁跨中至跨端的不均勻沉降較大，對上蓋梁懸臂端的沉降及外觀產生影響，而采用鋼管柱作支撐時，由于橋段兩側鋼管柱的支撐作用，保證了貝雷梁懸挑處不產生較大沉降。

圖6 MIDAS三維模型

圖7 施加荷載后貝雷梁變形

圖8 貝雷片變形

抱箍作為支撐結構時需考慮的受力多且復雜，其更適用于圓形墩柱的橋梁結構施工，由于本共構高架橋為矩形墩柱且側面帶有流水槽，使其鋼模板更易發生變形。鋼模板在上部荷載作用下，呈現上部受拉、下部受壓受力狀態，上部變形出現翹曲，鋼模板的最大應力出現在豎肋根部與牛腿連接位置，應力最大值為210.8MPa，應力云圖如9a所示。鋼模板的翹曲變形云圖如9b所示，在頂部水平方向的水平位移為1.7mm。

圖9 鋼模板應力與變形云圖

2.2 對混凝土結構外觀影響

采用抱箍法施工時，墩柱混凝土的應力同樣呈現不均勻分布，在牛腿底部支撐點處混凝土應力達到最大值2.365MPa，如圖10所示。通過分析可發現，抱箍作為支撐結構時易造成墩身混凝土的應力集中現象，從而影響混凝土結構外觀。而鋼管柱法通過貝雷梁鋼管立柱依次從上到下將蓋梁荷載傳遞至地基，最終都是以承臺作為最終持力層或以下部澆筑擴大基礎抵消豎向荷載，對混凝土結構外觀不造成影響。

圖10 混凝土應力云圖

2.3 對混凝土結構外觀影響

2.3.1貝雷片用材對比

1)鋼管柱結合貝雷梁組合支架法 中間部位布置3組共9排貝雷梁(縱向布置為3片貝雷梁+5片貝雷梁+3片貝雷梁)，兩側各布置1組3排貝雷梁(縱向為13片連續的貝雷片)，共需177片(重46.02t)(見圖11)。

圖11 貝雷梁橫斷面

2)抱箍結合貝雷梁法 貝雷梁在支撐負彎矩位置采用2層貝雷梁(長度為3片貝雷架，9m)，懸臂端及跨中位置采用單層貝雷架，分6排1組布置在墩柱兩側，共需標準貝雷片228片(重61.56t)，且需對標準桿件進行加強處理。加強方式如下：①上弦桿加強 用弦桿標準桿件在上部貝雷架上弦桿位置加強，加強方式如圖12所示，加強貝雷架所在位置如圖13所示；②腹桿加強 腹桿加強方式包括A，B，C 3種，3種加強方式及位置如圖14所示。

圖12 上弦桿加強方式示意

圖13 上弦桿加強貝雷架所在位置

圖14 腹桿加強方式及位置示意

2.3.2抱箍與鋼管柱用材對比

1)鋼管柱結合貝雷梁組合支架法 使用12根φ609×16鋼管柱，無須定制，不易變形，重復利用率高。

2)抱箍結合貝雷梁法 支撐裝置需專門制作，且易變形，重復利用率低，技術要求高。

根據以上綜合對比分析，從受力變形、操作性、節約性、對混凝土結構外觀影響的角度出發，選擇鋼管柱貝雷梁支撐體系。

3 結語

本文以新機場線“路軌共構”高架橋為依托，為確保施工安全和質量，降低施工難度，兼顧施工進度，綜合考慮現場諸多因素，探究了鋼管柱貝雷梁組合支架法、抱箍法在高墩蓋梁施工中的適用性及優劣性，確定最佳支撐體系搭設方案，提出對于高度高、自重大、長懸臂、矩形墩的共構結構蓋梁支撐體系宜選用鋼管柱法，并根據現場的實際情況采取一系列施工技術控制措施，取得良好的社會與經濟效益，得出主要結論及建議如下。

1)從變形及受力方面來說，選取鋼管柱貝雷梁組合支架法將貝雷梁的沉降減小14%，由于橋段兩側鋼管柱的支撐作用，保證貝雷梁懸挑處不產生較大沉降。

2)從用料方面來說，選取鋼管柱貝雷梁組合支架法將貝雷梁的用量減小43%；且采用抱箍法時，標準件貝雷梁不能滿足上部施工荷載的承載需求，需對貝雷片進行加強，耗費人力，增加材料投入。

3)抱箍作為支撐結構時需考慮的受力多且復雜，其更適用于圓形墩柱的橋梁結構施工，而本共構高架橋為矩形墩柱且側面帶有流水槽，使其鋼模板更易發生變形，重復利用率低，抱箍作為支撐結構時易造成墩身混凝土的應力集中現象，對混凝土外觀產生影響。