上跨既有桥梁现浇箱梁悬挑支架设计及施工

上跨既有桥梁现浇箱梁悬挑支架设计及施工

作者姓名：李伟

单位：中铁上海工程局集团有限公司第一机械化施工分公司

省市：吉林省白山市

邮编：134300

摘要：城市立交桥建设对提升道路通行能力、解决大容量交通、加速城市综合交通体系建设具有重要意义。现浇连续箱梁整体性好、造型美、结构刚度大，广泛运用于公路、市政桥梁。城市立交桥现浇箱梁多建设于既有道路、桥梁之上，不仅要保证上跨桥梁顺利施工，还要确保既有结构安全。受建设条件限制，支架搭设无法采用常规结构形式，只能采用门洞支架或悬挑支架施工方法。悬挑支架结构受力复杂，对支架搭设质量、支架稳定性要求高，所以提高地基承载能力和支架整体稳定性是设计、施工重点。

关键词：上跨既有桥梁；现浇箱梁

1 设计背景

某桥梁南北向主线桥共9联24孔，设计采用35 m跨预应力混凝土现浇连续箱梁。第SN6联设计为2孔35 m预应力混凝土连续箱梁，箱梁断面为单箱两室、等截面连续箱梁形式。梁板宽度12.75 m，箱梁底板宽7.56 m，梁高2.2 m，支座中心至梁端0.56 m，横断面方向两支座间距为4m。采用C50混凝土，每孔最大重量912 t。

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）规定，钢筋混凝土构件和B类预应力混凝土构件，在正常使用极限状态下的裂缝宽度应按作用频遇组合，并考虑长期效应影响进行计算。经计算截面顶缘最大裂缝宽度0.212 mm>容许值0.2 mm，不满足规范要求。

2 悬挑式支架设计方案及检算

2.1 悬挑式支架风险分析

（1) SN6联桥址淤泥层覆盖较厚，地下管线错综复杂，地基处理困难，钢管桩支架局部会受下沉影响产生应力裂隙；（2）靠近悬挑位置钢管柱受弯强度大，容易造成应力集中，影响支架整体稳定性；（3）悬挑支架斜撑焊接质量直接影响承载能力。

2.2 悬挑式支架结构形式

结合影响因素，采用钢管、工字钢支架搭设，条形基础横桥向通长布置，尺寸为宽度1 m，高度0.6 m，共6排，间距为5、7、7、4、4 m，立柱采用Φ529 mm×8 mm螺旋管，横桥向每排布置4根，间距为3.6 m，靠近白沙河桥一侧钢管柱紧邻桥梁边缘设置，工字钢悬挑并设置I45b工字钢斜撑，斜撑分别与工字钢、钢管满焊。因悬挑位置钢管柱受弯拉力较大，钢管内灌注C20混凝土。立柱顶横桥向布置双拼I45b工字钢，纵桥向采用I45b工字钢，间距与盘扣支架搭设相同，搭设盘扣式满堂支架调节桥梁纵横向坡度。悬挑支架立面和断面。

2.3 悬挑支架的受力检算

悬挑式现浇支架设计中，悬挑结构稳定性及钢管柱承载能力是最主要的验算指标，模板支架系统为常规设计，因此主要对钢管柱的承载能力及架体整体稳定性进行检算。

通过对上部盘扣式满堂支架受力进行模拟分析，利用结构力学计算公式可得出立杆支座反力，依次作为悬挑支架的竖向荷载。

建立悬挑支架整体受力模型：根据《建筑施工临时支撑结构技术规范》，钢材的力学指标取下值：σ=205 MPa,I45b工字钢设计受力参数为：W=150 200 mm3。

2.3.1 悬挑支架抗弯验算

弯应力σ的公式参考《建筑施工临时支撑结构技术规范》（JGJ 300—2013）。

式中：M——水平杆弯矩设计值（N⋅mm);W——杆件截面模量（mm3);f——钢材强度设计值（N/mm2）。

根据受力模拟分析，经计算可得悬挑支架钢构件最大弯矩M=360 336 805 N⋅mm。

最大弯应力σmax=Mmax/W=360 336 805/300 400=119.95 N/mm2<205 n>。

2.3.2 悬挑支架体系挠度验算

最大挠度0.011，满足要求。

2.3.3 悬挑支架支座反力计算

由受力软件计算得出，最大支座反力为：923.8k N。每排螺旋焊管下设置14 mm×1.2 mm×0.6 mm的C30混凝土条形基础。地基承载力必须满足（考虑45°扩散角）f=N/A=[（923.8+423.4+655.1+111)+（14×1.2×0.6×25.5))/（14×2.4)]=70.5 k Pa。

2.3.4 钢管柱强度及稳定性验算

风荷载标准值Wk的计算参考《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）。

Wk——风荷载标准值（k N/m2）；βz——高度z处的风振系数；μs——风荷载体型系数；μz——风压高度变化系数；w0——基本风压（k N/m2）。

悬挑支架的风荷载标准值为：Wk1=1×1.3×1.52×0.6=1.19 k N/m2。

风荷载对悬挑支架作用为：F总=Wk1×（A梁+A柱)=1.19×（3.5×24+0.45×32)=117.1 k N。

悬挑支架所受风荷载作用在螺旋管立柱上，水平风力对每根钢管作用为：F均=F总/24=4.9 k N；钢管立柱所受横向弯矩为：M风力=4.9×7=34.3 k Nm⋅。

查《钢结构设计规范》（

GB 50017—2017）附录表G-2，得到稳定系数：φ=0.929。

所以，钢管立柱强度及稳定性验算满足规范要求。

3 悬挑式支架搭设

3.1 地基及基础施工

原有地基承载力不能满足要求，所以对地基采取清淤换填石渣的处理方式，回填厚度为1 m，经重力触探方案检测地基承载力为113 k Pa，满足要求。为保证条形基础稳定性，换填后浇筑30 cm厚筏板基础，在筏板基础上布置混凝土条形基础，条形基础横桥连续布置，条形基础长度14 m，宽度1 m，高度0.6 m。

3.2 支架基础预压

条形基础施工结束后，采用1.2倍的上部荷载对基础进行预压，尽可能消除软弱地基的不均匀沉降和非弹性变形，检验基础处理效果。将搭设支架用的工字钢按照事先布置好的荷载分布及数值吊装至条形基础并依次对称叠放，布置沉降观测点，并记录初始读数以及分级加载后的数值变化。基础预压合格后，搭设悬挑支架体系。

3.3 螺旋管安装

（1）钢管立柱采用Φ529 mm×8 mm螺旋钢管，安装前计算钢管柱柱顶标高，对钢管材料完成预加工，当钢管柱高度存在误差时采用切割或支垫钢板形式调整标高，确保钢管标高符合安装要求。

（2）钢管立柱和基础的连接采用螺栓连接，保证连接的稳定性，钢管底部焊接钢板，钢板尺寸为800 mm×800 mm×20 mm，钢管与预埋钢板采用8块（100 mm×100 mm×10 mm）厚三角形缀板进行焊接，焊接厚度不小于8 mm。

（3）同一排钢管立柱安装完成后，横向采用16#槽钢，连接方式为剪刀撑。

（4）钢管柱支架靠近现状白沙河桥一侧螺旋管灌注C20混凝土。

3.4 工字钢分配梁安装

（1）分配梁采用2I45b工字钢，2根工字钢上下面各贴一块10 mm厚、30 cm宽的钢板。钢管立柱安装完成后利用全站仪或水准仪复核管顶标高，检查合格后，方可安装上部结构。工字钢分配梁吊装前应按设计完成预加工。起吊时分配梁两端套上绳索，人工拉住绳索控制分配梁朝向，分配梁与桩顶接触部位以点焊方式临时固定，之后松开吊钩及绳索。横梁中心与立柱中心重合。采用三角钢板（厚度10 mm）将工字钢与钢管立柱顶部焊接牢固。

（2）工字钢斜撑焊接，提前计算斜撑角度，工字钢与工字钢支架加垫2 cm厚钢板满焊，工字钢与螺旋焊管之间应满焊，上下各加一块2 cm×20 cm×20 cm的缀板。

3.5 支架预压

支架系统形成后，为保证箱梁砼结构的质量，悬挑支撑搭设结束及底模板铺设后必须进行预压处理，以消除支架、支撑方木和模板的非弹性变形和地基的压缩沉降影响，根据现场预压情况，对支架系统进行改良加固。同时取得支架弹性变形的实际数值，作为梁体立模的抛高预拱值数据设置的参考。

4 结语

通过对既有白沙桥结构受力性能验算，计算了既有桥梁的承载能力。在常规支架搭设受限条件下采用悬挑式钢管支架施工双元路与双积路节点立交桥SN6联现浇连续箱梁，最终顺利完成本联箱梁施工，确保了双元路与双积路节点立交桥工程的工期目标任务的完成，为类似桥梁施工提供经验。

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