大跨度现浇跨线箱梁砼结构和支撑系统的施工技术

大跨度现浇跨线箱梁砼结构和支撑系统的施工技术

张  正

上海市工程建设咨询监理有限公司

【摘要】144m跨线高架桥现浇混凝土箱梁施工，采用5.4m门式钢平台加9m碗口式钢管的混合式模板支撑体系，根据工程特点，认真编写方案，仔细分析受力，克服施工困难，在不影响区域交通的前提下安全、顺利实施。

【关键词】门式钢平台  碗口式钢管排架  模板支撑的受力分析计算  现浇混凝土箱梁

【中图分类号】                  /文献标识码     B           【文章编号】1004-1001

1 工程概况

五洲大道跨线桥工程地处上海浦东外高桥地区，本工程跨线桥为现浇砼的连续箱梁，结构形式采用飞燕弧形加肋筋预应力现浇箱梁，梁高2.0~2.7m,宽度25.5m，全长432m。全桥现浇箱梁共5联14孔15个墩台，其中跨五洲大道的为5号墩至9号墩为一联由四孔组成，跨度为27+45+45+27m，高度14.05m~16.51m。现浇箱梁的断面单箱两室两边悬挑的结构，梁高位2.7m。中腹板为直板600mm，顶板厚410mm,悬挑板厚300mm，底板厚400mm,箱梁断面如图1：

2 工程特点和难点

2.1五洲大道是一条连接浦东与浦西重要的交通枢纽，是中环线的一部分。经翔殷隧道过浦东五洲，交通流量非常的大。在跨线桥施工期间必须确保地面道路的双向四车道畅通，无全封闭施工条件。跨线施工除了考虑车辆通过的宽度和高度，同时要考虑不同施工阶段交通要求对施工的制约。如排架的防撞措施、施工车辆进出道口、施工停车点布置等。

2.2与交警部门的协调与沟通，由于7号墩处于五洲大道中央绿化带内，7号墩柱与跨线的结构施工必须按不同交通条件下组织施工考虑。另外7号墩绿化带宽度为6m,桩基与承台的原设计结构宽度为6m宽，要与设计沟通缩小宽度，确保工作面和施工场地。

2.3跨线工程混凝土箱梁的平均高度大于14m，现浇混凝土箱梁的模板支撑系统作为上部结构施工的临时支撑，其稳定安全至关重要，是上部结构施工成功的基本保证。因此箱梁模板支撑系统根据箱梁本身的荷载和施工荷载的情况进行组合受力分析计算和架体的布置。根据整体的安全稳定性的要求，考虑模板支撑系统架体搭设的要求、地基承载力是否满足上部结构施工荷载、架体系统沉降量的值能否满足允许值等。

2.4 现场无全封闭施工的条件，施工期间的人员进出、材料的运输、吊车点位置等，要在不同阶段进行安排。

3 方案的确定

3.1周边环境

五洲大道现状为双向来回车道，总宽度60米左右。地面交通双向流量最高峰23000左右，经常出现交通拥堵，从交通流量分析，属于繁忙道路。

3.2方案的选择

3.2.1交通组织要求

交通有关部门要求保存现有交通，合理疏散社会车辆，缓解交通压力，按照每侧主线确保三条车道，以占一还一的原则。交通部门要求，为保证车辆通行，在中央绿化带两侧各留二条不小于8米机动车道。

7号墩基础施工与上部结构阶段有不同的施工要求，基础承台立柱阶段的施工要单独考虑，要保证机械设备施工和运输车辆的进出停放。为了施工的安全要求，占用中央隔离带南侧一根车道，临时占道区域设置移动护栏。

3.2.2施工组织设计

本工程14孔模板支架，1~5号柱墩有两联组成，与9~14号柱墩相同。为了保证施工支架有足够的强度和刚度等安全要求，现浇钢筋混凝土箱梁施工用满堂支架，基础是经处理加固后，现浇混凝土地坪组成的体系。

跨线桥5~9号为一联的连续箱梁长144m,要求一次性完成现浇混凝土，5~9柱墩要考虑跨五洲大道保证车辆通行，综合安全、工期的因素，选用609mm钢管立柱加钢横梁组成龙门平台，结合满堂钢管排架支撑的形式。

7#墩的施工设计:原设计桩基为21根长43米直径Φ800的钻孔灌注桩，承台为尺寸6*14.2*2.5米结构，贴着中央绿化带南北两侧。根据交通组织的要求，为了安全施工，桩改为13根直径Φ1000m长46米,承台改为4.6*16.4*3米的尺寸，9m拉森桩既是基坑围护又是承台模板，永久埋入。

3.3跨线梁模板支撑的受力分析和计算

本工程箱梁自重荷载大、结构跨度大、高度高的特点。依据《钢管扣件水平模板的支撑系统安全技术规程》（DG/TJ08-016-016-2004）和《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2002）要求进行设计，内容包括：根据经验和杆件规格假定脚手架的假设方法；脚手架的强度和稳定验算；剪刀撑的布置及构造；脚手架的基础基础承载力计算；脚手架检查验收内容及质量标准。

3.3.1本工程跨线桥预应力混凝土现浇连续箱梁的支架，采用满堂碗扣式钢管脚手架，以一个联跨为基本单位。本次箱梁模板支架按全部的荷载计算。满堂脚手架属于多次超静定结构，故采用荷载平均分布法，进行单肢立杆的强度验算。立杆的4个方向都有横杆，横杆又处于框架平面内，没有偏心。纵横向水平杆对立杆主要起到限位约束作用，整体结构的稳定性验算简化为单枝立杆的稳定性的验算。

3.3.2剪刀撑根据构造设计，纵横向布置，每间隔3-4排立杆设一道剪刀撑。剪刀撑的两根交叉斜杆一为受拉，一为受压，其应力较小，所以不进行计算。

3.3.3计算的模式取值：根据箱梁结构特征，支架上的最大荷载表现在箱梁的腹板根部中断25.5m区域,取箱梁1/2宽的范围为计算尺寸。则每平方混凝土自重24.18KN/m2，模板支架、施工和机具荷载、混凝土浇筑时产生的竖向荷载，合计荷载33.58KN/m2。见图示2。

3.3.4模板支架验算：根据碗口多功能脚手架国家标准，当钢管立柱间距取值0.9*0.9m时，每根立柱承受的荷载为30KN。现场按立柱间距0.9m搭设。则0.81*35.58=28.82KN<30KN,满足要求。由于计算按平均布载，所以在腹板和横梁下将立柱加密到600mm。图示3：

3.3.5 立杆的地基承载力验算：按地基每平方容许承载力9T/m2,以连续5根方格为地面承受荷载的面积，即：5.4*5.4=29.16m2，以25根立杆总受力为计算单元，考虑支架水平横杆重量，即：1.1*25*28.82=792.55KN。则δ=N/A=792.55/29.16=27.18KN/m2<[δ]=9*9.8KN/m2 。立杆地基荷载力满足要求。

3.3.6 支架的钢管受压力的强度和抗稳定性验算，均小于205N/mm2，且强度安全系数大于1.5倍，稳定性安全性系数大于2倍，满足要求。经验算风荷载作用于脚手架的水平荷载所产生的弯矩很小。

3.4车辆通行龙门架的布置

五洲大道与跨线桥成正交，根据要求按重型龙门架形式设计，顺桥方向搭设。中央绿化带两侧各设一个2*8m的龙门支架。龙门架总宽度大于16m，高度大于5m。结构形式为钢结构。立柱为壁厚16mm的Φ609钢管，横桥向有6排组成，每排11根长25800m，间距2500mm。立柱的上部横向为H型488×300×11×18双拼组成的钢梁。纵向为H700*300*13*24间距900钢梁。钢管立柱顶底两端焊接-20加强板。用六根[12a型钢焊接立柱钢管为剪刀撑。五洲大道跨线桥龙门架排架图示4：

立柱钢管下部，考虑到整体性和防冲撞的要求，采用高1200mm*宽800mm现浇钢筋混凝土作为地梁，两端为船头型，内配16根Φ18钢筋，来承受上部传来的荷载。地梁顶预埋12根Φ20钢筋与钢管立柱的加强板焊接。

3.5排架搭设过程控制与变形控制

3.5.1支架地基处理是避免施工时发生不均匀沉降，而引起支架失稳和结构裂缝的重要措施。本工程地基处理方式：一是原有农田以及杂填土，这部分的地基承载力较小，要进行加固处理后方能满足现浇梁的施工要求。该类土质在桥的两端，荷载相对较小。地基加固处理首先土路基清表平整、碾压密实，后结构采用为30mm建筑垃圾+10cm碎石+18cm厚C20混凝土，结构层的每一层均要整平压实，混凝土面的平整度小于5mm。二是明暗浜区域，挖除原填土、暗浜、明浜的淤泥至老土，每300mm厚好土回填分层压实至原场地标高，以重型压实标准，压实度不小于95%。上铺100mm厚碎石压实，浇筑C30混凝土250mm厚内配14@200双向双层钢筋。三是开挖承台基坑回填处理，承台与基坑夹道内用中粗砂回填至承台的顶标高，用水密法施工保证回填的密实。排架搭设区域内用厚250mm C30混凝土。四是五洲大道路面，这部分荷载通过排架直接有五洲大道的路面上承受。由于五洲大道的路面结构为9cm沥青+45cm三渣+15cm乐石砂+2m二灰土，其承载力远大于9T/m2,能够满足排架地基受力要求，五是车辆通行的车道，用龙门架形式传递上部荷载受力体系。即通过短排架到龙门梁，到龙门钢管柱，再到地基。考虑排架整体稳定性及防冲撞的需要，支架的支撑在800*1200mm现浇混凝土地梁上。

为防止地基受水浸泡，在排架区域外的两侧开挖40*30cm的排水沟，排水沟分段开挖形成坡度，地点开挖集水坑。防止雨水和其它水流入支架区，而引起支架下沉。

3.5.2 满堂支架采用碗口式多功能钢管，Φ48mm*3.5mm焊接钢管作为主构件，立杆和顶杆上每隔0.6m有一套碗口接头，下碗口焊在钢管上，上碗口对应的套在钢管上，其消槽对准焊在钢管上的的限位即能上、能下滑动。横杆的钢管两端以

3.5.3 混凝土分两次浇筑：根据设计施工图、相关规范及现场实际情况，上部结构连续箱梁钢筋混凝土浇筑分两个阶段进行。第一次浇筑至箱梁顶的翼角处，圆弧悬挑边缘与底板一起浇筑。剩余的顶板结构混凝土第二次完成。

4 施工过程安全管理

4.1本工程支架高度大于8m、跨度大于18m、施工荷载大于10KN/m2等特点，编制专项方案后，报上海科技委专家组论证，满足专家意见后报监理审批方可施工。

4.2排架搭设建立验收程序和工作制度：做好技术交底和安全交底工作——地基碾压后密实度测试——混凝土浇筑的强度、平整度和几何尺寸验收——支架钢管材料进场后的验收和测试——支架搭设前的放线和验收工作——首层支架的验收——支架搭设的过程控制——支架验收——排架模板预压的试验——结构混凝土浇筑的监控。

4.3排架采用全封闭施工，车道上面设双层保护防坠落，在龙门架平台上满铺18厚多层夹板组成全封闭平台，平台下满铺密目网。施工平台向两边延宽1.2m,底层和侧面均两层搭设，一层竹胶板一层密目网，防止高抛和细小硬物的坠落。

4.4拆除模板支架的措施：拆除支架模板与搭设在安全方面是同等重要。要考虑受力体系转换的安全和拆除过程中保证交通运行的安全。现浇箱梁支架何时可拆除，应按设计施工的要求：箱梁现浇砼强度达到设计要求的100%；箱梁有关的预应力工程施工完成，方可拆除模板支架。

拆除施工流程

拆架时一定要先拆箱梁翼板后拆底板或先外伸梁后主梁，并必须从跨中对称往两边拆。支架拆除宜分两阶段进行，先从跨中对称往两端松一次支架，再对称从跨中往两端拆，而且在整个拆除过程中必须有技术人员跟班指挥与检查，以防拆架产生过大的瞬时荷载引起不应有的施工裂缝。拆除程序遵循的原则：跨中先拆、沿向支座；先搭后拆、后搭先拆；由上而下、严禁抛掷；安全警戒、随时清理。

5 小结

在施工过程中，我们重点对排架的基础、立杆、横梁、扣件钢管进行认真的设计，在技术上保证了整个支撑系统的安全、合理。跨线排架安装过程中，安排在交通流量最小的下半夜封路。通过多方的分析，积极组织、合理布置、严格控制，严格按方案施工，顺利完成。