支架法在大跨度(跨既有线路)连续梁施工中的应用

摘要：以津秦客运专线跨唐山市戏外环高速公路60+100+60m连续梁为例；支架法施工大跨度连续梁，特别是跨既有线路中，既要保证结构安全、又要保证工程质量、还要考虑施工进度，所以在施工中遇到了相当大的困难。

关键词：支架法 大跨度 既有线路 结构安全 工程质量

1、本工程为跨越高速公路连续梁，施工全过程中需做好安全防护，且不能影响桥下交通，此为工程施工的一个难点。

2、大跨度连续梁支架法施工过程中，桥梁线形控制为本连续梁施工的又一个难点。

1、 工程概况

丰南跨津山特大桥于DK110+119.15处跨越唐山西外环高速公路，跨越桥式为(60+100+60)m预应力混凝土变高度连续箱梁，与西外环高速公路斜交角度为52°56′，连续梁起止里程为DK110+009.55～DK110+231.25，连续梁采用高速公路车道上方搭设门洞支架、公路两侧路基边坡设置贝雷梁悬挑支架方法施工。

2、地理条件

连续梁跨越线路位置为规划中的西外环高速公路，高速公路为高填土路基，两侧为农场，省道、县道及乡村水泥道路交叉通过，交通条件较为便利，县村道路与高速公路立交处为小桥或涵洞，一般净高在3.5m以下，施工车辆若就近进入需对原通道涵、桥下路面进行降低改造以增加净空后能够满足施工运输条件和人员进场。

3、箱梁结构形式

1、结构形式：梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。箱梁顶宽12.0m，箱梁底宽6.8m。顶板厚度40至50cm，按折线变化，底板厚度40cm至100cm，按直线线形变化，腹板厚60至80、80至100cm，按折线变化。全联在端支点、中跨中及中支点处共设5个横隔板，横隔板设有孔洞，供检查人员通过。

2、桥面宽度：防撞墙内侧净宽8.8m，桥上人行道栏杆内侧净宽11.9m，桥面板宽12.0m，桥梁建筑总宽12.28m。

3、梁全长为221.5m，计算跨度为60+100+60m，中支点处梁高7.85m，跨中截面梁高4.85m，梁底下缘按圆曲线变化，圆曲线半径R=309.6667m；边支座中心线至梁端0.75m。

4、全桥共分9个梁段，中支点A0号梁段长度29.5m；A1、B1号梁段长度3.0m；A2号梁段长度64.5m，B2号梁段长度43.0m。

4、支架法施工大跨度连续梁中的技术及质量控制

4.1基本施工方法概述

本工程跨越唐山西外环高速公路大跨度连续梁，由于工期要求，施工方法由挂篮悬臂浇筑变更为支架现浇。唐山西外环高速公路车流量大，交通繁忙，为保证车辆正常通行需求，跨越高速公路区段采用门洞支架形式。在高速公路路面上设置条形基础安装φ630钢管桩，横向分配梁上安装I56a型钢作为受力纵梁，同时设置安全防护设置，因净空高度限制，受力纵梁顶交叉分布纵横向分配梁进行梁底高度调节。为便于脱模，桩顶与分配梁间设置砂箱。门洞对称布置在绿化带两侧，利用导向标志牌和防护防撞、减速措施限制单侧单车道通行。为避免铁路施工破坏高速公路路基边坡，提高支架结构基础的安全性和稳定性，坡脚位置插打钢管桩，高速公路路肩处设置条形基础，贝雷梁纵向设置在条形基础分配梁和钢管桩顶分配梁上，梁顶搭设碗口钢管支架。其余地段搭设碗口满堂支架。支架预压后调整标高铺设底模，绑扎钢筋、预埋预应力管道等，现浇梁体混凝土。

首先在软基础上将基础清理至密实状态的原地基，再经捣固机处理密实后或经压路机碾压密实后在铺撒一层厚约10～20cm碎石，再根据底板、腹板分区不同，在其上浇注一层厚度15～20cm的C20混凝土，对于翼缘下可采取原地面压实后铺碎石再压实，不浇混凝土垫层或仅浇注一层找平地坪混凝土；若考虑经济、倒用，可在碎石垫层上用中粗砂找平后，铺设预制的混凝土板。0#块14m长度范围均设置型钢托架，钢管混凝土立柱及临时支座平衡0#块混凝土浇筑施工时两侧的不平横荷载产生的弯矩以及预应力张拉时产生的支座反力。

4.2 连续梁施工步骤

1）、连续梁墩的墩身施工完毕后，进行地基加固处理，连续梁主墩附近拼装支架，在主墩两侧各5.3m处搭建临时墩，安装永久支座，在支架上立模浇注A0#节段，同时搭设西外环高速公路门洞支架及两侧悬挑贝雷梁支架，并在其上搭设碗扣式钢管支架作为A2#节段现浇支架， A2节段两端设立钢管桩劲性支撑。施工过程中做好高速公路安全防护工作。

2）、张拉并锚固纵向预应力束及横向、竖向预应力筋，拆除A0#节段支架，保留临时墩。

3）、在拼装预压完成的A2#节段支架上现浇A2#节段。同时拼装A1、B1节段现浇支架。

4）、张拉并锚固纵向预应力束及横向、竖向预应力筋，拆除A2#节段支架并保留临时墩。

5）、安装临时刚性连接构造，在拼装预压完成的A1、B1节段支架上现浇A1、B1节段。张拉并锚固纵向预应力束及横向、竖向预应力筋。

6）、拆除A1、B1节段支架。

7）、安装边墩永久支座，边墩身附近拼装边跨支架，在边跨支架上，浇注边跨现浇段B2#节段。

8）、张拉并锚固纵向预应力束及横向、竖向预应力筋，拆除边跨支架及临时刚性连接构造。

9）、进行桥面铺设工作。

4.3支架设计

4.3.1支架设计考虑因素

支架工程设计分为：基础工程、支架、纵梁三个部分，要进行基底承载力、强度、刚度、挠度和稳定性检算，从而确定基础的形式、杆件的间距、数量和预留起拱度。支架强度安全系数大于1.4，稳定性安全系数大于1.5。首先根据现场地质情况、桥跨结构，本着施工方便、安全、经济的原则选用支架类型。

（1）支架设计主要考虑以下因素：

① 地基处理方式及地基承载力。

② 施工环境对支架搭设类型的限制。

③ 高速公路通行车到净宽和净高限制。

④ 荷载：模板和支架自重；梁体重量；施工人员和施工材料机具等行走运输或堆放的荷载；风力荷载等。

⑤ 支架搭设方式；

⑥ 支架的变形、沉陷等。

⑦ 预应力施工后支点反力的变化。

（2）支架设计主要检算以下因素：

① 强度检算：支架各构件按其计算图式进行强度计算，容许应力可按临时结构予以提高。

② 挠度验算

③ 预拱度计算：包括梁体自重所产生的挠度、支架受荷载后产生的弹性变形和非弹性变形、支架基础的沉降量等。

强度、刚度、稳定性必须满足设计规范的要求。

4.3.2支架设计及布置

本连续梁采用支架现浇施工，连续梁施工步骤为先A0节段，再A2节段，然后施工合拢段A1、B1，最后施工边跨B2节段。共分9个节段，可有效缩短节段施工循环工期。现浇支架A0节段主墩两侧设置钢管混凝土劲性支撑，承载不平衡力矩和预应力张拉时的反力，A2节段端部下各设2排钢管混凝土劲性支撑。

由于本桥跨越西外环高速公路，为不影响高速公路正常通车要求和通行安全，在高速公路路面上方搭设门式钢管支架，同时为避免破坏高速公路路基边坡稳定影响车辆通行安全，在路基边坡上采用贝雷梁悬挑支架跨越，路基坡脚插打钢管桩作为贝雷梁支撑结构

4.4支架施工

4.4.1支架施工总体要求

（1）、支架要有足够的强度、刚度和稳定性；

（2）、要有简便可行的脱模措施；

（3）、预压重量大于浇筑混凝土的重量；

（4）、支架地基承载力必须满足要求，基础可采用明挖扩大基础、钢管桩基础。

（5）、根据预压时支架产生的弹性和非弹性变形，设置预拱度。

（6）、支架基础及四周有完好的排水系统。

4.4.2 支架基础施工

4.4.2.1地基基础加固目的

地基作为支架结构的基础，必须保证要有足够的刚度，从而使支架结构受力顺利传至地下，并保证支撑结构的稳定性，使浇筑成型后的混凝土连续梁线形满足设计要求，因此必须对支架下地基进行处理，以达到支架设计承载力。

4.4.2.2地基处理步骤

清理原地面松软土分层回填碾压密实K30试验检验合格铺15cm碎石垫层浇筑15cm后C20素混凝土并找平混凝土养护设置排水设施。

4.4.2.3地基处理技术措施

（1）地质较好地段地基处理

首先要在软基础上将基础清理至密实状态的原地基，再分层回填，经捣固机处理密实后或经压路机碾压密实后再铺撒一层厚约10～20cm碎石，K30平板试验检验合格后再在其上浇注一层厚度15～20cm的C20混凝土，以满足支架对地基承载力的设计要求。

（2）钻孔桩施工泥浆池及软土地段回填处理

钻孔桩用泥浆池处地基承载力低，需进行地基换填处理。首先将泥浆池处淤泥清运出基坑，再采用掺5%的水泥的改良土回填，分层碾压密实，经K30试验合格后铺撒碎石，其上浇筑一层厚度15~20cm的C20混凝土。

4.4.2.4排水设施设置

在连续梁支架地基两侧设置一道断面尺寸为20cmx30cm的排水沟，排水沟沿纵向设置2%的坡度。

4.4.2.5地基处理注意事项

在进行以上地基处理时，必须注意的要点：

（1）、地面必须整平、夯实，压实后的标高按支架底设计标高确定，且K30试验合格；基坑回填部分须进行重载汽车轮压。

（2）、碾压密实后的最后地基面整度不得大于2cm；

（3）、立模浇筑C20混凝土，模板顶面高差不超过+10mm，保证混凝土顶面高差不超过+10mm，防止支架基础局部混凝土表面积水影响地基承载力。

（4）承台边线与基坑回填土之间C20混凝土设置断缝，以避免承台硬基础地段与回填土地段沉降不一致造成混凝土基础开裂及支架结构不稳定。

4.4.3主墩墩旁支架

为了在A0#节段施工中平衡两端因施工中可能出现的不平衡弯矩，在P620#墩、P621#墩承台面上设置4根Φ1000mm×12mm钢管桩，4根钢管相互之间设置竖向和横向连接系，同时与墩身上的预埋件连接好，钢管柱扩充头内绑扎钢筋浇注混凝土，顶端设置硫磺砂浆垫块作为底模下临时支座。

4.4.4门洞式贝雷梁支架

为保证车辆正常通行需求，高速公路上方搭设门洞式贝雷梁支架，Ф630x8mm钢管柱支撑在0.8m高的钢筋混凝土条形基础上，条形基础与高速公路沥青混凝土路面间用砂垫层找平。门洞支架跨度布置为（8.5+4+8.5）m，中间4m段为绿化带。门洞单向净宽为7.5m，净高6.0m，垂直高速公路方向钢管立柱中心间距为8.5m，顺高速公路方向钢管柱中心间距为2.0m～3.5m，条形基础底宽1.0m，施工时按设计图纸要求预埋钢板，保证与上部钢管柱脚焊接紧固。

为脱模方便，在每根钢管柱顶部设一个承载力不小于200t的砂顶，内装填铁砂，同时在立底模时方便调节标高。砂顶上布设2I56a工字钢，贝雷梁布置于工字钢上，同时做好横向限位措施。贝雷梁间采用标准连接件或新制连接系进行横向连接，以保证贝雷梁组的横向稳定性。

门洞支架搭设完成后，充分考虑下方车辆通行安全，采取满足要求的安全防护措施。

4.4.5公路两侧悬挑贝雷梁支架

将悬挑梁所处范围高速公路车道封闭，施工2I56a工字钢下混凝土条形基础，条形基础宽1.0m，高0.8m，长21.8m。同时按照设计图纸要求，对钢管桩位置进行测量放样，采用120t打桩锤插打钢管，钢管外露长度为5.05m，入土深度10m。桩顶搭设2I56a分配梁。

4.4.6碗扣式支架搭设

碗扣支架均采用外径φ48mm标准杆件进行组装，每根立杆下端均设定型圆盘支座或木垫板，并按要求设置剪刀撑。立杆顶端安装可调式U形支托，先在支托内安装横向方木，再按设计间距和标高安装纵向方木及楔木垫块。钢管的整体稳定性是由基础的不均匀沉降、支架结构的稳定性控制。横桥向按照支架的拼装要求，严格控制竖杆的垂直度以及扫地杆和剪力撑的数量和间距。顺桥向支架和墩身连接，以抵消顺桥向的水平力。同时碗扣式支架通过钢管与钢管桩支架连成一体，确保混合支架的强度和整体稳定性。

碗扣式钢管支架布置：在地基基础处理好经检查合格后，在基础上铺设一层枕木，在枕木上搭设建筑钢管支架，根据施工图，在有竖杆的位置划线并作好记号，吊线立起竖杆，拼装扫地杆，扫地杆至钢管底端的距离不大于20cm，再拼装顺桥向横杆和横桥向横杆，及时拼装剪刀撑，搭设一段竖向高度后进行全面检查，符合相关要求后再继续向上拼装。

碗扣式钢管支架搭设的基本要求：顺桥向间距为60cm，在墩顶位置的间距是30cm；横桥向间距为60cm、90cm，但在有腹板位置的间距为30cm，支架高度按照设计要求布置，层高按1.2m布置。

对于碗扣式支架，由于支架体系自身的稳定性较好，剪刀撑可顺桥向设置4排，分别设于底板倒角处、腹板与翼缘板相交倒角处；横桥向剪刀撑的设置，根据现场实情况横向剪刀撑按4m /道设置。剪刀撑网格间距为2.5～3.0m。

组装顺序：立杆底座立杆横杆斜杆接头紧锁脚手板上层立杆立杆连接销横杆。

支架组装以4人为一小组，其中二人递料，另外二人共同配合组装。组装时，要求至少二层向同一方向，或由中间向两边推进，不得从两边向中间合龙组装。

4.5 支架检查与验收

4.5.1基础及支架的检查和验收

1）、为确保地基基础的承载力，必须对基础进行仔细的检查，（1）、压实度：不小于90%；检查方法：用静力触探仪或K30现场实测；（2）、纵断高程：+10mm～-20mm；检测方法：水准仪现场实测；（3）、宽度：不小于设计规定；钢尺实测；（4）、平整度：不大于20mm，检查方法：3米直尺：每200m测4处×3尺；（5）、土质含水量：适中；检测方法：现场用环刀法取样后试验室内采用烘干实测确定。

2）、碗扣式支架验收：要按照建筑钢管支架的相关要求严格控制施工质量，特别要注意钢管的垂直度、钢管扣件的扭矩和锁紧力。

4.5.2支架的堆载预压

支架搭设好后，铺设底模，要对支架进行预加载试压，支架预压的目的：1、检查支架的安全性，确保施工安全。2、消除地基和支架非弹性变形的影响，有利于桥面线形控制。

预压方法依据箱梁混凝土重量分布情况，在搭好的支架上的堆放与梁跨荷载等重的砂袋（或钢材）(梁跨荷载统一考虑安全系数为1.2)。施工前，每袋砂石按标准重进行分包准备好，然后用汽车吊或简易扒杆进行吊装就位，并按梁体结构形式合理布置砂袋数量。

为了解支架沉降情况，在预压之前测出各测量控制点标高，测量控制点按顺桥向在预压支架下每两排布置，每排上下各1个点，。在加载50%、80%和100%后均要复测各控制点标高，加载100%预压荷载并持荷24h后要再次复测各控制点标高，如果加载100%后所测数据与持荷24h后所测数据变化很小时，表明地基及支架已基本沉降到位，可卸载，否则还须持荷进行预压，直到地基及支架沉降到位方可卸压。支架日沉降量不得大于5.2毫米（不含测量误差），一般梁跨预压时间为三天。卸压完成后，要再次复测各控制点标高，以便得出支架和地基的弹性变形量（等于卸压后标高减去持荷后所测标高），用总沉降量（即支架持荷后稳定沉降量）减去弹性变形量为支架和地基的非弹性变形（即塑性变形）量。预压完成后要根据预压成果通过可调顶托调整支架的标高。

4.6支架及底模的拆除

在梁体张拉完成后，压浆强度达到设计强度，方可拆除支架和底模。梁底模及支架卸载顺序，严格按照从梁体挠度最大处支架节点开始，逐步向两端卸落相邻节点，当达到一定卸落量后，支架方可脱落梁体。

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