城市高架體系臨時(shí)支撐的選型與布設(shè)分析

唐海峰

（中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司，哈爾濱 150000）

城市高架體系作為城市交通設(shè)施的重要組成部分，為人們的交通出行提供了極大的便利，但是由于城市高架橋往往建立在交通網(wǎng)線復(fù)雜、城市繁華路段等原因，其現(xiàn)場(chǎng)施工存在著很大的難度，針對(duì)這一問(wèn)題，很多學(xué)者作了相關(guān)研究。武曉霞[1]與曹倩楠[2]首先對(duì)高架橋下空間利用進(jìn)行了分析研究，作為高架體系建設(shè)前的技術(shù)分析，為現(xiàn)場(chǎng)施工提出了一些寶貴的建議，鄭建文[3]則針對(duì)城市高架橋項(xiàng)目給出了一種無(wú)支架施工技術(shù)的研究與分析，為不同結(jié)構(gòu)形式的高架橋提供了施工參考，袁煉等[4]通過(guò)對(duì)城市高架實(shí)際案例的分析，給出了吊裝施工方案里技術(shù)參數(shù)的選擇與確定方法，岳粹歌[5]同樣也研究了城市高架的吊裝施工技術(shù)，對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了總結(jié)，具有一定的參考意義，謝飛峰等[6]與周正海[7]都對(duì)城市高架橋施工中支架體系的應(yīng)用進(jìn)行了分析，給出了一些建議供參考。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

該高架體系為某城市環(huán)路與城市主干路交叉城市立交工程，是完成2 條快速路轉(zhuǎn)換的樞紐型立交高架體系，該工程遠(yuǎn)期目標(biāo)為8 個(gè)轉(zhuǎn)向的全互通定向立交，本期實(shí)施東向北、東向南2 條出城方向的匝道橋工程，環(huán)節(jié)主干路的交通壓力情況，如圖1 所示。結(jié)合高架橋自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境要素，擬將六聯(lián)鋼箱梁劃分為制作分段133 段，合計(jì)總重為3977 t，單段鋼箱梁最長(zhǎng)為26.6 m、最寬4.9 m、最高3.033 m 及最重65 t。

圖1 施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置圖

1.2 施工難點(diǎn)

施工現(xiàn)場(chǎng)位于該城市的主干路與環(huán)路快速路交口，屬于城市經(jīng)濟(jì)繁華路段，每日人流量及車流量極大，擬建場(chǎng)地現(xiàn)狀為主干路既有高架橋、環(huán)路快速路及其輔路，道路兩側(cè)有居民區(qū)、大型超市、賓館、商鋪及商務(wù)辦公樓等，在實(shí)際施工中周圍建筑及設(shè)施對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝影響較大。另外環(huán)路為道路箱涵無(wú)法站立吊車，新建匝道需要跨越既有高架橋，吊裝空間狹小，部分道路在施工過(guò)程中無(wú)法斷交，焊接工作對(duì)周圍環(huán)境影響較大等?；谶@些復(fù)雜的施工條件，在做施工準(zhǔn)備時(shí)，需要考慮臨時(shí)支撐的選擇，布設(shè)情況及吊車型號(hào)、數(shù)量的確定，是施工中的難點(diǎn)重點(diǎn)。

2 臨時(shí)支撐的選型及布設(shè)

2.1 臨時(shí)支撐的選型

施工現(xiàn)場(chǎng)按空間層次分為2 部分，一部分為跨越主線高架與環(huán)路，另一部分為地表施工部分，根據(jù)其空間層次特點(diǎn)進(jìn)行臨時(shí)支撐的選擇。經(jīng)分析，跨越道路部分考慮選用3.0 m×3.0 m 門式支架形式，地表施工部分采用并列格構(gòu)式墩柱支架，根據(jù)荷載情況，格構(gòu)式墩柱支架采用1.5 m×1.5 m、2.0 m×2.0 m 2 種。

對(duì)于1.5 m×1.5 m 并列格構(gòu)式墩柱支架，主管為Φ140×8 mm 的無(wú)縫鋼管，斜撐采用Φ70×6 mm，橫撐采用Φ63.5×5 mm，支架頂部分配梁及墊梁為2HN500×200×10×16，如圖2 所示；對(duì)于2.0 m×2.0 m 并列格構(gòu)式墩柱支架，主管為Φ219×10 mm 的無(wú)縫鋼管，斜腹桿為Φ140×8 mm，直腹桿為Φ89×5 mm，分配梁及墊梁為HW400×400×13×21，如圖2 所示。

圖2 2 種并列格構(gòu)式墩柱支架

對(duì)于門式支架，支架主管為Φ420×12 mm、Φ630×12 mm 的無(wú)縫鋼管，斜腹桿為Φ219×10 mm，直腹桿為Φ159×8 mm，分配梁為2HN500×200×10×16，分配梁上的簡(jiǎn)支主梁為并排2 根箱型截面（500 mm×1300 mm×20 mm×30 mm）鋼梁，如圖3 所示。

圖3 門式支架及其上部結(jié)構(gòu)

2.2 臨時(shí)支撐的布設(shè)

臨時(shí)支架的安裝受場(chǎng)地限制，所有支架均在工廠拼裝成整體，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，直接安裝，1.5 m 支架及2.0 m 支架采用25 t 吊車進(jìn)行安裝，3.0 m 支架及橫梁采用130 t 吊車進(jìn)行安裝，圖4 為門式支架的安裝過(guò)程。

圖4 門式支架的安裝

根據(jù)計(jì)算，第一聯(lián)、第二聯(lián)和第三聯(lián)鋼箱梁中的支架承受的荷載較大，現(xiàn)對(duì)三聯(lián)鋼箱梁臨時(shí)支撐的布設(shè)進(jìn)行介紹。

第一聯(lián)鋼箱梁設(shè)計(jì)臨時(shí)支撐合計(jì)10 組，其中3 組為1.5 m×1.5 m 的并排格構(gòu)柱式支架，主管形式為Φ140×8 mm，標(biāo)準(zhǔn)支架高度為13 m，其余7 組為門式支架，主管形式分別為Φ420×12 mm、Φ630×12 mm，標(biāo)準(zhǔn)高度為11 m 與12 m，如圖5 所示。

圖5 第一聯(lián)鋼箱梁支架布設(shè)圖

第二聯(lián)鋼箱梁設(shè)計(jì)臨時(shí)支撐合計(jì)8 組，其中5 組為2.0 m×2.0 m 的并排格構(gòu)柱式支架，主管形式為Φ219×10 mm，標(biāo)準(zhǔn)支架高度為14 m，其余3 組為門式支架，主管形式為Φ630×12 mm，標(biāo)準(zhǔn)高度為11 m 與12 m，如圖6 所示。

圖6 第二聯(lián)鋼箱梁支架布設(shè)圖

第三聯(lián)鋼箱梁臨時(shí)支撐共計(jì)11 組支架，其中6 組1.5 m×1.5 m 的并排格構(gòu)柱式支架，主管形式為Φ140×8 mm，標(biāo)準(zhǔn)支架高度為14 m，5 組3.0 m×3.0 m 門式支架，主管形式分別為Φ420×12 mm、Φ630×12 mm，標(biāo)準(zhǔn)高度為13.5 m、18 m 和21 m，如圖7 所示。

圖7 第三聯(lián)鋼箱梁支架布設(shè)圖

3 臨時(shí)支撐的施工計(jì)算

3.1 最危險(xiǎn)工況分析

經(jīng)分析，第一聯(lián)和第三聯(lián)鋼箱梁中的支架承受的荷載最大。在第一聯(lián)中承受最大荷載的支架為3.0 m×3.0 m 門式支架（編號(hào)ES-ZJ4），其跨中承受的荷載最大為97 t，即970 kN；第三聯(lián)鋼箱梁中承受最大荷載的支架為1.5 m×1.5 m 的并排格構(gòu)柱式支架（編號(hào)ESZJ25），其承受上部鋼箱梁傳遞的自重荷載103 t，即1030 kN。施工活荷載約25.5 t，即255 kN；承受的鋼箱梁橫橋向受風(fēng)面積的風(fēng)荷載約1.5 t，即15 kN。

工況的選定：第一，對(duì)于支架ES-ZJ25，偏安全考慮1 列6 m+6 m+3 m 支架承受1/2 的鋼箱梁自重荷載及施工活荷載，承受全部估算的風(fēng)荷載；第二，對(duì)于支架ES-ZJ4 分為2 種情況，即考慮荷載在簡(jiǎn)支梁的中部和端部2 種情況。

3.2 計(jì)算結(jié)果

對(duì)于支架ES-ZJ25，通過(guò)施工模擬計(jì)算得到其最大應(yīng)力為σ=143MPa≤[σ]=305MPa，最大變形u=11mm≤[u]=15mm，均滿足相關(guān)規(guī)范要求，其應(yīng)力及變形云圖如圖8所示。

圖8 支架ES-ZJ25 應(yīng)力與變形云圖

對(duì)于支架ES-ZJ4，通過(guò)施工模擬計(jì)算分別得到最大應(yīng)力為σ1=105Mpa≤[σ]=305Mpa，最大變形u1=36mm≤[u]=53 mm，最大應(yīng)力為σ2=98 Mpa≤[σ]=305 Mpa，最大變形u2=21 mm≤[u]=53 mm，均滿足相關(guān)規(guī)范要求，其應(yīng)力及變形云圖如圖9、圖10所示。

圖9 支架ES-ZJ4 應(yīng)力與變形云圖（跨中荷載）

圖10 支架ES-ZJ4 應(yīng)力與變形云圖（端部荷載）

4 結(jié)束語(yǔ)

該高架體系是城市交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的重要組成部分，是惠及民生的重要工程，受到政府和人民的高度關(guān)注，施工過(guò)程要合理安排、精準(zhǔn)規(guī)劃，避免施工質(zhì)量和安全事故的發(fā)生。在施工過(guò)程中，充分地考慮了現(xiàn)場(chǎng)施工條件和結(jié)構(gòu)自身的條件，對(duì)臨時(shí)支撐的選型和布設(shè)進(jìn)行了技術(shù)分析，選定了1.5 m×1.5 m、2.0 m×2.0 m 并列格構(gòu)柱支架和3.0 m×3.0 m 的門式支架系統(tǒng)，通過(guò)合理的布設(shè)克服了自然人文條件的限制，且通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工仿真數(shù)值模擬的應(yīng)力及變形結(jié)果來(lái)看，整個(gè)施工過(guò)程安全可靠，可以保證施工的順利進(jìn)行。