泉州市区坪山路跨刺桐大桥江滨北路立交桥支架设计

■周惠平

（福建省第一公路工程公司，泉州　362000）

泉州市区坪山路跨刺桐大桥江滨北路立交桥支架设计

■周惠平

（福建省第一公路工程公司，泉州362000）

钢管支架在互通立交桥现浇梁施工中使用十分广泛，但在跨越保畅通线路施工时必须采用特殊设计方可使用。本文跨线立交桥钢管支架采用贝雷梁和Ⅰ56a工字钢组合设计方案，保证了施工中刺桐大桥的正常运营，并降低了该跨线立交桥施工风险。考虑刺桐大桥通行的支架净空要求和支架的架设安全，对钢管支架构件进行受力稳定验算，从而消除支架不合理设计而产生支架失稳事故，预防人员伤亡和经济损失风险，为同类工程支架设计提供参考。

支架设计稳定验算施工方法

1　工程概况

泉州市区内环路坪山路C匝道由北向南跨越江滨北路，是衔接刺桐大桥的立交匝道桥。本匝道桥共有六联，其中C9～C13为第四联。C匝道主梁为预应力混凝土连续梁，单箱双室箱形断面，C9～C10跨箱梁高度由1.6m变为2.2m，C10～C12跨箱梁高为2.2m，C12～C13跨箱梁高度由2.2m变为1.6m，箱顶宽10.4m，底宽6.4m，翼板长度2m。该匝道C9～C10上跨刺桐大桥，跨径34m；C10～C11为滞洪区，跨径34m；C11～C12上跨江滨北路，跨径40m；C12～C13落在江滨体育公园，跨径34m；全联落在半径为104.35m的圆曲线内，C11处为最高点，桥面标高19.33m，原地面标高约为4.0m。主梁采用C50砼，用量1122.72m3，全联钢筋用量220t，钢铰线用量32t。

2　支架设计方案

因C匝道第四联横跨刺桐大桥和江滨北路，是该匝道桥重要施工联跨。以本联支架设计为主，阐述具体的方案设计。

⑴第一跨（C9～C10）上跨刺桐大桥支架施工方案：主梁平行于内狐弦线布置，底宽6.4m范围内采用10组Ⅰ56a工字钢作主梁，翼板采用一组1.5m支撑架贝雷片，主梁下净高为4.5m。桥宽10.4m在刺桐桥方向为12.3m，刺桐桥两侧用7根Φ325 mm×6mm钢管作支墩，刺桐桥中央分隔带加设9根Φ426 mm×8mm钢管支墩，支墩钢管用振动锤振入，激振力满足45t以上，支墩横梁采用一组Ⅰ25a工字钢。

⑵第二跨（滞洪区上的C10～C11，填筑成陆地）和第四跨（C12～C13）每跨支墩为6排，每排6根Φ325 mm× 6mm钢管，横梁为一组Ⅰ25a工字钢，主梁为10排贝雷片。原地面整平、压实后浇注砼基础，每条基础高为0.5m、顶宽1.0m、底宽1.2m、横向宽度为11.4m，钢管立在砼基础上，每两排钢管连成整体。

⑶第三跨（C11～C12）跨江滨北路支墩布置：墩位处各设一排支墩、沿江滨路行车道外边缘各布置一排支墩、滞洪墙和江滨路行车道交界处（江滨路分隔带）各设一排支墩、共设6排支墩，每排支墩有6根Φ325mm×6mm钢管，横梁为一组Ⅰ25a工字钢。主梁为10排贝雷片，贝雷片安装时墩位对齐、跨中相错，主梁下净空为10m。钢管基础同⑵陈述，江滨北路行车道上的砼基础在车流行进方向加设船型导流岛。

3　施工方法

3.1支架基础处理

第一跨跨刺桐桥钢管落在地基上时，采用DZ50型振动锤振入，上铺一组Ⅰ25a工字钢作为横梁。其它钢管基础直接座落于原地面上，要求基底承载力不得小于200kPa，为确保支架结构安全，对承载力不能满足要求的基底必须进行加固处理，整平、压实后浇筑0.5m高×1.2m宽的C20条形基础作为钢管支墩基础。

3.2贝雷片支架搭设

每两排支墩连成整体，支墩横梁横坡与桥面横坡一致，在横梁上安装贝雷纵梁，贝雷主梁为4组1.5m支撑架和一组0.45m支撑架 （布置在桥中线），组间间距为0.94m，组间每3m设置一道横向联系，以保证纵梁整体稳定。每跨贝雷片在跨中断开，桥墩处对齐，跨中相错，贝雷纵梁采用两排一组在地面上组拼完成后由QY-25汽车吊装进行安装，安装完成后应及时加固。

3.3Ⅰ56a工字钢主梁的架设

工字钢按两跨进行施工，安装时平行于内狐弦线，在桥下每两片联成一组，安装时需占用刺桐大桥两个车道，留一车道保持正常通车，用QY-25汽车吊吊上支墩。

3.4支架安装质量、安全要求

支架搭设作业人员必须具有相应的资质进行作业，作业人员进入现场均必须按要求配戴劳动保护用品，支架安装必须严格按规范及构造要求搭设，搭设过程中要及时设置斜撑及必须的拉绳，避免搭设过程中发生偏斜及倾倒，台风，大雨过后应及时对支架进行检查，支架安装完成后应进行验收，验收合格后方可使用。

3.5支架的拆除方案

卸模和调整标高以12×12×16cm三角楔木进行，木模板拆运以人工为主，集中一堆后辅以吊车移运。贝雷桁架主梁最大跨径12m，每一组重量约为3t，翼板处贝雷组直接用25t吊车吊到地面，卸贝雷梁时需拉风缆以控制方向，箱梁腹中贝雷片先用葫芦挂在支墩钢管上的横梁横移贝雷片至翼板处，再用吊车吊至地面。贝雷桁架主梁拆除后即进行支墩钢管的拆除，拆除钢管需等吊点绑好、吊车受力后方可拆除约束构件。C匝道跨刺桐大桥Ⅰ56a工字钢横移及卸吊方法同贝雷片支架的拆除。

4　主要支架构件受力验算分析（按最不利）

4.1计算荷载

⑴箱梁砼自重荷载：砼容重γ=25kN/m3。

⑵施工均布荷载取1.5kN/m2。

⑶振捣混凝土产生的荷载取2.0kN/m2。

⑷模板荷载：模板采用竹胶板和方木组合，包括底、内、侧模板，模板荷载换算取值为1.0kN/m2。

4.2模板验算

4.2.1模板验算分析

底模支承在楞木上，按三等跨均布荷载作用连续梁进行计算。为简化计算并满足精度要求，两层楞木按简支梁和均布荷载进行验算。模板结构皆以强度和刚度两个方向计算需要的最大厚度。

横梁实心部分以C10中横梁（6.4m×2.5m×2.2m）为最不利进行验算，背木及方木间距为：10×14cm方木间距为20cm、最大跨径为132cm；5×10cm背木间距为20cm、跨径为20 cm；竹胶板受力跨径为20cm。

除横梁实心部分外 （按全桥最大荷载联C9～C13进行验算）背木及方木间距为：10×14cm方木间距为60cm、最大跨径为132cm；5×10cm背木间距为30cm、跨径为60 cm；竹胶板受力跨径为25cm。

4.2.2以全桥最大联C9～C13进行模板验算

⑴高强度竹胶板（板厚t=15mm）验算

E=12×103MPa

I=bh3/12=25×1.53/12=7.031cm4

W=bh2/6=25×1.52/6=9.375cm3

q=（1.0×1.2+25×1122.72/10.4/142×1.2+1.5×1.4+2.0× 1.4）=28.907×0.25

=7.23kN/m

M=qL2/8=7.23×0.252/8=0.0565kN·m

σ=M/W=0.0565×106/（9.375×103）=6.02MPa＜［σ］= 11MPa，满足要求。

f=0.677qL4/100EI=（0.677×7.23×0.254）/（100×6×103× 8.438×10-8）=0.378mm＜L/400=0.625mm，满足要求。

⑵5×10cm背木验算

W=bh2/6=0.05×0.12/6=8.33×10-5m3

I=bh3/12=0.05×0.13/12=4.17×10-6

q=28.907×0.3=8.672kN/m

M=qL2/8=8.672×0.62/8=0.39kN·m

马尾松容许抗弯应力［σ］=12.0MPa，弹性模量E=9× 103MPa

σ=M/W=0.39×106/（8.33×10-5×109）=4.68MPa＜［σ］= 12MPa，满足要求。

f=5qL4/384EI=（5×8.672×0.64）/（384×9×103×4.17×10-6）= 0.39mm＜L/400=1.5mm，满足要求。

⑶10×14cm方木验算

W=bh2/6=0.1×0.142/6=3.27×10-4m3

I=bh3/12=0.1×0.143/12=2.29×10-5

q=28.907×0.6=17.344kN/m

M=qL2/8=17.344×1.322/8=3.778kN·m

马尾松容许抗弯应力 ［σ］=12MPa，弹性模量E=9× 103MPa

σ=M/W=3.778×106/（3.27×10-4×109）=11.55MPa＜［σ］= 12MPa满足要求。

f=5qL4/384EI=（5×17.344×1.324）/（384×9×103×2.29×10-5）=3.32mm≤L/400=3.3mm，满足要求。

4.3跨刺桐大桥Ⅰ56a工字钢主梁验算

C匝道第四联第一跨跨刺桐大桥Ⅰ56a工字钢 （计算跨径14.5m）布置间距：平行C9～C10内弦线布置，刺桐桥两侧及跨中加设支墩，按腹梁宽6.4m全宽布置（沿刺桐桥宽度为7.6m），每两根工字钢连接成一组，共10组20排工字钢，组间间距中对中0.8m。翼板布置一组1.5m支撑架贝雷片。

4.3.1跨刺桐大桥Ⅰ56a工字钢主梁验算分析

⑴Ⅰ56a工字钢按简支梁和均布荷载，从强度和刚度两个方向进行验算。

⑵跨中位置采用Φ426×8mm钢管，沿刺桐大桥方向按12.3m宽度共布置9根，按高度17m进行稳定性验算。

⑶跨中钢管顶一组Ⅰ25a工字钢横梁，刺桐桥方向桥宽12.3m，9根钢管，Ⅰ25a工字钢跨径为1.5m，跨中支墩横梁上共有40排Ⅰ56a工字钢，工字钢间距为0.20m，按均布荷载简支梁进行验算。

⑷C9、C10墩侧6根Φ325×6mm钢管，按高度9m进行稳定性验算。

4.3.2跨刺桐大桥Ⅰ56a工字钢主梁验算过程

⑴Ⅰ56a工字钢验算

q=（1.0×1.2+25×1122.72/10.4/142×1.2+1.5×1.4+2.0× 1.4）×14.5×6.4/20/14.5+1.063×1.2=28.907×14.5×6.4/20/ 14.5+1.0627×1.2=10.525kN/m

M=ql2/8=10.52×14.52/8=276.610kN.m

RA＝RB＝ql/2＝10.525×14.5/2

＝76.306 kN

σ=M中/KW=276.610/2342.31×1000

=118.093MPa＜［σ］=145 MPa，符合要求。

т＝Q/d/h=76.306/12.5/560×1000

＝10.901＜［т］=85MPa，符合要求。

f=5qL4/384EI=（5×10.525×14.54）/（384×2.1×105×65576× 10-8）=35.48mm＜L/400

=36.25mm，挠度可满足要求。

综上，Ⅰ56a工字钢受力符合设计规范要求。

⑵跨中位置钢管稳定性验算

q=28.91×14.5×10.4+1.063×1.2×14.5×20=4728.995kN

N＝4728.995/9＝525.44kN

I＝πD4/64－πd4/64＝22953c

A＝π（D2－d2）/4＝105.1cm2

i＝（I/A）1/2＝0.148m，（μ取1）则

λ＝μL/i＝17/0.110=115.04＜［λ］=150

则查表并内插得：φ＝0.478

则σ＝N/（ΦA）

＝525.44×1000/（0.478×105.1×100）＝104.59MPa＜［σ］＝215 MPa

综上，钢管稳定性符合设计规范要求。

⑶跨中Ⅰ25a工字钢横梁荷载验算

q＝4728.995/12.3/2＝192.236kN/m

M中=PL2/8＝192.236×1.52/8

＝54.066kN·m

RA＝RB＝PL/2＝192.236×1.5/2＝144.177 kN

σ=M/W=54.066/401.4×1000=134.694 MPa＜［σ］=145 MPa，符合要求。

т＝Q/d/h=144.177/8/250×1000＝72.1＜［т］=85MPa，符合要求。

f=5qL4/384EI=（5×192.236×1.54）/（384×2.1×105×5017× 10-8）=1.203mm＜L/400=3.75mm，挠度满足要求。

综上，Ⅰ25a工字钢受力符合设计规范要求。

⑷墩位钢管稳定性验算

q=4728.995/2=2364.498kN

N＝2364.498/6＝394.083

I＝πD4/64－πd4/64＝3781c

A＝π（D2－d2）/4＝42.1cm2

i＝（I/A）1/2＝0.0948m，（μ取1）则

λ＝μL/i＝9/0.0948=94.94＜［λ］=150

则查表并内插得：φ＝0.616

则σ＝N/（ΦA）

＝394.083×1000/（0.616×42.1×100）

＝151.97 MPa＜［σ］＝215 Mpa

综上，钢管稳定性符合设计规范要求。

4.4跨江滨北路贝雷片主梁跨验算

以C匝道第四联第三跨（最大跨径）跨江滨北路贝雷片支架验算，跨径40m，布置6排钢管，从11号墩至12号墩轴线起至钢管轴线尺寸分布为1.0m+4m+10.3m+ 9.5m+10.2m+4m+1.0m，受10cm×14cm主方木的受力情况制约，10.4m桥梁宽度布置10排贝雷片，贝雷片计算跨径为10.3m。

4.4.1跨江滨北路贝雷片主梁跨验算分析

⑴贝雷片桁架按简支梁和均布荷载，从强度和刚度两个方向进行验算。

⑵钢管顶一组Ⅰ25a工字钢横梁按集中荷载简支梁进行验算。桥宽10.4m，6根钢管，Ⅰ25a工字钢计算跨径为1.81m，横梁承受贝雷片传力跨度最大为10.3m，集中力按10片贝雷片均摊，Ⅰ25a工字钢受力情况分为两种，一是一个集中力在跨中，一是一组贝雷片在跨中（见支架布置示意图）。

⑶6根Φ325×6mm钢管支墩按高度9m进行稳定性验算。

4.4.2跨江滨北路贝雷片主梁跨验算过程

⑴贝雷片桁架验算

q=（1.0×1.2+25×1122.72/10.4/142×1.2+1.5×1.4+2.0× 1.4）×10.3×10.4/10/10.3+0.9×1.2=28.91×10.3×10.4/10/ 10.3+0.9×1.2=31.143kN/m

M中=ql2/8=31.143×10.3×10.3/8

=412.999kN·m

RA＝RB＝ql/2＝31.143×10.3/2

＝160.387kN

σ=M/W=412.999/3570×1000=115.686 MPa＜［σ］= 273MPa，符合要求。

Qmax=RA=RB＝160.387＜［Q］=245.2kN，符合要求。

综上，贝雷片桁架受力符合设计规范要求。

⑵Ⅰ25a工字钢横梁荷载验算

P＝31.143×10.3/2＝160.386kN

Ⅰ25a工字钢跨径为1.81m，一个集中力P＝160.386kN荷载在跨中。

M中=PL/4＝160.386×1.81/4

＝72.575kN·m

RA＝RB＝P/2＝160.386/2＝80.193kN

Ⅰ25a工字钢跨径为1.81m，二个集中力（间距0.45m）P＝160.386kN荷载在跨中。

M中=P/L（2c+b）×a

＝160.386/1.81×（2×0.68+0.45）×0.68

＝109.062kN·m

RA＝RB＝P（2c+b）/l

＝160.386×（2×0.68+0.45）/1.81

＝160.386kN

σ=M大/kW

=109.062/2/401.4×1000=135.853MPa＜［σ］=145MPa，符合要求。

т＝Q/d/h=160.386/2/10.5/400×1000

＝19.094＜［т］=85MPa，符合要求。

f=Pa［（2a+c）l2-4a2l+2a3-a2b-c3］/（6EIL）

=160.386×0.68×［（2×0.68+0.68）×1.812-4×0.682×1.81+ 2×0.683-0.682×0.45-0.683］/（6×2.1×105×17577.7×10-8×1.81）= 1.017mm＜L/400=4.525mm，挠度可满足要求。

综上，Ⅰ25a工字钢受力符合设计规范要求。

⑶钢管稳定性验算

N＝160.386×10/6=267.31kN

I＝πD4/64－πd4/64＝3781c

A＝π（D2－d2）/4＝42.1cm2

i＝（I/A）1/2＝0.0948m，（μ取1）则

λ＝μL/i＝9/0.0948=94.94＜［λ］=150，查表并内插得：φ＝0.616则σ＝N/（ΦA）

＝267.31×10/6×1000/（0.616×42.1×100）

＝171.791MPa＜［σ］＝215MPa

综上，钢管稳定性符合设计规范要求。

5　结语

泉州市区刺桐路刺桐大桥和江滨北路承担着城市交通和过境线路的双重作用，车流量较大，C匝道第四联横跨上述两条路，交通布控和施工管制是保证立交桥按期保质施工和两大道路正常运营的前提和保障。刺桐大桥为双向六车道城市桥，桥宽有28m，若采用双层贝雷片梁全幅支架，主梁高度将达3m，满足不了刺桐大桥的通车净空要求，同时大跨度的支架施工架设难度较大，架设拆除施工期间需对刺桐大桥进行全封闭施工。通过现场勘察，对原刺桐大桥中央分隔进行挖除，用激振力满足45t以上的振动锤振入9根Φ426mm×8mm钢管作为中央支墩，支架主梁跨径由28m变为14.5m，主梁采用Ⅰ56a工字钢，既保证了刺桐大桥的通车净空，施工期间又可保证刺桐大桥的正常运营，也保证了施工安全，通过对支架局部构件计算和稳定分析可知，构件受力均能满足要求，可保证现浇箱梁的质量要求，表明本方案为质量可靠、安全、经济、合理并切实可行的施工方法，可为类似工程的建设提供参考。

［1］周水兴，何兆益，邹毅松，等.路桥施工计算手册.北京：人民交通出版社，2001.

［2］交通部第一公路工程总公司.桥涵公路施工手册.北京：人民交通出版社，1993.