路轨共构高墩盖梁支撑体系选型*

王 月，赵 明，李 忠，李凌宜

(北京市政路桥股份有限公司，北京 100045)

0 引言

近年来，轨道交通建设蓬勃发展，土地资源稀缺及桥梁建设用地紧张日益突出。为了最小化占用土地资源，提高空间利用率，桥梁造型日趋复杂，各种高度高、跨度大、结构新颖复杂的混凝土桥梁层出不穷，给桥梁施工提出更高要求。新机场线为北京市首例采用“路轨共构”结构的轨道线路，最大化节约了城市用地，形成空间4层立体交通走廊(见图1)，盖梁位置高(高达28.5m)、自重大(重达600t)，施工风险大、工期紧，且面临冬期施工，支撑体系的合理选择尤为重要。若采用传统满堂支架法施工周期较长，搭设繁琐，地基处理难度大、费用高，易造成不均匀沉降，材料及人员投入较大，施工速度慢，适用于高度较小的盖梁支撑；而采用钢管柱结合贝雷梁的支架形式将避免大面积地基处理，人员需要少，施工速度较快，且拆卸方便，拼装省力；抱箍法依靠支撑及钢模的强度和刚度，将盖梁钢筋、混凝土、模板及各种施工荷载全部传递到立柱中，从而省去常规施工中的落地支架，能最大限度地减少施工支架占用交通道路现象。

本标段开工以来受拆迁、设计图纸等各类因素制约，工期紧，且桥梁结构新颖、工程量大，因此，“路轨共构”高墩盖梁支撑体系进行合理选型尤为重要。本文结合本工程的实际情况，将抱箍法与贝雷梁结合钢管柱法进行比选，确定最佳支撑体系，并采取一系列控制措施。

1 研究内容及方法

本文以北京市新机场线工程为依托，从材料、受力及变形情况、对结构的影响3个方面探究钢管柱贝雷梁组合支架法及抱箍法在“路轨共构”高墩盖梁施工中的适用性及优劣性，为以后类似工程的支撑体系选型与施工提供借鉴。

1.1 抱箍结合贝雷梁支撑体系

1)支撑装置优化 结合现场工期紧情况，将抱箍支撑加以优化，使其既作为墩柱浇筑用的模板，又作为上盖梁浇筑时的预应力支撑装置，简化施工工序，节省材料与施工空间。该装置包括钢模板、牛腿、加强板、竖肋、横肋、上端拉杆、螺栓、上端横杆、精轧螺纹钢等。钢模板最上端设置2道垂直于支架面的横杆，横杆前、后两端分别设置1道拉杆。支架面穿12根精轧螺纹钢，侧面穿8根精轧螺纹钢，施工时采用施加预应力方式，增加其摩擦力。牛腿应力集中的部位采用加强板焊接加固(见图2)。

图2 预应力支撑装置

2)抱箍结合贝雷梁支撑体系布设 采用贝雷梁搭建施工平台(39m×6m)，进行共构桥墩盖梁浇筑，贝雷梁布置位置如图3所示。贝雷梁在支撑负弯矩位置采用2层贝雷梁(长度为3片贝雷架，9m)，悬臂端及跨中位置采用单层贝雷架，分6排1组布置在墩柱两侧。贝雷梁上部布设满堂支架(见图4)。

图3 贝雷梁布置

图4 抱箍贝雷梁支撑

3)施工工艺 考虑工期因素，将施工工艺进行优化，墩柱下部模板与支撑装置钢模板均作为墩柱浇筑模板，安装完成后再浇筑墩柱混凝土，待墩柱达到拆模强度后，只拆除抱箍以下模板，之后进行贝雷梁拼装及架设，搭设分配梁及上部满堂支架并铺设底模、安装侧模，并对PBS1080型精轧螺纹钢进行预应力张拉。施工盖梁梁体及养护完成后，依次拆除盘扣支架、贝雷片，最后对精轧螺纹钢进行放张，拆除支撑装置。

1.2 贝雷梁钢管柱支撑体系

组合支架最下层采用6排φ609×16钢管柱作为支撑，每排纵向布置2根φ609×16钢管柱。4排靠近墩柱的钢管柱底部直接放置在桥墩承台上，盖梁悬臂下端对称布置的2排钢管柱放在钢筋混凝土基础上。两侧部位钢管柱支承在浇筑的混凝土块上，标准钢管柱放置完成后，在顶部用I45作为分配梁，再利用贝雷梁搭设支架平台，贝雷梁选用1.5m×3m标准321型贝雷梁片拼装而成，桥墩前、后两侧分别搭设3排贝雷梁，中间布设9排，贝雷梁上方铺设I20，最后搭设φ48×3.2盘扣式脚手架及模板，其模架布置如图5所示。

图5 共构标准段钢管柱贝雷梁支撑体系

2 高墩盖梁支撑体系选型

2.1 贝雷梁受力及变形情况比较

为了研究支撑体系的受力及变形情况，采用MIDAS建立三维模型(见图6)，分别对这2种方案进行有限元计算。计算结果表名，抱箍方案中贝雷梁在混凝土湿重及人群荷载作用下的最大沉降出现在贝雷梁最边缘处，沉降值为29.7mm。而钢管柱结合贝雷梁组合支架施工方案中贝雷梁的最大沉降出现在跨中区段，为28.78mm，减小14%，如图7，8所示。通过对比可发现，使用抱箍作支撑时，贝雷梁跨中至跨端的不均匀沉降较大，对上盖梁悬臂端的沉降及外观产生影响，而采用钢管柱作支撑时，由于桥段两侧钢管柱的支撑作用，保证了贝雷梁悬挑处不产生较大沉降。

图6 MIDAS三维模型

图7 施加荷载后贝雷梁变形

图8 贝雷片变形

抱箍作为支撑结构时需考虑的受力多且复杂，其更适用于圆形墩柱的桥梁结构施工，由于本共构高架桥为矩形墩柱且侧面带有流水槽，使其钢模板更易发生变形。钢模板在上部荷载作用下，呈现上部受拉、下部受压受力状态，上部变形出现翘曲，钢模板的最大应力出现在竖肋根部与牛腿连接位置，应力最大值为210.8MPa，应力云图如9a所示。钢模板的翘曲变形云图如9b所示，在顶部水平方向的水平位移为1.7mm。

图9 钢模板应力与变形云图

2.2 对混凝土结构外观影响

采用抱箍法施工时，墩柱混凝土的应力同样呈现不均匀分布，在牛腿底部支撑点处混凝土应力达到最大值2.365MPa，如图10所示。通过分析可发现，抱箍作为支撑结构时易造成墩身混凝土的应力集中现象，从而影响混凝土结构外观。而钢管柱法通过贝雷梁钢管立柱依次从上到下将盖梁荷载传递至地基，最终都是以承台作为最终持力层或以下部浇筑扩大基础抵消竖向荷载，对混凝土结构外观不造成影响。

图10 混凝土应力云图

2.3 对混凝土结构外观影响

2.3.1贝雷片用材对比

1)钢管柱结合贝雷梁组合支架法 中间部位布置3组共9排贝雷梁(纵向布置为3片贝雷梁+5片贝雷梁+3片贝雷梁)，两侧各布置1组3排贝雷梁(纵向为13片连续的贝雷片)，共需177片(重46.02t)(见图11)。

图11 贝雷梁横断面

2)抱箍结合贝雷梁法 贝雷梁在支撑负弯矩位置采用2层贝雷梁(长度为3片贝雷架，9m)，悬臂端及跨中位置采用单层贝雷架，分6排1组布置在墩柱两侧，共需标准贝雷片228片(重61.56t)，且需对标准杆件进行加强处理。加强方式如下：①上弦杆加强 用弦杆标准杆件在上部贝雷架上弦杆位置加强，加强方式如图12所示，加强贝雷架所在位置如图13所示；②腹杆加强 腹杆加强方式包括A，B，C 3种，3种加强方式及位置如图14所示。

图12 上弦杆加强方式示意

图13 上弦杆加强贝雷架所在位置

图14 腹杆加强方式及位置示意

2.3.2抱箍与钢管柱用材对比

1)钢管柱结合贝雷梁组合支架法 使用12根φ609×16钢管柱，无须定制，不易变形，重复利用率高。

2)抱箍结合贝雷梁法 支撑装置需专门制作，且易变形，重复利用率低，技术要求高。

根据以上综合对比分析，从受力变形、操作性、节约性、对混凝土结构外观影响的角度出发，选择钢管柱贝雷梁支撑体系。

3 结语

本文以新机场线“路轨共构”高架桥为依托，为确保施工安全和质量，降低施工难度，兼顾施工进度，综合考虑现场诸多因素，探究了钢管柱贝雷梁组合支架法、抱箍法在高墩盖梁施工中的适用性及优劣性，确定最佳支撑体系搭设方案，提出对于高度高、自重大、长悬臂、矩形墩的共构结构盖梁支撑体系宜选用钢管柱法，并根据现场的实际情况采取一系列施工技术控制措施，取得良好的社会与经济效益，得出主要结论及建议如下。

1)从变形及受力方面来说，选取钢管柱贝雷梁组合支架法将贝雷梁的沉降减小14%，由于桥段两侧钢管柱的支撑作用，保证贝雷梁悬挑处不产生较大沉降。

2)从用料方面来说，选取钢管柱贝雷梁组合支架法将贝雷梁的用量减小43%；且采用抱箍法时，标准件贝雷梁不能满足上部施工荷载的承载需求，需对贝雷片进行加强，耗费人力，增加材料投入。

3)抱箍作为支撑结构时需考虑的受力多且复杂，其更适用于圆形墩柱的桥梁结构施工，而本共构高架桥为矩形墩柱且侧面带有流水槽，使其钢模板更易发生变形，重复利用率低，抱箍作为支撑结构时易造成墩身混凝土的应力集中现象，对混凝土外观产生影响。