钢管支架法在盖梁施工中的应用

钢管支架法在盖梁施工中的应用

施磊杰王文峰

中交三航局第二工程有限公司上海市200122

摘要：本文通过魁奇路西延线（KQS-03合同段）工程盖梁施工的工程实例，分析盖梁各类支架施工方法的优劣性，介绍钢管支架法在本工程施工中的应用，以供类似工程参考。

关键词：盖梁施工；钢管支架法；结构设计

1工程概述

魁奇路西延线（KQS-03合同段）工程东起石南大道引道，呈东西走向，向西途经禅西大道、溶洲大道、溶洲中路，终点接于佛开高速公路东侧。主线特大桥桥梁长度1564.33m，跨径布置为：(25.38+4x26)+(4x30)+(38+3x30)简支小箱梁+(60+90+60)预应力混凝土连续刚构+(12x30)+(2x30+2x33.6)+(3x33.6+30)+(3x26)+(31.7+38+31.7)+(4x26)+(25.39+24.78+24.77)简支小箱梁。

本工程标准段桥墩均采用整幅倒T型盖梁门架墩，立柱间距21m，每根立柱下设两根钻孔灌注桩，柱顶设置倒T型盖梁；其余标准段桥墩均采用单幅双柱墩，倒T型盖梁。

2工艺原理及方案比选

盖梁施工主要采用的方法为支架法和无支架法。

无支架法施工是一种比较先进且应用日渐广泛的施工方法，其施工速度较支架法施工快，且不受墩柱高度变化的限制，避免地基处理；对于地基处理难度较大、成本较高甚至无法进行地基处理的跨海大桥等盖梁的施工时可优先选用无支架法施工。无支架法主要包括插销法、预埋铁板法、抱箍法。

插销法是在墩柱施工时预设预留孔洞，在孔中穿入销棒并锁定，由销棒支撑支架、模板及整个盖梁的重量。这种施工方法优点是施工设备需要量少，施工操作方便、工期快，传力途径简单明确，不存在支架下沉；但销孔的存在影响了墩柱外观质量，增加了墩顶混凝土的腐蚀通道，影响了混凝土的耐久性，同时销棒下方混凝土受力集中需要进行特殊处理。因此插销法施工时插销不能承受很大应力，只能适用于方量较小的盖梁施工。

预埋钢板法是在墩柱施工时在墩柱中预埋钢板，拆模后在预埋钢板上焊接钢支撑，由它来承受支架、模板及整个盖梁的重量。这种施工方法的优点同插销法一样；但存在钢板消耗大、钢支撑的焊接工作量大、焊接质量难以保证、只能适用于方量较小的盖梁等缺点，一般情况下不采用。

抱箍法施工是用钢抱箍抱住桥墩墩柱，然后在抱箍托架上放置工字钢梁，在工字钢梁上铺设盖梁底模，最后在盖梁底模上绑扎钢筋、安装侧模后浇筑混凝土完成盖梁施工的方法。抱箍法利用钢抱箍抱紧墩柱所产生的摩擦力来承担盖梁自重、模板自重及施工荷载，优点是施工方便，钢抱箍高度可人工自由提升，工期快，设备投资少；缺点是受力计算与实际存在误差，安全风险性比较大，只能适用于方量较小的盖梁。

支架法施工是目前用得较多的一种方法。支架法主要分为满堂支架法和钢管支架法，盖梁重量及施工过程中产生的临时荷载通过支架传递给地基基础，因此要求地基有较高的承载力。满堂支架法的优点是支架的形式及高低可随机变化，方便灵活；缺点是浪费材料，耗工费时，支架的地基处理要求较高，支架容易坍落造成盖梁变形、甚至导致质量安全事故，同时堆载预压完成后底模的标高调整比较困难，对于墩柱较高或墩柱处于水中的情况，搭设施工支架的难度就更大了。

钢管支架法施工适用于盖梁高度大于2.2m且小于24m的桥梁施工，其优点主要有：钢管支架法适应桥梁模块化施工工艺，打破了传统的钢管、扣件施工工艺，其结构形式简单，受力清晰，适应规模化施工，便于施工管理及流水化施工；钢管法工利用了桥梁承台自身承重功能，减少了地基处理难度，减少了因地基因素引起支架失稳造成坍塌事故发生的概率；钢管支架法由地面一次整体焊接、螺栓连接成型，安装时只需整体吊装，缩短施工周期，降低劳动强度，提高施工效率；钢管支架法安装、拆除与传统支撑体系施工相比，过程中的危险源及不可控因素减少，为施工安全提供进一步保证；钢管支架所承受的盖梁重量及施工荷载经过钢管直接传递给地基和承台，相对于无支架法能承受较大的荷载，因此钢管支架法在大方量盖梁的施工时很大优势。

本工程盖梁跨度、方量、尺寸等较大，对支架受力要求较高，项目部经过论证比选决定采用钢管支架法进行盖梁施工，确保施工的质量及安全。

3施工流程及重点控制

钢管支架施工的流程如下：场地清理、地基处理→钢管柱基础拼装→钢管柱及连接撑安装→柱顶下纵梁安装→螺旋千斤顶安装（保险钢垫块安装）→上纵梁安装→横向主梁安装→纵向分配梁安装→底模安装（包括木方和面板）→支架预压、消除非弹性变形→底模标高调整→受力钢垫块安装（可利用保险钢垫块）→转入钢筋安装及模板安装工序。

3.1地基处理

标准段盖梁支架采用落地梁柱式支架，共设5套钢管支架，其中2、4号钢管支架位于墩柱承台上，不需要进行地基处理；剩余1、3、5号钢管支架坐落于原地基上，需对地基进行补强处理。

3.2支架搭设

钢管支架立柱采用630mm*8mm的螺旋焊管，共设5个立柱，中间三个立柱分别由4个钢管柱组成，两端两个立柱各有2个钢管组成，横向间距依次为7.55m、10.50m、10.50m、7.55m，两钢管柱纵向间距为2.27m、3m，2#、4#立柱的每个立柱钢管间距为2.27*3m，3#立柱钢管柱间距为3m*3m。钢管柱底部与基础上的托架用加劲板焊接加固；在钢管柱底部和顶部各2m长度范围内设置20#槽钢的交叉连接撑。

钢管柱顶设2I45b作为下纵梁，在下纵梁上安装千斤顶和保险钢垫块，每个钢管柱顶位置对应的45b工钢上放置2个50T千斤顶，千斤顶上布置安装2I32b工字钢组作为上纵梁。上纵梁在墩柱两侧横桥向各布置2根横向I56a工字钢作为主梁，主梁与墩柱紧贴，横向主梁顶铺设纵向I25@60cm、长度为6m的槽钢作为分配梁，分配梁两侧各1.5m做施工平台。I25槽钢上布设10*10@20cm的方木,方木上直接铺设盖梁底模。

3.3支架预压

盖梁支架底模完成铺设，经检查符合设计要求后，进行支架的预压。支架预压的目的主要是检测支架（包括支架地基基础）的承载能力，并消除支架体系（包括地基）的非弹性变形。

预压重量按照1.2倍超重进行计算。预压材料采用标准混凝土块，每块重2t，预压块的布置应尽可能模拟支架实际承受的荷载。预压加载分级进行，每次加载值分别为预压荷载值的60%、80%、100%、120%，每级持荷不小于12h，当12h的平均沉降量小于2mm时，可进行下一级加载，加载至计算预压重量后，各监测点24h沉降量小于1mm或各监测点72h沉降量小于5mm，即可判定支架预压合格。支架预压合格后即可卸载，卸载完成6h内需测出支架的变形，计算出支架的弹性和非弹性变形，并以此数据对底模标高进行调整，增设支架预拱度，确保盖梁底面标高满足设计要求。

3.4支架拆除

盖梁在第一批预应力张拉压浆完成并达到强度后，即可拆除支架。支架卸落按照先跨中后支点的顺序进行：先将设于主梁下的千斤顶升起顶紧主梁，使千斤顶受力，割除主梁下的受力钢垫块，这样整个主梁、分配梁以及盖梁底模自重由千斤顶承担，按照先跨中后支点，先悬臂端后支点的顺序逐次降低千斤顶，使底模与盖梁底面分离，分块拆除盖梁底模；然后按照分配梁→主梁→上纵梁→千斤顶→下纵梁→钢管柱等顺序逐步将盖梁支架拆除完毕，拆除后的支架转到其它墩位使用。

支架的拆除采用人工配合汽车吊进行，支架拆除属于高空作业，应严格遵守高空、起重作业安全要求。现场设专职安全员和现场指挥，防止出现安全事故。支架各构件拆除时应逐件按拆除顺序由汽车吊吊至地面，严禁直接抛掷到地面。盖梁支架拆除施工前，应设置施工区，并设安全围护，严禁非施工人员和车辆进入。

钢管支架法施工在本工程盖梁施工中取得较明显的效果：预压完成消除钢管支架的非弹性变形，盖梁底标高、线性满足设计及规范要求；预制拼装的钢管支架减少了不安全隐患，盖梁施工时未发生安全事故；整体吊装的钢管支架可以采用流水施工，大大加快了施工进度、缩短了施工周期。

4钢管支架结构设计

本文以标准盖梁钢管支架为例介绍下钢管支架结构设计的内容：钢管支架系统立柱采用630mm*8mm的螺旋焊管，主梁采用2x2I56a工字钢，即在桥墩两侧各布置2I56a工字钢；主梁上分配梁采用I25槽钢，布置间距60cm，长6m，两侧各预留1.5m操作平台；分配梁上面直接放置盖梁底模。预压完成后底模标高调整采用2种方式结合：一方面利用千斤顶调整整个主梁标高，另一方面利用在分配梁下设置木楔块精确调整底模标高，后面调整标高的方法仅针对局部范围需要调整时才使用。

钢管支架采用基础、钢管柱、纵横梁、千斤顶组合支架体系。钢管支架体系搁置于永久承台或临时混凝土承台上。钢管支架底部设置底座，以加强钢管的稳定性。支架钢管基础尽量利用桥墩承台，不设在桥墩承台上的支架钢管基础采用混凝土基础，基础长宽根据支架大底架的尺寸确定，混凝土基础厚度一般为30cm，局部地质较差的区域可以增加长宽高以满足承载力要求。

4.1分配梁荷载计算

底模分配梁采用I25a工字钢，布置间距60cm。分配梁实际受力为简支梁，其受力简图如下：

（1）I25分配梁自重：0.38kN/m，分项系数1.2；

（2）模板自重：换算成线荷载为0.5*0.6=0.3kN/m，分项系数1.2；

（3）混凝土自重：新浇筑混凝自重采用26KN/m3；盖梁两侧混凝土高度为1.6m，线荷载为1.6*26*0.6=25kN/m；盖梁中间高度为3.6m，线荷载位3.6*26*0.6=56.2kN/m，分项系数1.2；

（4）施工人员及施工设备、施工材料等荷载，取1.5kPa，线荷载为1.5*0.6=0.9kN/m；分项系数1.4；

（5）振捣混凝土时产生的振动荷载，取2.0kPa，线荷载为2*0.6=1.2kN/m，分项系数1.4。

综合以上可得：q1=1.2*（0.38+0.3+25）+1.4*（0.9+1.2）=34kN/m；

q2=1.2*（0.38+0.3+56.2）+1.4*（0.9+1.2）=71.5kN/m。

4.1.1分配梁强度计算

经计算，Mmax=48.345KNm；Qmax=65.68kN；支座反力R1=R2=73.5kN；

I25a：Ix=5017cm4；Wx=401.4cm3；Sx=230.7cm3；t=0.8cm；

σ=M/W=120Mpa＜[σw]=145MPa；τ=QS/（Id）=38MPa＜[τ]=85MPa。

采用I25a可满足要求。

4.1.2分配梁刚度计算

经计算分配梁最大变形值f=3mm<L/400=2540/400=6.35mm，刚度满足要求。

4.2主梁荷载计算

主梁采用2*2I56a工字钢，沿桥墩立柱两侧各布置2根。盖梁支架在中心线两侧对称，仅计算一侧支架即可。其受力简图如下：

（1）主梁自重：4*1.06=4.24kN/m，分项系数1.2，即5.1kN/m；

（2）分配梁传来的荷载：73.5*2/0.6=245kN/m。

综合以上可得：q=252kN/m。

4.2.1强度计算

经计算，Mmax=1344kNm；Qmax=1125kN；

I56a：Ix=65576cm4，Wx=2342cm3，Sx=1368.8cm3，d=12.5mm；

σ=M/W=143MPa；τ=QS/（It）=47MPa。

支点反力R1=679kN；R2=992kN；R3=1641kN；R4=1233kN。

4.2.2变形计算

最大变形量fmax=1.1cm<[f]=790/400=2.0cm。满足要求。

4.3钢管柱计算

从上述计算可知，中跨钢管柱受力为1641/2=820.5kN；钢管采用630mm*8mm的螺旋焊管，各项参数如下：截面积A=156.25cm2，i=21.99cm。

钢管柱按轴心受压柱计算：计算长度l=17m（按最高柱），长细比λ=l/i=77；钢管柱为b类构件，稳定系数查表得φ=0.707，则钢管柱承载力设计值[N]=φA[σ]=1546.6kN>P=820.5kN。钢管柱受力能够满足要求。

4.4钢管柱下混凝土基础计算

支架次边墩支承于桥墩承台上，基础承载力能够满足施工要求。仅对未支承于桥墩承台上的支架边墩和支架中墩基础及地基承载力进行验算。钢管柱下设2cm后底板，柱脚与底板采用加劲肋焊接，底板大小为0.75*0.75m。

4.4.1支架边墩钢管柱基础计算

边支墩单钢管柱受力为N0=679/2=340kN，考虑自重后基础所受钢管轴力为N=340+50=390kN。因钢管下设大底架，基础尺寸为3.5*6.5*0.3（双钢管基础尺寸）。通过混凝土基础传至地基的应力为；p=390/((0.75+2*0.5)*(0.75+2*0.5))+24*0.5=139kPa。

如基础下50cm范围内承载力能够满足上述要求（通过轻型触探处理），则不需处理。如基础下为淤泥，换填50cm砂砾垫层，砂砾垫层能够满足承载力要求。垫层尺寸应满足扩散角的要求。

垫层下软弱地基验算如下：根据地质资料，本工程最差地质条件为淤泥，其基本承载力a0f=60kPa。

垫层底面处附加压应力：其中：b=1.75m，l=1.75m；z=0.5m，θ=30。，p’0k=139kpa，p’gk=18*0.5=9kpa；

计算可得p0k=74.6kpa，pgk=γh=18*1=18kpa。

软土地基允许承载力[fa]=[fa0]+γ2h=60+18*1=78kPa。

地基承载力允许值[fa]应根据地基受荷阶段及受荷情况，乘以下列规定的抗力系数γR，当地基在施工荷载作用下，可取γR=1.25。

综上计算可得：p0k+pgk=74.6+18*1=92.6kpa；

γR[fa]=1.25*78=97.5kpa；

p0k+pgk≤γR[fa]，满足要求。

4.4.2支架中墩钢管柱基础计算

φ630x8mm螺旋焊管：A=156.25cm2；123.22kg/m；I=75631.8cm4；W=2401cm3；i=21.99cm。支架中支墩单钢管柱受力为N0=1233/2=616kN，考虑自重后基础所受钢管轴力为N=616+50=666kN。因钢管下设大底架，基础尺寸为6.5*6.5*1（四个钢管连体基础尺寸）。通过混凝土基础传至地基的应力为：p=666/((0.75+2*1)*(0.75+2*1))+24*1=112kPa＜辅道处理完成后其承载力应大于120kPa，故基础及地基承载力能够满足要求。

5结束语

随着国家基础建设性的大力发展，将会有越来越多的高速公路桥梁和城市高架需要建设。钢管支架法相对于满堂支架法因其可以直接搁置在墩柱承台上，减少了地基处理；同时带有法兰盘的钢管安装简单方便，周转效率高；相对于无支架法能承受较大荷载，在大体积盖梁的施工中有很明显的优势。因此，钢管支架法在以后的桥梁施工中有很大的应用前景，笔者通过魁奇路西延线（KQS-03合同段）工程中钢管支架法应用的阐述，希望可以为同类公路桥梁的施工设计提供参考。